Abschlussarbeit

Unterschung thermischer und nichtlinearer Verzerrungen in Kleinstlautsprechern

Masterarbeit von Mecking, Jens

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Vermessung und Modellierung kleiner dynamischer Lautsprecher, die durch den Einsatz in mobilen Geräten zunehmend an Bedeutung gewinnen. Diese zeigen deut- liche Abweichungen vom idealisierten Modell eines linearen zeit-invarianten Systems, welches eine elektrische, mechanische und akustische Charakterisierung durch zeitunabhängige Übertragungsfunk- tionen ermöglicht. Obwohl die Ursachen dieser Abweichungen von großen Lautsprechern bekannt sind, ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Kleinstlautsprecher auf Grund der veränderten physischen Randbedingungen (Struktur, Materialien und Größe des Geräts) noch nicht vollständig gelungen. Eine genauere Kenntnis der auftretenden Verzerrungen würde eine Kompensation er- möglichen und somit zu einer Erhöhung der Wiedergabequalität beitragen. Im Laufe der Betriebsdauer erhöht sich die Temperatur des Systems, was sich auf die elektrischen und mechanischen Eigenschaften und damit auf das lineare Übertragungsverhalten auswirkt. Eine unkontrollierte Erhitzung kann zu dauerhaften Schäden und sogar zur Zerstörung im System führen. Eine genaue Beschreibung des thermischen Verhaltens in Abhängigkeit des Eingangssignals ist daher notwendig, um den Einfluss der Temperatur zu kompensieren. Die Grundlage einer thermischen Untersuchung ist eine Kenntnis der Temperatur. Daher wurde in dieser Arbeit eine Methode zur Messung der Temperatur des Lautsprechers über den Gleichstromwiderstand der Spule im Hinblick auf ihre Genauigkeit und Reproduzierbarkeit validiert. Diese Methode wurde anschließend benutzt, um thermische Modelle zu charakterisieren, welche die Temperatur in Abhängigkeit der elektrischen Eingangsleistung voraussagen. Außerdem wurde die Temperaturabhängigkeit der Thiele-Small Parameter und damit der linearen Übertragungsfunktion untersucht. Zusätzlich zu thermischen Effekten treten in der Übertragungsfunktion Nichtlinearitäten auf, wenn der Lautsprecher hohen Eingangsamplituden ausgesetzt wird. Hier wurde die Harmonic-Balance Methode verwendet, um den Lautsprecher im Rahmen eines erweiterten nichtlinearen Modells zu charakterisieren. Dazu wurden verallgemeinerte Übertragungsfunktionen für höhere Ordnungen des Anregungssignals hergeleitet und an Messdaten angepasst. Ein besonderes Augenmerk wurde hierbei auf die Übertragung der linearen Lautsprecherparameter in das nichtlineare Modell gelegt.