Equipo de Diagnóstico de Altavoces y procedimiento de utilización de este mediante el uso de transformada Wavelet.

Técnica de detección de fallos o defectos debidos a asimetrías magnéticas en los altavoces de bobina móvil. Una de las causas de distorsión, fallo o defecto en altavoces de bobina móvil es la asimetría magnética presente en el flujo que recibe la bobina. Esta asimetría se traduce en asimetrías de desplazamiento del pistón, fatiga de los componentes elásticos, variación de la inductancia y por lo tanto en la variación de la impedancia del altavoz, por lo que los métodos clásicos de detección de fallos, no resultan eficaces. El método presentado se basa en la medida de las corrientes de la bobina y en su estudio espectral usando transformadas Tiempo-Frecuencia. Mediante la visualización del escalograma es posible apreciar la aparición de señales armónicas pares o impares, siendo estas primeras sintomáticas de la existencia de alguna asimetría magnética en la bobina.

Equipo de Diagnóstico de Altavoces y procedimiento de utilización de este mediante el uso de transformada Wavelet

La presente invención consiste en una nueva técnica de detección de fallos o defectos debidos a asimetrías magnéticas en los altavoces de bobina móvil. Una de las causas de distorsión, fallo o defecto en altavoces de bobina móvil es la asimetría magnética presente en el flujo que recibe la bobina. Esta asimetría se traduce en asimetrías de desplazamiento del pistón, fatiga de los componentes elásticos, variación de la inductancia y por lo tanto en la variación de la impedancia del altavoz, etc... por lo que los métodos clásicos de detección de fallos, basados en modelos Thielse-Small no resultan eficaces. El método presentado se basa en la medida de las corrientes de la bobina y en su estudio espectral usando transformadas Tiempo-Frecuencia. Mediante la visualización del escalograma es posible apreciar la aparición de señales armónicas pares o impares, siendo estas primeras sintomáticas de la existencia de alguna asimetría magnética en la bobina

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada, de forma general, con los altavoces de sonido profesional de bobina móvil y las técnicas usadas por los fabricantes para la detección de fallos o errores de fabricación en ellos.

Descripción del estado actual del arte La detección de defectos de altavoces sanos presenta un doble problema:

La fabricación y el mantenimiento. Los fabricantes tienen que descubrir cualquier defecto antes de la venta el producto; los usuarios tienen que mantener el altavoz - (p.ej. sustituir tweeter defectuoso) . El problema de detección de los defectos en altavoces radica en la necesidad de descubrir el defecto así como su grado de importancia.

Las pruebas de test que se realizan a los altavoces actualmente son la medida de la impedancia y respuestas a impulsos. Con estas medidas se obtienen los parámetros de Thiele-Small, la función de transferencia resultante puede apreciarse en la fórmula.

Estos, intrínsecamente suponen a los altavoces lineales por lo tanto impiden la detección de distorsiones o fallos debidos a comportamientos no lineales.

Los parámetros de Thiele-Small nos proporcionan un comportamiento aproximado del altavoz. Es una aproximación suficientemente precisa para poder simular el comportamiento hasta con una resolución de 1dB. A pesar de ello son claras e importantes sus limitaciones y estas son debidas principalmente a:

- La eficiencia de los altavoces es muy pequeña, raramente superan el 2%

- El comportamiento real no lineal de los altavoces.

- La impedancia del altavoz varía enormemente con la frecuencia de la señal.

- Los parámetros Thiele-Small sólo son aplicables para los rangos útiles donde el pistón del altavoz actúa como pistón verdadero.

Funcionamiento como Pistón Verdadero cuando Ka < 1 donde Ka= wr/c

W=2I f= frecuencia de trabajo r=radio del pistón c=velocidad del sonido Esto demuestra que el modelo obtenido por Thiele-Small sólo es aplicable a bajas frecuencias y que varia con el radio del cono.

En un altavoz, la señal eléctrica se aplica en el elemento denominado la bobina móvil, que esta formada por varías espiras de conductor esmaltado enrolladas sobre un cilindro rígido que va unido al diafragma.

El cilindro está fabricado con papel en los modelos sencillos o en aluminio en altavoces grandes de potencia para poder disipar el calor producido. Las dimensiones del cilindro tienen que ser las que la permitan mover dentro del entrehierro sin fricción.

El principal problema de una bobina móvil es que el flujo magnético no es constante. y no en todos los puntos se recibe la misma cantidad de flujo magnético, para el que la fuerza de reacción contra este campo magnético dependerá de su posición.

Este problema se agrava a medida que crece el desplazamiento, por lo que es conveniente reducir estos desplazamientos al mínimo. A medida que se llega al límite de excursión lineal, la suspensión se acerca al suyo de elongación.

La suspensión ejerce siempre una fuerza que tiende a centrar las partes móviles y dejarlas en su posición de reposo. Esta fuerza habría de ser prácticamente independiente de la posición, aunque en realidad al acercarse a este límite de elongación la constante elástica aumenta y la oposición a la excursión es mayor.

Sus efectos son muy parecidos a los magnéticos, aunque es común que sus efectos sean de manera dominante simétricos, lo que causa armónicos de orden impar, aunque no es extraño el otro caso. Lo que sí es peor que en el caso magnético es que sus efectos no son tan progresivos, es cómo comparar el recorte en un amplificador de válvulas y uno operacional, además los armónicos generados son muy parecidos. En este caso son muy bruscos, aunque para cuando los efectos de la suspensión son perceptibles, los efectos magnéticos ya son más que evidentes.

Referencias

[1] C.P. Janse and A.M. Kaiser, “Time-Frequency distributions of loudspeakers: The application of the Wigner distribution, ” in Audio Engineering Society 71st Convention, Montreux, Switzerland, 1982.

[2] J. D’appolito, “Testing loudspeakers”, Audio Amateur, 1998.

[3] P. Flandrin, “Time-FrequencyA7me-Scale Análisis”, Academic Press, 1999.

[4] Richard H. Small, “Closed Box Loudspeaker System Análisis”

[5] A.N. Thiele, “Loudspeakers in Vented Boxes”

[6] José Pérez Miñana, “Compendio practico de acústica”

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para la detección de fallos o defectos de asimetría magnética en altavoces de bobina móvil, es necesario utilizar un método cuya eficiencia no dependa de ningún parámetro relacionado con el circuito magnético de la bobina.

El modelado de altavoces mediante Thiele-Small se basa principalmente en la medida de la impedancia eléctrica y mecánica del altavoz. La impedancia eléctrica del altavoz depende de su inductancia y esta es supuesta, erróneamente, constante por la metodología de parametrización de Thiele-Small.

La inductancia de la bobina depende directamente del campo magnético que la atraviesa y por lo tanto de la posición de esta. Este hecho hace que para la detección de asimetrías magnéticas en la bobina móvil, los modelos Thiele-Small no sean eficaces.

También se ha de tener en cuenta que la impedancia varía con la frecuencia de la señal, con lo que resulta interesante contar con un método de detección capaz de realizar un barrido frecuencial en toda la banda útil del altavoz para tener en cuenta en su detección la variación de impedancia.

El método propuesto se basa en la medida de las corrientes eléctricas de la bobina y en el análisis de su espectro. La existencia de una asimetría magnética se ve reflejada en la aparición de armónicos de orden par muy relacionados con la amplitud (Figura 1) . La respuesta espectral de un sistema simétrico presenta contenido armónico de orden impar.

El análisis espectral se realiza mediante trasformadas tiempo-frecuencia, en este caso la representación temporal del contenido espectral o Escalograma 2D. El Escalograma 2D permite representar una magnitud (Frecuencia) respecto al tiempo. A cada muestra de la magnitud frecuencia le asigna un valor o peso (Amplitud del armónico) . Así pues, el escalograma 2D resultante para un barrido de 20Hz a 10kHz durante 5 segundos se puede observar en la figura 1.

La señal mostrada en la figura 2 se corresponde con la señal de test diseñada para el método propuesto, si el altavoz está sano y sin defectos o distorsiones debidas a asimetrías magnéticas, el escalograma resultante de analizar las corrientes eléctricas de la bobina durante el test presentaría una única componente de barrido frecuencial de amplitud (color de la señal) similar, como puede verse en la figura 3 o dicha componente de barrido frecuencial acompañada de componentes de barrido armónicas impares. Cualquier variación en el color de la señal indicaría la presencia de un defecto o distorsión de amplitud.

Si el altavoz testeado presenta algún defecto o distorsión debida a asimetrías magnéticas, la componente fundamental de barrido frecuencial aparecerá acompañada de componentes...

1. Dispositivo de diagnóstico de defectos en altavoces, caracterizado por el hecho de que realiza la detección mediante el análisis de corrientes de alimentación, la evaluación del contenido harmónico de las mismas y finalmente la extracción de un parámetro de fallo.

2. Dispositivo de diagnóstico según la reivindicación anterior, en el que la medida de corrientes se realiza mediante sondas inductivas.

3. Dispositivo de diagnóstico según la reivindicación 1, en el que la evaluación del contenido harmónico de las corrientes se hace aplicando transformadas tiempo-frecuencia.

4. Dispositivo de diagnóstico según la reivindicación 3, en el que la transformada tiempo-frecuencia es preferentemente la transformada Wavelet.

5. Dispositivo de diagnóstico según reivindicación 1 en que la extracción de factor de fallo para el diagnóstico es una evaluación del espectrograma.

6. Procedimiento de diagnóstico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de: -Estímulo con barrido sinusoidal continúo en el rango de frecuencias cercano a la resonancia del

altavoz. -Adquisición de la señal de corriente a la salida del sensor hall en lazo cerrado. -Conversión analógica a digital. -Cálculo de la transformada Wavelet. -Evaluación del Espectrograma.

7. Procedimiento de diagnóstico según la reivindicación 6 caracterizado por qué:

- La frecuencia de adquisición es de por lo menos 400 Hz.

- El mínimo número de muestras es 400.

8. Procedimiento de diagnóstico según la reivindicación 7 caracterizado por qué:

- La frecuencia de adquisición es de 4.096 kHz

- El número de muestras es de 4096 muestras

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 7