ALMA 2003 Winter Symposium
“World Cone Symposium”

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Sensibilidade dos Procedimentos d...
RESUMO

Os autores exploram uma das várias aplicações do
Sistema CLIO:
Adicionar um componente DC a um sinal AC.
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INTRODUÇÃO

Para sustentarmos esta apresentação,
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serviram de base para o desenvo...
INTRODUÇÃO
• “Como um efetivo sistema de medição de controle de
qualidade (QC) é desenvolvido?”

• “Combinando técnicas de...
INTRODUÇÃO

• O termo “qualidade” aparece no momento final do processo,
evitando que produtos com defeitos sejam enviados ...
INTRODUÇÃO
SUA EMPRESA

ENGENHEIROS
P&D

ENGENHEIROS
QC

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PRODUÇÃO

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INTRODUÇÃO
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RUB&BUZZ
• Erros acústicos genéricos com características
impulsivas (baixa energia) são mais facilmente
detectados pelo us...
RUB&BUZZ

• Em vários ambientes, um teste de audição
ainda precede um teste de controle de qualidade automático.
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DIAGRAMA DE LIGAÇÕES
AC OUTPUT WITH DC
CAPABILITY (± 2.5V)

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(WITH 10 dB GAIN)

www.audiomatica.com

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EXEMPLO “A”
• 8” P.A. WOOFER
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5.2 Ohm
12.44 Tm
0.15 mm/N
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EXEMPLO “A”
• Abaixo da ressonância, a emissão de som
característica diminui, enquanto o deslocamento
continua a aumentar ...
EXEMPLO “A”
• Uma posterior observação sugere que,
quando o cone se comporta como um pistão rígido
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EXEMPLO “A”

• Infelizmente, a freqüência do tom adicionado não é
facilmente determinada a não ser empiricamente.

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EXEMPLO “A”

• A idéia básica deste exemplo é realizar um teste de
varredura de resposta de freqüência e verificação
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EXEMPLO “A”

Os pontos críticos para o teste são:
Nível do sinal AC
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EXEMPLO “A”

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EXEMPLO “A”
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EXEMPLO “A”

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EXEMPLO “A”
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www.audiomatica.com

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EXEMPLO “B”
• 8” P.A. WOOFER
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• Claramente salientado por TEMME [6],
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CONCLUSÕES
A simples técnica proposta provou ser eficiente,
melhorando a capacidade de seleção “BOM ou RUIM”
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BIBLIOGRAFIA
• [1] R.H.SMALL “CLOSED BOX LOUDSPEAKERS SYSTEMS PART 1: ANALYSIS ” - AES
LOUDSPEAKERS ANTHOLOGY V1-V25 (1953...
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  1. 1. ALMA 2003 Winter Symposium “World Cone Symposium” Uma Abordagem Simples para Melhorar a Sensibilidade dos Procedimentos de Controle de Qualidade de Alto Falantes Apresentado por Mauro Bigi Maurizio Jacchia Audiomatica Srl - Italy Imperial Palace, Las Vegas - January 8, 2003 1
  2. 2. RESUMO Os autores exploram uma das várias aplicações do Sistema CLIO: Adicionar um componente DC a um sinal AC. Enquanto estas implicações variam de P&D a avaliações de performance em geral, os autores focam no ambiente do controle de qualidade (QC). Um relatório técnico compara vários métodos de controle de qualidade com e sem esta técnica citada. www.audiomatica.com 2 www.cliowin.com
  3. 3. INTRODUÇÃO Para sustentarmos esta apresentação, gostaríamos de mostrar as orientações que serviram de base para o desenvolvimento da parte de controle de qualidade de nosso sistema de medição. www.audiomatica.com 3 www.cliowin.com
  4. 4. INTRODUÇÃO • “Como um efetivo sistema de medição de controle de qualidade (QC) é desenvolvido?” • “Combinando técnicas de medições bem estabelecidas e documentadas com as exigências vindas de experientes engenheiros de controle de qualidade (QC).” • 10 anos de experiência nos dizem que a “qualidade” de um ambiente de controle de qualidade depende mais da habilidade do engenheiro do que do próprio sistema de medição. www.audiomatica.com 4 www.cliowin.com
  5. 5. INTRODUÇÃO • O termo “qualidade” aparece no momento final do processo, evitando que produtos com defeitos sejam enviados aos clientes, já que esses devem estar o mais próximo possível da referência. • Entretanto, o sistema de medição deve ser: flexível, preciso e confiável; e acelerar, o máximo possível, qualquer operação envolvida. • Abordamos problemas dando ferramentas poderosas para engenheiros, e não assistentes ou números mágicos. O que apresentamos aqui é apenas mais uma ferramenta. www.audiomatica.com 5 www.cliowin.com
  6. 6. INTRODUÇÃO SUA EMPRESA ENGENHEIROS P&D ENGENHEIROS QC LINHAS DE PRODUÇÃO Itens críticos que demandam tempo: a) curva de aprendizado do usuário; b) desenvolvimento dos procedimentos de QC; c) facilidade de adequação a (às) linhas de produção existentes; d) relatórios de estatísticas e resultados; e) feedback para máscaras de tolerância. www.audiomatica.com 6 www.cliowin.com
  7. 7. INTRODUÇÃO • O método em questão é aplicado, como um adicional, a virtualmente qualquer técnica de medição bem estabelecida, aumentando a sua capacidade de seleção “BOM ou RUIM” (GOOD or BAD). • Os relatórios técnicos irão abordar dois diferentes casos de detecção de RUB&BUZZ : Varredura de resposta e distorção vs. análise de freqüência THD para uma única freqüência www.audiomatica.com 7 www.cliowin.com
  8. 8. RUB&BUZZ • Erros acústicos genéricos com características impulsivas (baixa energia) são mais facilmente detectados pelo usuário final do que as convencionais distorções lineares e não lineares. • Este é o grande “pesadelo” de qualquer engenheiro de QC, já que a sua não identificação tem grande impacto na imagem da empresa. • Isto acontece durante o processo de montagem, devido a diferentes razões que variam desde peças com defeito a tolerâncias de montagem. • Pode ser intermitente. www.audiomatica.com 8 www.cliowin.com
  9. 9. RUB&BUZZ • Em vários ambientes, um teste de audição ainda precede um teste de controle de qualidade automático. • Sua intensidade varia de macroscópica (detectável em qualquer medição) a níveis muito pequenos (que requerem um ambiente silencioso para serem ouvidos). • O estudo inicial do caso pode identificar uma possível situação futura. www.audiomatica.com 9 www.cliowin.com
  10. 10. DIAGRAMA DE LIGAÇÕES AC OUTPUT WITH DC CAPABILITY (± 2.5V) DC COUPLED AMPLIFIER (WITH 10 dB GAIN) www.audiomatica.com CURRENT SENSING OUTPUT 10 www.cliowin.com
  11. 11. EXEMPLO “A” • 8” P.A. WOOFER Fs Re Bl Cms Qes Qms 80 Hz 5.2 Ohm 12.44 Tm 0.15 mm/N 0.45 3.51 • Acusticamente (de ouvido), a unidade ruim emite um ruído de clicking em um nível muito baixo quando a varredura atinge a região de ressonância, que é melhor ouvido abaixo da freqüência de ressonância. www.audiomatica.com 11 www.cliowin.com
  12. 12. EXEMPLO “A” • Abaixo da ressonância, a emissão de som característica diminui, enquanto o deslocamento continua a aumentar ou permanece o mesmo até DC (0Hz). • Obter o deslocamento é o primeiro requisito para realçar o RUB&BUZZ. • Em poucos casos, o deslocamento do cone sozinho não é suficiente e um tom complementar de maior freqüência é necessário. www.audiomatica.com 12 www.cliowin.com
  13. 13. EXEMPLO “A” • Uma posterior observação sugere que, quando o cone se comporta como um pistão rígido (baixa freqüência - alto deslocamento), de alguma maneira o RUB&BUZZ é reduzido. • Adicionar um tom de freqüência maior impede o comportamento do cone como pistão rígido e deixa o RUB&BUZZ mais evidente. • Isto resulta no possível uso de um sinal de dois tons para o teste procurando por componentes THD e IMD pela análise FFT. www.audiomatica.com 13 www.cliowin.com
  14. 14. EXEMPLO “A” • Infelizmente, a freqüência do tom adicionado não é facilmente determinada a não ser empiricamente. • Apesar destes tipos de testes serem muito rápidos e, portanto, repetidos para muitas freqüências do segundo tom, eles não permitem medições simultâneas de resposta de freqüência. www.audiomatica.com 14 www.cliowin.com
  15. 15. EXEMPLO “A” • A idéia básica deste exemplo é realizar um teste de varredura de resposta de freqüência e verificação harmônica para obter o deslocamento em qualquer freqüência durante a varredura, adicionado-se um componente DC ao sinal de teste (AC). • O teste deve ser repetido duas vezes, para apontar ambas as direções do deslocamento . www.audiomatica.com 15 www.cliowin.com
  16. 16. EXEMPLO “A” Os pontos críticos para o teste são: Nível do sinal AC Faixa de freqüência Nível do sinal DC www.audiomatica.com 16 www.cliowin.com
  17. 17. EXEMPLO “A” • Ambos os níveis de teste, AC e DC, afetam o deslocamento e a dissipação do falante (ou bobina) . • O foco deve estar no deslocamento já que este é o fator limitante. Neste caso, o limite de dissipação não é fundamental. • O espectro de freqüência deve ser estendido cerca de 1 oitava abaixo da ressonância. www.audiomatica.com 17 www.cliowin.com
  18. 18. EXEMPLO “A” 2 1.5 1.0 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.5 0.1 1 10 • Excursão normalizada vs. Frequencua para Q desde 0.2 até 1 em passos de 0.2 para fonte de voltagem constante www.audiomatica.com 18 www.cliowin.com
  19. 19. EXEMPLO “A” • Este gráfico, derivado das equações de SMALL [1], é válido para pequenos sinais. • Ele mostra que para fonte de tensão, bem como para Q<0.7 (que se aplica a este caso e à maioria dos casos reais), o deslocamento máximo é alcançado bem abaixo da ressonância e aproxima-se do DC. • Esta afirmação deve ser feita com cuidado. www.audiomatica.com 19 www.cliowin.com
  20. 20. EXEMPLO “A” • KLIPPEL [2], em “Assessing voice coil peak displacement”, mostrou aumento do deslocamento na ressonância devido à não linearidade do Bl sobressair-se ao limite de suspensão. • GANDER [3] fornece a seguinte relação para força vs. fonte de tensão na ressonância: Z mt F = E⋅ Bl www.audiomatica.com 20 www.cliowin.com
  21. 21. EXEMPLO “A” • O termo Bl no denominador indica que sua redução, devido ao alto deslocamento, aumenta a força e justifica o efeito de expansão na ressonância. • Entretanto, durante testes de QC, grandes cargas em áreas fortemente não lineares devem ser tratadas com cuidado devido às seguintes razões: www.audiomatica.com 21 www.cliowin.com
  22. 22. EXEMPLO “A” • Na maioria das vezes, o teste QC acontece apenas ao final do processo de montagem, justamente antes da embalagem. Nesta fase, o processo de colagem e tratamento do cone podem não estar completos. • O teste QC define seu limite de BOM/RUIM a partir de uma referência ou de uma média de produção. Alta não linearidade torna os limites ambíguos e difíceis de lidar. • Poluição sonora é, em geral, um problema tanto para a saúde do operador quanto para interferência entre as linhas de teste. www.audiomatica.com 22 www.cliowin.com
  23. 23. EXEMPLO “A” • O intuito desta abordagem é alcançar um completo conhecimento sobre o deslocamento do cone. • Escolhemos o nível AC para um máximo deslocamento correspondendo a 3-5% da distorção do terceiro harmônico [3], que ocorre na região de menor freqüência (45Hz). www.audiomatica.com 23 www.cliowin.com
  24. 24. EXEMPLO “A” A partir das relações [3],[4] x peak = p N peak 4ρ 0 π 2f 2a where p N peak = nearfield pressure by 2 ρ 0 = density of air, 1.21 kg at 20°C m a = piston radius Obtemos Xpeak = 1.35mm = Xmax www.audiomatica.com 24 www.cliowin.com
  25. 25. EXEMPLO “A” • Oferecemos um método rápido para determinar a máxima excursão; por se tratar de uma especificação técnica, podemos facilmente reverter a fórmula e obter o SPL desejado. • Se a especificação técnica é proveniente de um catálogo comercial, sugerimos a primeira abordagem! www.audiomatica.com 25 www.cliowin.com
  26. 26. EXEMPLO “A” • Escolhemos um valor de DC correspondente a 1/3*xmax = 0.45mm VDC x max Re = ⋅ 3 C ms ⋅ Bl • Já que a relação entre a atual DC e o deslocamento está longe de ser linear [5], podemos considerar o erro aceitável para os nossos propósitos. • Para manter o máximo deslocamento com DC, igual nos dois lados, o nível AC deve ser reduzido em 2dB. www.audiomatica.com 26 www.cliowin.com
  27. 27. EXEMPLO “A” AC+VDC AC ONLY AC-VDC Representação gráfica dos níveis em freqüência muito baixas www.audiomatica.com 27 www.cliowin.com
  28. 28. EXEMPLO “A” Considerações sobre os resultados: • Os gráficos do lado esquerdo mostram diferenças muito pequenas entre unidades boas e com defeitos nos harmônicos mais baixos, sem utilidade para estabelecer limites de QC confiáveis. • Harmônicos mais altos, abaixo da ressonância, mostram uma considerável, porém ainda pequena diferença, que não está correlacionada com o fenômeno ouvido. • Os gráficos do lado direito mostram uma diferença muito maior entre as unidades boas e ruins, mesmo em harmônicos baixos, para uma faixa bem estendida de freqüência. www.audiomatica.com 28 www.cliowin.com
  29. 29. EXEMPLO “A” FUNDAMENTAL 2ND HARMONIC - NO DC GOOD UNIT 2ND HARMONIC - WITH DC BAD UNIT 3RD HARMONIC - NO DC 29 3RD HARMONIC - WITH DC
  30. 30. EXEMPLO “A” FUNDAMENTAL 4TH HARMONIC - NO DC GOOD UNIT 4TH HARMONIC - WITH DC BAD UNIT 5TH HARMONIC - NO DC 30 5TH HARMONIC - WITH DC
  31. 31. EXEMPLO “B” • 8” P.A. WOOFER Fs Re Bl Cms Qes Qms 80 Hz 5.2 Ohm 12.44 Tm 0.15 mm/N 0.45 3.51 • O mesmo modelo do exemplo anterior, utilizando uma amostra com defeito para demonstrar, de maneira mais evidente, a dependência entre RUB&BUZZ e deslocamento. www.audiomatica.com 31 www.cliowin.com
  32. 32. EXEMPLO“B” • Claramente salientado por TEMME [6], a THD não é capaz de detectar RUB&BUZZ de maneira confiável. • Isto se deve, principalmente, ao fato de que RUB&BUZZ gera distorção impulsiva de baixa energia, enquanto os alto falantes apresentam harmônicos de baixa ordem com energia relativamente alta. • Contudo, a clássica medição de THD ainda é muito interessante devido ao seu resultado de um único valor e por demorar apenas uma fração de segundo para sua realização, quando executado com os atuais sistemas DSP. www.audiomatica.com 32 www.cliowin.com
  33. 33. EXEMPLO “B” • E, mais importante para o engenheiro de QC, um único resultado significa um único valor para o limite da máscara. • Nossa intenção aqui é reduzir substancialmente o nível de teste AC, lidando, portanto, com um dispositivo muito mais linear. • O nível AC foi intencionalmente “super reduzido”, no caso DC, em 15dB. • O nível DC foi escolhido para obter metade do Xmax, como determinado no exemplo anterior. www.audiomatica.com 33 www.cliowin.com
  34. 34. EXEMPLO “B” • A freqüência de teste foi estabelecida na ressonância medida. • Os resultados são espetaculares em termos de detecção de itens conformes ou não conformes no caso DC, devido ao baixo nível AC. • A velocidade do teste permite sua repetição em diferentes níveis DC para cobrir todo o deslocamento. • A redução do nível AC para o número de passos DC necessários para cobrir todo o deslocamento é feita de acordo com a necessidade do engenheiro de QC. www.audiomatica.com 34 www.cliowin.com
  35. 35. EXEMPLO “B” THD 5.13% THD 3.65% GOOD UNIT - NO DC BAD UNIT - NO DC THD 0.63% GOOD UNIT - WITH DC THD 23.7% 35 BAD UNIT - WITH DC
  36. 36. CONCLUSÕES A simples técnica proposta provou ser eficiente, melhorando a capacidade de seleção “BOM ou RUIM” (GOOD or BAD) em testes de controle de qualidade (QC) Ela pode ser facilmente adicionada a qualquer sistema de medição como um add-on externo, geralmente incluído no amplificador de potência. www.audiomatica.com 36 www.cliowin.com
  37. 37. BIBLIOGRAFIA • [1] R.H.SMALL “CLOSED BOX LOUDSPEAKERS SYSTEMS PART 1: ANALYSIS ” - AES LOUDSPEAKERS ANTHOLOGY V1-V25 (1953-1977) • [2] W.KLIPPEL “ASSESSING VOICE COIL PEAK DISPLACEMENT” - 112TH AES CONVENTION, 2002 • [3] M.R.GANDER “MOVING-COIL LOUDSPEAKER TOPOLOGY AS AN INDICATOR OF LINEAR EXCURSION CAPABILITY” - JAES V29, No1/2, JAN/FEB 1981 • [4] D.B.KEELE, JR. “LOW FREQUENCY MEASUREMENT OF LOUDSPEAKER BY THE NEARFIELD SOUND PRESSURE TECHNIQUE” - PREPRINT No909, 45TH AES CONVENTION, 1973 • [5] J.SCOTT, J.KELLY, G.LEEMBRUGGEN “NEW METHOD OF CHARACTERIZING DRIVER LINEARITY ” - JAES V44, No4, APR 1996 • [6] S.F.TEMME “ARE YOU SHIPPING DEFECTIVE LOUDSPEAKERS TO YOUR CUSTOMERS?” LISTEN, INC. www.audiomatica.com 37 www.cliowin.com
  38. 38. Obrigado! Para mais informações: info@audiomatica.com www.audiomatica.com www.audiomatica.com suporte@eam.com.br www.eam.com.br 38 www.cliowin.com

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