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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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10. DIAGRAMA DE LIGAÇÕES
AC OUTPUT WITH DC
CAPABILITY (± 2.5V)
DC COUPLED AMPLIFIER
(WITH 10 dB GAIN)
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CURRENT SENSING
OUTPUT
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 .
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16. EXEMPLO “A”
Os pontos críticos para o teste são:
Nível do sinal AC
Faixa de freqüência
Nível do sinal DC
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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.
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18. EXEMPLO “A”
2
1.5
1.0
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0.5
0.1
1
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• Excursão normalizada vs. Frequencua para
Q desde 0.2 até 1 em passos de 0.2 para
fonte de voltagem constante
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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.
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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
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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:
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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.
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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).
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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
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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!
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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.
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27. EXEMPLO “A”
AC+VDC
AC ONLY
AC-VDC
Representação gráfica dos níveis em freqüência muito baixas
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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.
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29. EXEMPLO “A”
FUNDAMENTAL
2ND HARMONIC - NO DC
GOOD UNIT
2ND HARMONIC - WITH DC
BAD UNIT
3RD HARMONIC - NO DC
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3RD HARMONIC - WITH DC

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. 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.
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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.
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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.
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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.
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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. 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.
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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.
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