Comment tester la qualité des haut-parleurs ? (1re partie)
Cet article est divisé en deux parties. Dans ce premier article, vous découvrirez la conception et la préparation du test ainsi que l’environnement de test. Le deuxième article traite de l’étalonnage et de la maintenance du système.
1. Que faut-il prendre en compte ?
Il existe de nombreuses raisons possibles aux variations des résultats de mesure au sein d’une même chaîne de production. Elles peuvent être causées par :
- Des fluctuations de la qualité des matériaux des sous-composants
- Des modifications du processus de fabrication et d’assemblage
- Des variations des influences environnementales
La définition de paramètres et de fonctions de mesure appropriés pour le test de fin de chaîne jette les bases d’un système de test efficace, en particulier lorsqu’il s’agit de comparer les résultats de plusieurs chaînes de production. D’autres raisons d’écarts indésirables sont les erreurs de manipulation de l’opérateur et l’usure des composants du système de test, tels que les contacts électriques. Un autre sujet important est un plan de reprise en cas de catastrophe informatique, telle que la perte d’un disque dur.
Les paragraphes suivants contiennent des informations résumées et essentielles et se concentrent sur les étapes les plus importantes à suivre.
2. Quoi et comment mesurer ?
Il y a deux exigences fondamentales, mais conflictuelles, à satisfaire :
- Le test doit être aussi détaillé que nécessaire pour tester de manière fiable la qualité souhaitée.
- Le test doit être suffisamment rapide pour ne pas créer de goulot d’étranglement dans la production.
Les fonctions de mesure typiques, par exemple dans un test de fin de chaîne de haut-parleur passif, sont la réponse en fréquence, la réponse en impédance, les distorsions harmoniques dans diverses configurations, les niveaux de pression acoustique à différentes bandes de fréquences, la fréquence de résonance, les paramètres de Thiele/Small, la polarité du haut-parleur et, bien sûr, une mesure de Rub & Buzz.
Techniquement, toutes ces mesures peuvent être exécutées par un seul signal de stimulus à balayage glissé. Cependant, dans de nombreuses applications de test, il est nécessaire d’exécuter certaines fonctions de mesure, telles que la réponse en fréquence, le niveau de pression acoustique et toutes les mesures électriques, avec le niveau nominal du dispositif testé, tandis que le test Rub & Buzz est généralement exécuté à un niveau plus élevé. Outre la prise en compte de la fonction de mesure, il est également nécessaire de régler les niveaux du signal de test suffisamment haut pour obtenir un rapport signal/bruit correct au-dessus du bruit ambiant, mais aussi suffisamment bas pour ne pas endommager l’audition de l’opérateur du système de test. Ce dernier peut être diminué en supprimant le niveau de test aux fréquences plus élevées auxquelles l’oreille humaine est plus sensible.
Pour les haut-parleurs, les fréquences de début et de fin des signaux de test doivent non seulement couvrir la bande de transmission du haut-parleur, mais également inclure de manière adéquate la fréquence de résonance. Si la résistance CC du haut-parleur est déterminée par une extrapolation de la réponse en impédance, il est conseillé de régler la fréquence inférieure suffisamment loin de la résonance. La fréquence de début et de fin du signal de test Rub & Buzz est généralement réglée sur la plage de basses fréquences du haut-parleur afin de déclencher tout problème électromécanique.
Un ouvrier d’usine chez Eighteen Sound pendant la phase de contrôle qualité. Crédits : AudioXPress
3. Définir le bien et le mal
Définir des limites pour tester un dispositif acoustique peut être plus difficile que vous ne le pensez. Il existe diverses méthodes et stratégies. La première décision importante à prendre est de savoir s’il faut travailler avec des limites absolues ou utiliser un ou plusieurs échantillons de référence. Le diagramme suivant illustre le processus de décision.
La stratégie de recherche de limites doit être évaluée séparément pour chaque fonction de mesure.
Les fonctions de mesure typiques qui conviennent à l’application de limites absolues sont la réponse en fréquence et en distorsion, ainsi que toutes les mesures électriques telles que la réponse en impédance et ses résultats dérivés. Lorsque vous utilisez des limites absolues pour les mesures acoustiques, il est important de connaître les conditions dans lesquelles les limites sont valides (par exemple, champ libre). Si les conditions du test de fin de chaîne sont différentes, le résultat de la mesure doit être corrigé en conséquence.
Habituellement, les échantillons de référence ne sont utilisés lorsqu’aucune spécification n’est disponible, par exemple pour le Rub & Buzz.
Arbre de décision générique pour le calcul des limites
4. Environnement de test
L’environnement de test idéal est une chambre anéchoïque. Cependant, pour la plupart, ce n’est pas réalisable. L’autre option est de construire une boîte pour le banc d’essai. Celle-ci doit être construite en bois massif, asymétrique et blindée avec de la mousse acoustique à l’intérieur. Étant donné que les bancs d’essai ne sont généralement pas disponibles dans le commerce, la plupart des fabricants construisent les leurs.
Système de test tétraédrique pour le test de haut-parleurs, par Hill Acoustics Limited.
Bien que la construction d’une seule boîte soit une tâche gérable, les problèmes commencent souvent lorsqu’il s’agit de construire plus d’un banc d’essai comparable. Il est recommandé de documenter avec précision toutes les mesures, les matériaux et les processus de construction, car même des variations mineures peuvent produire des différences mesurables dans les résultats acoustiques.
Néanmoins, le banc d’essai doit remplir certaines caractéristiques lors des tests :
- Placer le dispositif testé (DUT), c’est-à-dire le haut-parleur, dans une position définie par rapport au microphone de mesure.
- Fixer fermement le DUT au banc d’essai.
- Créer une situation acoustique reproductible.
- Éviter les réflexions acoustiques.
- Fournir des cavités avant et/ou arrière définies dans le banc d’essai pour le DUT
- Protéger le microphone du bruit de fond.
- Protéger le microphone du bruit solidien, c’est-à-dire des vibrations dans le pied de microphone.
- Protéger l’opérateur d’une exposition à une pression acoustique élevée.
- Permettre un chargement et un déchargement efficaces du DUT (manuel ou automatisé).
- Permettre un câblage fiable du DUT, avec la polarité correcte (manuel ou automatisé).
- Permettre un réoutillage rapide du banc pour tester différents modèles.
De plus, le banc d’essai lui-même ne doit pas introduire de bruit avec des parois résonnantes ou des pièces qui vibrent.
5. Tests avec plusieurs lignes et emplacements
Fréquemment, il existe plusieurs lignes de production du même type au sein d’une même usine. Parfois, les lignes de production se trouvent dans différentes usines, voire dans différentes parties du monde. Pourtant, il est toujours souhaité de fabriquer et de tester le produit exactement de la même manière. Les produits doivent être testés avec les mêmes paramètres de test, par rapport aux mêmes limites et, bien sûr, fournir la même qualité et le même rendement.
La plupart des composants des différents systèmes de test de fin de chaîne peuvent être :
- facilement choisis pour être identiques
(Analyseur audio et accessoires, câbles et contacts) - paramétrés pour se comporter de manière identique
(Gain de l’amplificateur audio, sensibilité du microphone)
Cependant, les bancs d’essai doivent être construits aussi identiquement que possible, car ils influencent directement le comportement acoustique. Bien qu’il existe des corrections mathématiques disponibles pour surmonter les écarts mineurs des bancs d’essai, ces corrections augmentent massivement la complexité du système.
Lorsque le calcul des limites est basé sur des échantillons de référence, il faut tenir compte du fait que les échantillons de référence physiques ne sont disponibles que sur un seul site. Les limites calculées sont toutefois appliquées sur plusieurs lignes et sites, la plupart du temps sans accès à la référence physique.
6. Enregistrement des données et traçabilité
Presque tous les fabricants de haut-parleurs, en particulier lorsqu’ils utilisent un système de gestion du contrôle qualité, sont tenus de pouvoir retracer les résultats des tests de fin de chaîne de leurs produits. Sur les haut-parleurs de haute qualité, cela peut être pour chaque haut-parleur en utilisant une référence de numéro de série. Sur les appareils plus petits et rentables, le numéro de lot est généralement disponible. Cela permet généralement de remonter jusqu’à l’emplacement de l’usine, la date de fabrication et le numéro de ligne de production.
Pour l’enregistrement des données, cela signifie que le logiciel de test de fin de chaîne doit être capable d’enregistrer plusieurs données complémentaires en plus des résultats de mesure, telles que la date et l’heure, la semaine civile, le nom du projet, le nom de l’opérateur, le numéro de série ou de lot, ainsi que des données environnementales comme la température et l’humidité.
Évidemment, ces fichiers journaux peuvent devenir assez volumineux avec le temps. Par conséquent, il est recommandé de démarrer périodiquement de nouveaux fichiers journaux, par exemple chaque semaine, ou au début de chaque nouveau lot de production.
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