CONTROL ACTIVO PARA EL AISLAMIENTO DEL RUIDO PRODUCIDO POR EL MOTOR DE LOS CARROS AL INTERIOR DE ESTOS. LUCAS PATIÑO CEDEÑO

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1 CONTROL ACTIVO PARA EL AISLAMIENTO DEL RUIDO PRODUCIDO POR EL MOTOR DE LOS CARROS AL INTERIOR DE ESTOS. LUCAS PATIÑO CEDEÑO UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERIA DE SONIDO PROYECTO DE GRADO BOGOTA

2 CONTROL ACTIVO PARA EL AISLAMIENTO DEL RUIDO PRODUCIDO POR EL MOTOR DE LOS CARROS AL INTERIOR DE ESTOS. LUCAS PATIÑO CEDEÑO Proyecto de grado para optar al titulo de: INGENIERO DE SONIDO Directores ING. LUIS JORGE HERRERA ING. MIGUEL PEREZ Tutores de fondo. ING. ESPERANZA CAMARGO Tutor de forma. UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERIA DE SONIDO PROYECTO DE GRADO BOGOTA

3 Notas de aceptación Presidente del jurado Jurado Jurado 3

4 A mi madre y tía encargadas de formar lo que soy en este momento. 4

5 AGRADECIENTOS. Expreso mis sinceros agradecimientos: A los docentes ingeniero Francisco Ruffa e ingeniero Pedro Valletta por su inmensa sabiduría e innumerables recomendaciones en el desarrollo de este proyecto. A mis tutores de fondo ing. Luís Jorge Herrera e ing. Miguel Pérez encargado de hacer funcionar el algoritmo del sistema de control y de llevar a cabo esta investigación. A mi tutora de forma Ing. Esperanza Camargo por su tiempo y por orientarme en el desarrollo del texto. Al ingeniero Moisés Guardia que formo parte activa del proceso de mediciones acústicas del vehículo antes, durante y después de la implementación del sistema CAR. Al ingeniero Abelardo Álvarez por su interés en el desarrollo y entrega final del proyecto. Al ingeniero Darío Páez por su paciencia en el trámite de préstamo del equipamiento necesario para realizar las mediciones pertinentes. Al ingeniero y compañero Antonio Sandoval por sus comentarios siempre de apoyo y sus tiempos en el proceso de diseño del algoritmo del DSP. 5

6 A la señora Marlene Cedeño (enfermera MSP. Con énfasis en investigación) por el tiempo que dedicó a leer este informe y por sus sabios concejos en el tema investigativo. A todos los compañeros y amigos que participaron activamente en el desarrollo del proyecto. 6

7 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Antecedentes Descripción del problema Justificación Objetivos Objetivo general Objetivos específicos Alcances y limitaciones Alcances Limitaciones MARCO DE REFERENCIA Marco conceptual Fase Ruido Marco teórico CAR (control activo de ruido) Sistema car feed-forward Sistema car feed-back Filtros adaptativos lms Dsp (digital signal processor) Interferencia destructiva Superposición de ondas METODOLOGIA Enfoque de la investigación Línea de investigación de usb / sub-línea de facultad / campo temático del programa línea de investigación Hipótesis Variables Variables independientes Variables dependientes DESARROLLO INGENIERIL Mediciones de nivel de presión sonora antes de la implementación del sistema car Primera medición. (medición del ruido del motor en el exterior del carro) Condiciones Resultados obtenidos de nivel de ruido equivalente leq Resultados obtenidos en el espectro en frecuencia por bandas de tercio de octava con el motor encendido Segunda medición. (medición de ruido del motor al interior del carro) Medición uno (interior motor apagado) Condiciones.46 7

8 Resultados obtenidos de nivel de ruido equivalente leq. motor apagado Resultados obtenidos en el espectro en frecuencia por bandas de tercio de octava con el motor apagado Medición dos (interior motor encendido) Condiciones Resultados obtenidos de nivel de ruido equivalente leq. motor encendido Resultados obtenidos en el espectro en frecuencia por bandas de tercio de octava con el motor apagado Comparaciones Interior motor apagado Interior motor encendido Grafica comparativa Tercera medición. (simulación de control activo de ruido) Condiciones de medición Valores de leq obtenidos con la fuente primaria en funcionamiento con una entraba de 28 voltios y generando 80 hz en fase de 0 grados Valores de leq obtenidos con la fuente primaria en funcionamiento con una entraba de 28 voltios y generando 80 hz en fase 0; y la fuente secundaria en funcionamiento con 2,1 voltios de entrada, generando 80hz en contra fase de 180 grados Diseño del algoritmo para el sistema car con el dsp tms320c Filtro Modelo Simulaciones algoritmo Simulación del algoritmo en matlab (tono puro) Simulación del algoritmo en matlab (ruido interno del automóvil) Algoritmo Señal de entrada Señal vista a la salida del filtro lms Señal de error Pruebas de laboratorio Pruebas de desfase entre dispositivo Equipamiento necesario Procedimiento PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Procedimiento de medición Determinación de los tiempos de retraso de señal Diseño del sistema de control activo feedback Programaciones del dsp Fuente secundaria Sistemas de captura de señal..75 8

9 Sistemas de medición y rta Consola o preamp Diagrama de flujo de todo el sistema de control activo de ruido feedback Resultados arrojados por la medición con el sistema car en funcionamiento Análisis de resultados Errores sistemáticos CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA.91 ANEXOS..92 9

10 ILUSTRACIONES Ilustración 1 FASE Ilustración 2 RUIDO Ilustración 3 FEED-FORWARD Ilustración 4 FEEDBACK Ilustración 5 TECNICAS DE CONTROL DE RUIDO Ilustración 6 FEED-FORWARD Ilustración 7 FEEDBACK Ilustración 8 DSP Ilustración 9 INTERFERENCIA DESTRUCTIVA Ilustración 10 SUPERPOSICION DE ONDAS Ilustración 11 MEDICION Leq EXTERIOR MOTOR ON Ilustración 12 ESPECTRO Leq EXTERIOR Ilustración 13 GRAFICO Leq EXTERIOR Ilustración 14 MEDICION Leq INTERIOR MOTOR OFF Ilustración 15 ESPECTRO Leq INTERIOR OFF Ilustración 16 MEDICION Leq INTERIOR MOTOR ON Ilustración 17 ESPECTRO Leq INTERIOR ON Ilustración 18 COMPARACION CAR ON -OFF Ilustración 19 GRAFICO MEDICION Leq INTERIOR Ilustración 20GRAFICO SIMULACION CAR Ilustración 21 DIAGRAMA DE BLOQUES SIMULACION CAR Ilustración 22 FILTRO DSP Ilustración 23 MODELO FINAL DSP Ilustración 24 SIMULACION 1 (TONO PURO) Ilustración 25 OSCILOSCOPIO SIMULACION Ilustración 26 SIMULACION 2 (RUIDO INTERNO) ilustracion 27 SEÑAL DE ENTRADA SIMULACIÓN Ilustración 28 SEÑAL DE SALIDO SIMULACION Ilustración 29 SEÑAL DE ERROR SIMULACION Ilustración 30 DIAGRAMA BLOQUS PRUEBAS DE LABORATORIO Ilustración 31 DSP FINAL Ilustración 32 POSICION FUENTE SECUNDARIA Ilustración 33 CAJON DEL ALTAVOZ Ilustración 34 RESPUESTA EN FRECUENCIA ALTAVOZ Ilustración 35 GRAFICO DE MEDICION Ilustración 36 RESPUESTA EN FRECUENCIA MICROFONO Ilustración 37DIAGRAMA POLAR M ICROFONO Ilustración 38 CALIBRACION DEL SMAART LIVE Ilustración 39 DIAGRAMA DE FLUJO FINAL CAR Ilustración 40 GRAFICO CAR FINAL Ilustración 41 Leq MOTOR ON Ilustración 42 CAR ON Ilustración 43 GRAFICA COMPARATIVA CAR ON - OFF

11 INTRODUCCIÓN Este proyecto consiste en el desarrollo de una técnica de aislamiento del ruido producido por el motor de los automotores al interior de estos, mediante la implementación de un sistema denominado control activo de ruido. En otras palabras, la disminución del nivel sonoro por medio de la interferencia destructiva o cancelación de fase. Para la mayoría de las personas, el sonido del motor de los carros a la hora de conducir por largas jornadas -factor que se ha vuelto muy común en la ciudad de Bogotá debido a la gran cantidad de vehículos automotores que resulta en congestionamientos interminables- suele tornarse molesto por ser un ruido de componentes de baja frecuencia que en la mayoría de los casos puede terminar convirtiéndose en fuertes dolores de cabeza y jaqueca en general, y que a la vez suele mezclarse con los ruidos normales de la ciudad y de el sistema sonoro del vehículos par dejar como resultante un espacio interior insoportable por el alto nivel de presión sonora que encontramos y que como ya sabemos no es apto para la buena salud mental y física de las personas. En el transcurso de los años, los avances a nivel tecnológico y en el campo de la acústica son interminables, hablando de sistemas de insonorización para recintos arquitectónicos, pero en el campo automotor no encontramos muchos estudios, debido en gran parte a las limitaciones espaciales de estos, que hacen que sea casi imposible hacer un tratamiento acústico de aislamiento por masa. Por otra parte, el ruido que este proyecto quiere tratar, como ya se dijo anteriormente, es un ruido de principalmente baja frecuencia, lo que implicaría para realizar la insonorización por métodos comunes una reducción exagerada de las dimensiones espaciales interiores del carro del conductor y pasajeros poniendo materiales absorbentes que como ya sabemos no funcionan de manera optima para el tratamiento de bajas frecuencias pero si en banda madia y alta. 11

12 Por esta razón, y basándose en la información existente para el tratamiento de baja frecuencias, es que se decidió hacer el tratamiento del ruido del motor del carro por medio de la implementación del control activo de ruido que funciona extremadamente bien en este tipo de insonorización. 12

13 1. Planteamiento Del Problema 1.1. Antecedentes En la década de los 70, Jessel y Mangiante (1972) introdujeron el concepto de la absorción activa. Demostraron que el principio de Huygens y el de la absorción activa eran casos particulares de un mismo principio de perturbación general. Poco después se publicó el importante artículo de Widrow et al. (1975) sobre principios y aplicaciones del filtrado adaptativo, que abría una nueva vía de investigación e innovación en control activo. Hasta entonces los filtros eran fijos, no podían seguir las variaciones del ruido. Dedujeron las famosas ecuaciones del filtrado adaptativo por mínimos cuadrados, que permitían implementar filtros con coeficientes que se actualizaban en el tiempo. Discutieron algunas aplicaciones, como el filtrado de los 50 Hz en aplicaciones médicas y la cancelación de los lóbulos laterales de antenas y sónares. Con la aparición de las placas DSP en los años 80, toda una revolución en control activo, se empezó a concebir el CAR como una técnica con capacidad para solucionar problemas reales. Surgieron las primeras aplicaciones prácticas para reducir el ruido de escape de motores y en el interior de coches (Oswald, 1984; Trinder et al., 1986; Elliott et al., 1988). Muy importante fue la contribución de Carme (1988) en el desarrollo de protectores auditivos activos. El periodo más fructífero para el CAR, tanto en aspectos prácticos como teóricos, se concentra en los últimos diez años. Nelson y Elliott (1992), del Instituto de Sonido y Vibraciones de la Universidad de Southampton (ISVR), publican un volumen sobre control activo del ruido, en el que asientan los fundamentos acústicos y de control involucrados en los sistemas CAR. 13

14 Paralelamente, en la Universidad de Adelaida (Australia) se forma un equipo de control activo del ruido y vibraciones que destaca hasta el momento, no sólo por sus investigaciones fundamentales (Hansen y Snyder, 1997; Snyder y Vokalek, 1994; Snyder, 2000), sino también por las numerosas aplicaciones prácticas que realiza (Smith et al., 1996; Tanaka et al., 1996; Cazzolato y Hansen, 1998) Descripción Del Problema Para la mayoría de las personas, resulta muy incomodo el ruido producido por los motores de sus carros, que son ruidos de componentes en baja frecuencia, que al exponer una persona por largas jornadas a estos, suelen terminar alterando los estados anímicos, mentales y físicos sobretodo en los órganos auditivos de los pasajeros. Por esta razón, es necesario hacer una investigación para el tratamiento acústico de los carros, con la implementación de un control activo de ruido para lograr la insonorización de este sin alterar las dimensiones espaciales del habitáculo del vehículo. Con esta tecnología, se intenta llegar a la cancelación parcial del ruido por medio de la reproducción del mismo a cancelar, pero en fase contraria, lo que por medio de la interferencia destructiva lleva a la disminución del nivel de presión sonora en algo que suelen denominar zona que silencio. Como lograr por medio de la implementación del control activo de ruido la cancelación o disminución parcial del ruido del motor de los carros en el interior de estos? 1.3. Justificación Como ya se ha dicho anteriormente, el tratamiento de los ruidos de baja frecuencia con la utilización de métodos comunes tales como la absorción sonora por masa o llamándolo de otra manera, la disminución de nivel sonoro por absorción resulta poco funcional debido a las partes físicas de estos 14

15 (longitudes de onda muy grandes) que suelen pasar por encima de los materiales absorbentes, por esta razón es necesaria la implementación de otros sistemas de cancelación sonora que funciones mejor en bajas frecuencias como es el control activo de ruido, que es una tecnología especial para el tratamiento de bajas frecuencias por utilizar lo que se denomina la interferencia destructiva o cancelación por fase Objetivos Objetivo General Implementar un sistema de control activo de ruido para la atenuación del sonido de baja frecuencia producido por los motores en el interior de los automóviles basándose en la técnica FEEDBACK Objetivos Específicos Realizar mediciones de nivel de presión sonora por bandas de frecuencia en el interior de un vehículo antes y después del desarrollo del CAR. Diseñar un sistema de control activo de ruido para automotores. Diseñar el algoritmo para el CAR FEEDBACK utilizando el DSP TMS320C6713 Implementar el sistema de control activo de ruido en un vehículo 15

16 1.5. Alcances Y Limitaciones Alcances Hacer una investigación profunda en el campo del control activo de ruido y su técnica FEEDBACK para el desarrollo del un sistema aislante del ruido producido por el motor de un carro en el interior de este, con el que se lograra llegar al mercado de las personas que tiene automóvil y desean que el interior de sus carros este mas descontaminado a nivel sonoro Limitaciones Este proyecto se vera limitado por el numero de investigaciones en el tema que resultan muy escasas. A demás, el difícil acceso a conseguir los componentes de diseño del sistema y la importación de estos tales como el sistema DSP, y los componentes de captación y reproducción de la señal. A su vez, se vera limitado por la necesidad de hacer una corrección de fase por banda de la señal lo que implica un nivel de procesamiento de señal muy alto lo qué requiere de un DSP muy avanzado. Por otra parte, es necesario escoger unos filtros que no sumen latencia al sistema y la escogencia de los altavoces debido a que deben responder de manera lineal en todo el espectro lo que implica un alto costo. 16

17 2. MARCO DE REFERENCIA MARCO CONCEPTUAL A continuación, se describirán algunos términos que se consideran importantes de definir para que el lector no pierda la continuidad de la lectura. Durante la historia moderna de la sociedad, el ruido comúnmente conocido como todos aquellos sonidos que resultan molestos para los oyentes, ha sido motivo de estudio para lograr su disminución por diferentes métodos, conocidos como control de ruido que son las técnicas que se utilizan para la disminución parcial o total de los ruidos que resultan molestos para el oyente. Existen dos técnicas que se utilizan para el control de ruido denominadas control pasivos y los activos. Los pasivos son los métodos comunes de aislamiento por masa que se consigue principalmente por peso de los elementos constructivos: a mayor masa, mayor resistencia opone al choque de la onda y mayor es la atenuación convirtiendo la energía acústica en energía calórico, funcionando de manera muy eficaz en alta frecuenta. Para el tratamiento de baja recuenta, es indispensable la implementación de un sistema de control activo de ruido o aislamiento por métodos electrónicos. El principal método de aislamiento activo es el control activo de ruido o CAR. Que es un sistema de aislamiento acústico mediante el cual se logra una disminución de nivel de presión sonora por medio de la cancelación de fase de la señal. La fase de una onda expresa la posición relativa de un monte o valle de esta, con respecto a otra onda, en una sola onda la fase se mide con respecto a t=0 cuando dos señales están desfasadas 180 grados una de la otra, se dice que hay una cancelación por fase destructiva. Para lograr la cancelación de fase de una señal de audio, es necesario lograr la manipulación de esta por medios digitales, 17

18 Lo que hace indispensable el implemento de un DSP (digital signal processor) que es un dispositivo encargado de hacer el tratamiento digital de la señal. El tratamiento de esta señal ya digitalizada se hace por medio de algoritmos que son conjuntos finitos de instrucciones o pasos que sirven para ejecutar una tarea. De un modo más formal, un algoritmo es una secuencia finita de operaciones realizables, cuya ejecución da una solución de un problema en un tiempo finito. Como el problema a tratar es específicamente de baja frecuencia, es necesario hacer el filtrado de la señal por medio de la implementación de filtros que son dispositivo electrónico con la capacidad de alterar la componente espectral de una señal de audio a partir de una frecuencia determinada por el usuario FASE El momento o punto en el que dos señales se encuentran en un instante determinado se llama fase. La fase, representada por la letra griega Fi (φ) puede medirse como un tiempo, una distancia, o un ángulo (en grados 0º a 360º). Cuando esa distancia, tiempo o ángulo es cero, se dice que las ondas están en fase. Por otra parte, existe un fenómeno denominado desfase. y puede producir distorsión en las señales e, incluso, anularlas. Dos ondas idénticas desfasadas 180º (es decir, en contrafase) se cancelan. 18

19 Ilustración 1 FASE RUIDO El ruido es el contaminante más común, y puede definirse como cualquier sonido que sea calificado por quien lo recibe como algo molesto, indeseado, inoportuno o desagradable. Así, lo que es música para una persona, puede ser calificado Como ruido para otra. En un sentido más amplio, ruido es todo sonido percibido no deseado por el receptor, y se define al sonido como todo agente físico que estimula el sentido del oído. Tanto el ruido como el sonido se expresan en decibeles (db) y se miden con unos instrumentos llamados Sonómetros 19

20 Efectos Auditivos El sistema auditivo se resiente ante una exposición prolongada a una fuente de ruido, aunque ésta sea de bajo nivel. El déficit auditivo provocado por el ruido ambiental se llama psicoacusia. Una persona cuando se expone prolongadamente a un nivel de ruido excesivo, nota un silbido en el oído, ésta es una señal de alarma. Inicialmente, los daños producidos por una exposición prolongada no son permanentes, sobre los 10 días desaparecen. Sin embargo, si la exposición a la fuente de ruido no cesa, las lesiones serán definitivas. La sordera irá creciendo hasta que se pierda totalmente la audición. No sólo el ruido prolongado es perjudicial, un sonido repentino de 160dB a, como el de una explosión o un disparo, pueden llegar a perforar el tímpano o causar otras lesiones irreversibles. Citando puntualmente las afecciones auditivas que produce el ruido tenemos: Desplazamiento Temporal Del Umbral De Audición y el Desplazamiento Permanente del umbral de audición. Desplazamiento temporal del umbral de audición. Consiste en una elevación del umbral producida por la presencia de un ruido, existiendo recuperación total al cabo de un periodo de tiempo, siempre y cuando no se repita la exposición al mismo. Se produce habitualmente durante la primera hora de exposición al ruido. Desplazamiento permanente del umbral de audición. Es el mismo efecto TSS pero agravado por el paso del tiempo y la exposición al ruido. Cuando alguien se somete a numerosos TTS y durante largos periodos de tiempo (varios años), la recuperación del umbral va siendo cada vez más lenta y dificultosa, hasta volverse irreversible. El desplazamiento permanente del umbral de audición esta directamente vinculado con la presbiacusia (pérdida de la sensibilidad auditiva debida a los efectos de la edad). 20

21 La sordera producida por el desplazamiento permanente del umbral de audición afecta a ambos oídos y con idéntica intensidad. Interferencia en la comunicación oral La inteligibilidad de la comunicación se reduce debido al ruido de fondo. El oído es un transductor y no discrimina entre fuentes de ruido, la separación e identificación de las fuentes sonoras se da en el cerebro. Como ya es sabido, la voz humana produce sonido en el rango de 100 a 10000Hz, pero la información verbal se encuentra en el rango de los 200 a 6000Hz. La banda de frecuencia determinada para la inteligibilidad de la palabra, es decir entender palabra y frase, esta entre 500 y 2500 Hz. La interferencia en la comunicación oral durante las actividades laborales puede provocar accidentes causados por la incapacidad de oír llamados de advertencia u otras indicaciones n oficinas como en escuelas y hogares, la interferencia en la conversación constituye una importante fuente de molestias. Efectos sobre el sueño El ruido produce dificultades para conciliar el sueño y despertar a quienes están dormidos. El sueño es una actividad que copa un tercio de nuestras vidas y nos permite descansar, ordenar y proyectar nuestro consciente. El sueño esta constituido por dos tipos: el sueño clásico profundo(no REM (etapa de sueño profundo), el que a su vez se divide en cuatro fases distintas), y por otro lado esta el sueño paradójico (REM). Se ha demostrado que sonidos del orden de aproximadamente 60 dba, reducen la profundidad del sueño, acrecentándose dicha disminución a medida que crece la amplitud de la banda de frecuencias, las cuales pueden despertar al individuo, dependiendo de la fase del sueño en que se encuentre y de la naturaleza del ruido. Es importante tener en cuenta que estímulos débiles sorpresivos también pueden perturbar el sueño. 21

22 Efectos sobre la conducta El ruido produce alteraciones en la conducta momentáneas, las cuales consisten en agresividad o mostrar un individuo con un mayor grado de desinterés o irritabilidad. Estas alteraciones, que generalmente son pasajeras se producen a consecuencia de un ruido que provoca inquietud, inseguridad o miedo en algunos casos. Efectos en la memoria En aquellas tareas en donde se utiliza la memoria se ha demostrado que existe un mayor rendimiento en aquellos individuos que no están sometidos al ruido, debido a que este produce crecimiento en la activación del sujeto y esto en relación con el rendimiento en cierto tipo de tareas, produce una sobre activación traducida en el descenso del rendimiento. El ruido hace que la articulación en una tarea de repaso sea más lenta, especialmente cuando se tratan palabras desconocidas o de mayor longitud, es decir, en condiciones de ruido, el individuo se desgasta psicológicamente para mantener su nivel de rendimiento. Efectos en la atención El ruido hace que la atención se localice en aquellos aspectos más importantes de la tarea, haciendo que esta se pierda en otros considerados de menor relevancia. Efectos en el embarazo Se ha observado que las madres embarazadas que han estado desde comienzos de su embarazo en zonas muy ruidosas, tienen niños que no sufren alteraciones, pero si la exposición ocurre después de los 5 meses de gestación, 22

23 después del parto los niños no soportan el ruido, lloran cuando lo sienten, y al nacer tienen un tamaño inferior al normal. Efectos sobre los niños El ruido repercute negativamente sobre el aprendizaje y la salud de los niños. Cuando los niños son educados en ambientes ruidosos, éstos pierden su capacidad de atender señales acústicas y sufren perturbaciones en su capacidad de escuchar y un retrazo en el aprendizaje de la lectura, dificulta la comunicación verbal favoreciendo el aislamiento y la poca sociabilidad. Ilustración 2 RUIDO 23

24 2.2. MARCO TEORICO CAR (CONTROL ACTIVO DE RUIDO) Evolución Histórica 1 La idea de utilizar el principio de interferencia destructiva para controlar el ruido fue patentada en 1933 por un científico alemán, Paul Lueg (Guicking, 1990). Sin embargo, hasta los años 50, no se desarrollaron las primeras aplicaciones prácticas. Olson y May (1953) diseñaron un sistema activo para reducir el ruido en zonas localizadas. Fue uno de los trabajos pioneros en la combinación de sistemas activos y pasivos para la reducción del ruido. El diseño consistía en un resonador de Helmholtz con material absorbente en la pared opuesta a la entrada, combinado un sistema micrófono-altavoz a la entrada del resonador, Consiguieron reducciones de entre 10 y 25 db entre 30 y 300 Hz. El dispositivo era más eficaz cuanto más próximos estaban el altavoz y el micrófono. Existen en el mercado un conjunto de medidas encaminadas a eliminar total o parcialmente los componentes de ruido en el ambiente o dicho bajo otro nombre, la contaminación sonora, que se denomina Control de Ruido. El ruido se puede controlar mediante. Técnicas pasivas Técnicas activas Técnicas híbridas pasivas-activas Las técnicas pasivas son las que ya todos conocemos como técnicas de aislamiento acústico por medio de la implementación de materiales absorbentes o absorción por masa que no son el tema a tratar en este proyecto, por lo que pasaremos de inmediato al segundo ítem. 1 control activo del ruido radiado por Estructuras bidimensionales Maria Cuesta Ruiz. 24

25 El control activo de ruido es una técnica que se ha venido aplicando con buenos resultados desde los años 50; para complementar los resultados obtenidos con técnicas pasivas de control sonoro que como ya se a dicho anteriormente, no funcionan muy bien en banda baja debido a la elevada longitud de onda de estas frecuencias. En este trabajo de grado, se presenta la implementación de un sistema de control con objeto de atenuar la componente periódica de baja frecuencia debida al ruido del motor. Esta componente, entre 31 y 150 Hz, puede llegar a tener un valor importante cuando coincide con la frecuencia de resonancia del habitáculo, produciendo una sensación bastante molesta para el pasajero. Los sistemas CAR tratan de generar electrónicamente un ruido secundario de similar amplitud y en contrafase con el ruido existente (ruido primario). En condiciones de linealidad, ambos campos interfieren destructivamente, resultando en una reducción neta del campo sonoro total. Este principio funciona tanto mejor cuanto más baja es la frecuencia y cuanto más simples son la estructura espacial y frecuencias del ruido. Con esta información, sabemos que estas técnicas activas funcionan perfectamente en baja frecuencia lo que las hace complemento perfecto con técnicas pasivas que sabemos que funcionan muy bien en banda media y alta. El hombre urbano pasa una parte importante de su tiempo en el interior de medios de transporte públicos o privados (coches, autobuses, aviones). El ruido del motor de un vehículo es periódico, con picos a las frecuencias N, 2N, 3N, 4N,..., siendo N la frecuencia de funcionamiento del motor. Para este caso especifico, la frecuencia con mayor nivel de presión sonora es N=31Hz lo que nos muestra claramente que el principal problema de ruido en el interior del vehículo es de baja frecuencia. Para reducirlo mediante control pasivo, habría que incrementar el aislamiento (y por consiguiente, el peso) y/o la absorción (lo que implicaría reducir el volumen del habitáculo). De hecho, los coches de gama alta suelen ser menos ruidosos (también más caros) porque incorporan más 25

26 aislamiento y absorción. En cambio, los coches de gama baja y media son más ruidosos, aunque son más ligeros y consumen menos combustible. El problema del control del ruido en el interior de los aviones es muy similar. Es esencialmente ruido de baja frecuencia, y para aumentar el aislamiento acústico en el interior del habitáculo hay que añadir excesivo peso, lo cual puede dificultar el funcionamiento del avión. Los sistemas CAR requieren censores acústicos (micrófonos, por ejemplo) para medir el ruido primario y actuadores acústicos (altavoces, por ejemplo) para generar el ruido secundario. Por el contrario que los micrófonos, que son relativamente pequeños, los altavoces requieren un mayor espacio para su instalación. Esto puede llegar a ser un problema, sobre todo en aplicaciones CAR multicanal que requieren un cierto número de actuadores. Por ejemplo, Bravo et al. (1999) implantaban un sistema CAR con seis altavoces en el interior de una furgoneta para cancelar el booming (ruido característico que se produce cuando el orden 2N del motor excita una resonancia del habitáculo), y Elliott et al. (1990) diseñaban un sistema CAR multicanal con 16 altavoces para atenuar el ruido en el interior de un avión British Aerospace 748. Uno de los principios básicos es que el control activo del ruido es más eficiente cuando actúa próximo a la fuente. La bondad del sistema de control depende de la fidelidad de las señales que den los censores con respecto a las ondas de presión que representan. En este sentido, los transductores y el amplificador de audio han de tener buenas características en el margen de frecuencias de interés (al menos hasta 200 Hz), en términos de S/N (relación señal/ruido), distorsión y respuesta en frecuencia (amplitud y fase). Por ejemplo, los micrófonos que pueden utilizarse son de tipo electret, de bajo costo. 26