CONTROL DE RUIDO CONTROL DE RUIDO ACTIVOACTIVO

Por:Por:

Mauricio Pinzón G.Mauricio Pinzón G.

Santiago Arcila V.Santiago Arcila V.

CONTROL DE RUIDO ACTIVOCONTROL DE RUIDO ACTIVO

El molesto ruido ambiental constituye una El molesto ruido ambiental constituye una amenaza para nuestros nervios, y es uno de los amenaza para nuestros nervios, y es uno de los más graves problemas al que habitualmente se más graves problemas al que habitualmente se está expuesto cuando se trabaja en una planta está expuesto cuando se trabaja en una planta industrialindustrial . .

Este tipo de ruido, con un alto nivel de presión Este tipo de ruido, con un alto nivel de presión sonora, puede producir graves lesiones sonora, puede producir graves lesiones auditivas si la exposición al mismo es continua auditivas si la exposición al mismo es continua durante largos períodos de tiempo.durante largos períodos de tiempo.

CONTROL DE RUIDO ACTIVOCONTROL DE RUIDO ACTIVO

¡HACER RUIDO PARA ¡HACER RUIDO PARA HACER SILENCIOHACER SILENCIO!!

CONTROL DE RUIDO ACTIVO CONTROL DE RUIDO ACTIVO SISTEMAS PASIVOSSISTEMAS PASIVOS

No añaden energía al sistema. Pueden No añaden energía al sistema. Pueden absorber energía o modificar la impedancia del absorber energía o modificar la impedancia del medio para reducir el campo acústico medio para reducir el campo acústico propagado en el mismopropagado en el mismo

Los sistemas de control de ruido por métodos Los sistemas de control de ruido por métodos pasivospasivos son ineficientes a bajas frecuencias, por son ineficientes a bajas frecuencias, por debajo de 600 Hz.debajo de 600 Hz.

El tamaño y el peso del control está relacionado El tamaño y el peso del control está relacionado con la longitud de onda del ruido a cancelarcon la longitud de onda del ruido a cancelar

CONTROL DE RUIDO ACTIVO CONTROL DE RUIDO ACTIVO SISTEMAS PASIVOSSISTEMAS PASIVOS

Las pérdidas de audición en el ser Las pérdidas de audición en el ser humano comienzan a notarse en la humano comienzan a notarse en la percepción de señales audibles de baja percepción de señales audibles de baja frecuencia (50 - 500 Hzfrecuencia (50 - 500 Hz ) )

CONTROL DE RUIDO ACTIVOCONTROL DE RUIDO ACTIVO

Este sistema combina los elementos acústicos Este sistema combina los elementos acústicos tradicionales, como superficies especiales o tradicionales, como superficies especiales o difractores, con elementos electrónicos y de difractores, con elementos electrónicos y de procesamiento de señalprocesamiento de señal

El diseño de un cancelador de ruido activo usando El diseño de un cancelador de ruido activo usando un micrófono y un altoparlante manejado un micrófono y un altoparlante manejado eléctricamente para generar un sonido eléctricamente para generar un sonido atenuador fue propuesto por Paul Lueg en 1936atenuador fue propuesto por Paul Lueg en 1936

CONTROL DE RUIDO ACTIVO:CONTROL DE RUIDO ACTIVO:CONSIDERACIONESCONSIDERACIONES

Un control de ruido activo debe ser Un control de ruido activo debe ser adaptativo para que pueda suplir las adaptativo para que pueda suplir las cambiantes característicascambiantes características que presenta que presenta el ruido (frecuencia, fase, amplitud…)el ruido (frecuencia, fase, amplitud…)

Generalmente, para implementarlos se Generalmente, para implementarlos se usan DSP´s, que permiten el usan DSP´s, que permiten el procesamiento de la señal en tiempo real.procesamiento de la señal en tiempo real.

PRINCIPIOS DE PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOFUNCIONAMIENTO

SUPERPORSICIÓN E INTERFERENCIA SUPERPORSICIÓN E INTERFERENCIA DE ONDAS:DE ONDAS:

““Si dos o más ondas viajeras se mueven Si dos o más ondas viajeras se mueven a través de un medio, la función de a través de un medio, la función de onda resultante en cualquier punto es onda resultante en cualquier punto es la suma algebraica de las funciones de la suma algebraica de las funciones de onda de las ondas individuales”onda de las ondas individuales”

PRINCIPIOS DE PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOFUNCIONAMIENTO

Interferencia constructiva: se da Interferencia constructiva: se da cuando dos ondas al encontrarse cuando dos ondas al encontrarse incrementan su amplitud entre síincrementan su amplitud entre sí

PRINCIPIOS DE PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOFUNCIONAMIENTO

Interferencia destructivaInterferencia destructiva: Se da cuando : Se da cuando dos ondas son de igual magnitud, igual dos ondas son de igual magnitud, igual frecuencia pero desfasadas 180 grados.frecuencia pero desfasadas 180 grados.

FILTROS ADAPTATIVOS

Los filtros adaptativos pueden ser :

• Transversales – Respuesta al Impulso Finita (FIR)

• Recursivos – Respuesta al Impulso Infinitar (IIR)

• Filtros Lattice

• Filtros transformadores de dominio

ALGORITMOS

Algunos de los más usados son :

• Least mean squares (LMS, NLMS)

• Coefficient Shrinkage

• FFT decomposition

• Spectral (Sub-Band) Subtraction

MÉTODOS DE SOLUCIÓN MATEMÁTICA

Algunos métodos de solución :

Métodos de Orden Cero:

• Búsqueda aleatoria• Direcciones conjugadas – Método de Powell

Métodos de Primer Orden:

• Steepest Decent- Método de Gradiente• Fletcher – Reeves

Métodos de Segundo Orden:

• Método de Newton

MÉTODO DE STEEPEST DECENT

• Es el más simple de los métodos por gradiente

• Búsqueda hacia donde la función decrezca mas rápido

• Comienza en un punto arbitrario

Un parámetro a definir para este método es de qué tamaño deben ser los pasos (step-size), con los cuales se quiere mover el punto hacia donde f toma un valor mínimo.

Esto se da donde la derivación direccional es cero, haciendo que y sean ortogonales.

k

)( kxg)( 1 kxf

MÉTODO DE STEEPEST DECENT

ALGORITMO LEAST MEAN SQUARE (LMS)

•Es el algoritmo más simple y aplicado

•Los pesos son actualizados por un método de gradiente

•De fácil computación

•Habilidad de aprender y perfeccionar su comportamiento

•Los coeficientes de la respuesta al impulso del filtro varían con el tiempo.

^̂

ALGORITMO LEAST MEAN SQUARE (LMS)

x(n)=s(n)+v(n)

v(n) - v^(n) = 0

y(n) = x(n) - v^(n)

y(n) = s(n) + v(n) – v^(n)

y(n) = s(n) + 0

y(n) = s(n)

y(n) = s(n) + e(n)

^̂

ALGORITMO LEAST MEAN SQUARE (LMS)

][][][1 inexiWiW nn

2

1 ][2

1][][ e

iWiWiW

nnn

Del método de Steepest Decent se tiene:

Y simplificando se obtiene:

El tamaño del paso μ afecta directamente el tiempo de convergencia del filtro

MODELO DE ANC PARA VENTILADORES DE PC’s

• Generan ruido molesto • Bajas frecuencias, 50 y 60 Hz• Rango viable para trabajar con ANC

CONTROLADOR ANC

Ventilador

MicrófonoEntrada

MicrófonoError

Parlante

L

x(n)

y(n)

e(n)

CONTROLADOR ANC

Ventilador

MicrófonoEntrada

MicrófonoError

Parlante

LL

x(n)

y(n)

e(n)

MODELO DE ANC PARA VENTILADORES DE PC’s

CONTROLADOR ANC

Ventilador

MicrófonoEntrada

MicrófonoError

Parlante

L

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y(n)

e(n)

CONTROLADOR ANC

Ventilador

MicrófonoEntrada

MicrófonoError

Parlante

LL

x(n)

y(n)

e(n)

Modelo con Prealimentación o Feedforward

x(n)

y(n)

e(n)

Señal de referencia

Señal atenuadora

Señal de errorEl principio básico del modelo con prealimentación es que el tiempo

de propagación entre el micrófono de entrada y el parlante ofrece la

oportunidad para reintroducir eléctricamente el ruido en una posición en donde generará

cancelación de ruido.

SIMULACIÓN

Se necesitan dos señales .wav monofónicas muestreadas a 8kHz de aproximadamente 4 y 5 segundos.

La simulación entrega:

• Señal “in”

• Señal “out”

• Gráfica de error cuadrático en dB

• Gráfica de estabilización del error

Parámetros:

• M=16

• μ=0,05

DSP´SDSP´S

Un DSP es un dispositivo concebido para Un DSP es un dispositivo concebido para hacer tratamiento digital de señales en hacer tratamiento digital de señales en tiempo real. La principal diferencia entre tiempo real. La principal diferencia entre los DSP´s y los procesadores modernos, los DSP´s y los procesadores modernos, es que estos se diseñan para ser es que estos se diseñan para ser escalables; es decir para que puedan escalables; es decir para que puedan operar en paralelo con otros dispositivos operar en paralelo con otros dispositivos similares.similares.

DSP´S DSP´S

Uno de los beneficios principales de los DSP´s es Uno de los beneficios principales de los DSP´s es que las transformaciones de señales son más que las transformaciones de señales son más sencillas de realizar. Una de las más sencillas de realizar. Una de las más importantes transformadas es la Transformada importantes transformadas es la Transformada Discreta de Fourier. La TDF permite un análisis Discreta de Fourier. La TDF permite un análisis más sencillo y eficaz sobre la frecuencia, sobre más sencillo y eficaz sobre la frecuencia, sobre todo en aplicaciones de eliminación de ruido.todo en aplicaciones de eliminación de ruido.

DSP´SDSP´S

El procesamiento se hace en forma digital El procesamiento se hace en forma digital porque éste es usualmente más simple de porque éste es usualmente más simple de realizar que el procesamiento análogo. realizar que el procesamiento análogo. Además las señales digitales requieren Además las señales digitales requieren usualmente menos ancho de banda y usualmente menos ancho de banda y pueden ser comprimidas. Sin embargo, pueden ser comprimidas. Sin embargo, hay una pérdida inherente de información hay una pérdida inherente de información al convertir la información continua en al convertir la información continua en discretadiscreta

APLICACIONESAPLICACIONES

Ruido en ductos o canalesRuido en ductos o canales: ductos o canales : ductos o canales unidimensionales tales como ductos de ventilación, unidimensionales tales como ductos de ventilación, ductos de exhostos, aire acondicionado y tuberíaductos de exhostos, aire acondicionado y tubería

Ruido interiorRuido interior: ruido confiando a un espacio : ruido confiando a un espacio cerrado.cerrado.

Protección de ruido personalProtección de ruido personal: es un caso compacto : es un caso compacto del ruido interior.del ruido interior.

Ruido de espacio libreRuido de espacio libre: ruido relacionado con : ruido relacionado con ambientes abiertos.ambientes abiertos.

APLICACIONES ESPECÍFICASAPLICACIONES ESPECÍFICAS

AutomóvilesAutomóviles

Sistemas mono-canal (unidimensional):Sistemas mono-canal (unidimensional): silenciador electrónico para exhostos.silenciador electrónico para exhostos.

Sistemas multi-canal (tridimensional):Sistemas multi-canal (tridimensional): atenuación dentro de cabina de pasajeros, atenuación dentro de cabina de pasajeros, y operadores de maquinaria pesada.y operadores de maquinaria pesada.

ElectrodomésticosElectrodomésticos

Sistemas mono-canalSistemas mono-canal: máquinas y ductos : máquinas y ductos de aire acondicionado, refrigeradores, de aire acondicionado, refrigeradores, lavadoras, hornos, estufas, etc.lavadoras, hornos, estufas, etc.

Sistemas multi-canalSistemas multi-canal: cortadoras de : cortadoras de césped, aspiradoras, aislamiento de césped, aspiradoras, aislamiento de cuartos (zona silenciosa local), etc.cuartos (zona silenciosa local), etc.

APLICACIONES ESPECÍFICASAPLICACIONES ESPECÍFICAS

Industrial:Industrial: Ventiladores, ductos de aire, chimeneas, Ventiladores, ductos de aire, chimeneas,

transformadores, sopladores, compresores, transformadores, sopladores, compresores, bombas, protección de oídos, aislamiento de bombas, protección de oídos, aislamiento de compartimentos, audífonos, etc.compartimentos, audífonos, etc.

Transporte:Transporte: Aviones, barcos, lanchas, helicópteros, Aviones, barcos, lanchas, helicópteros,

motocicletas, maquinaria diesel, etc.motocicletas, maquinaria diesel, etc.

APLICACIONES ESPECÍFICASAPLICACIONES ESPECÍFICAS