ANALIZADOR DE ESPECTRO EN TERCIOS DE OCTAVA
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA “UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS” ANALIZADOR DE ESPECTRO EN TERCIOS DE OCTAVA CON SONÓMETRO. T E S I S PARA OBTENER EL TÍTULO EN: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA P R E S E N T A N : COLMENARES VILLESCA CRISTOBAL HERIBALDO GONZALES CASTAÑEDA IRVIN ASESORES: DR. PABLO ROBERTO LIZANA PAULIN DR. SERGIO GARCÍA BERISTAÍN MÉXICO, D.F. NOVIEMBRE 2013 ~I~ “VI VERI UNIVERSUM VIVUS VICI” "POR EL PODER DE LA VERDAD, YO, ESTANDO VIVO, HE CONQUISTADO EL UNIVERSO" Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832) ~I~ Contenido AGRADECIMIENTOS............................................................................................................................ IV OBJETIVO: ........................................................................................................................................... VI RESUMEN: .......................................................................................................................................... VI JUSTIFICACIÓN: ................................................................................................................................. VII CAPITULO 1 ...................................................................................................................................... VIII 1.1 CONSTITUCIÓN ANATÓMICA DEL OÍDO Y SU FUNCIONAMIENTO......................................... VIII 1.2 EL SONIDO. ................................................................................................................................ X 1.3 EL RUIDO. ................................................................................................................................. XI 1.4 LA FRECUENCIA. ...................................................................................................................... XII 1.5 LA AMPLITUD. ......................................................................................................................... XII 1.6 PRESIÓN SONORA .................................................................................................................. XIII 1.7 CURVAS DE PONDERACIÓN. ................................................................................................... XIV 1.8 EL SONÓMETRO. ..................................................................................................................... XV 1.9 ANALIZADOR DE ESPECTRO. .................................................................................................. XVII 1.10 MICRÓFONO ....................................................................................................................... XVIII 1.10.1 SENSIBILIDAD. ............................................................................................................. XVIII 1.10.2 IMPEDANCIA................................................................................................................ XVIII 1.10.3 RESPUESTA EN FRECUENCIA. ........................................................................................ XIX 1.10.4 TIPOS DE MICRÓFONO. .................................................................................................. XX 1.11 TARJETA DE SONIDO........................................................................................................... XXIII 1.11.1FUNCIONES DE LA TARJETA DE SONIDO ...................................................................... XXIV 1.11.2 COMPONENTES DE LA TARJETA DE AUDIO. ................................................................. XXV CAPITULO 2 ................................................................................................................................... XXVII INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL EN LABVIEW .................................................................................. XXVII 2.1 INTRODUCCIÓN A LABVIEW ................................................................................................ XXVII 2.2 INSTRUMENTO VIRTUAL ..................................................................................................... XXVII 2.3 ENTORNO DE LABVIEW. ..................................................................................................... XXVIII 2.3.1 MENÚS .......................................................................................................................... XXIX 2.3.2 ESTRUCTURAS. .............................................................................................................. XXXI 2.3.3 Diagrama a bloques. ..................................................................................................... XXXII ~ II ~ CAPITULO 3 .................................................................................................................................. XXXIII 3.1 DESARROLLO DEL PROYECTO ............................................................................................. XXXIII 3.2 Captura de sonido .............................................................................................................. XXXIII 3.3 TRANSFORMADA RÁPIDA DE FOURIER ............................................................................... XXXV 3.4 CURVA DE PONDERACIÓN A Y C ......................................................................................... XXXVI 3.5 NIVEL DE PRESIÓN SONORO............................................................................................... XXXIX 3.6 ANALIZADOR DE ESPECTRO ......................................................................................................XL CAPITULO 4 .....................................................................................................................................XLIII PRUEBAS Y MEDICIONES .................................................................................................................XLIII 4.1 INICIO DE LAS PRUEBAS ........................................................................................................XLIII 4.2 PRUEBAS DEL ANALIZADOR DE ESPECTRO. .......................................................................... XLIV 4.3 PRUEBAS DEL SONÓMETRO ................................................................................................ XLVII 4.3.1 PRUEBA A LAS CURVAS DE PONDERACIÓN ................................................................. XLVIII 4.3.2 PRUEBAS DE DECIBELES DEL SONÓMETRO .........................................................................L 4.3.3 DETECCIÓN Y CORRECCIÓN DE ERROR ..............................................................................LI 4.3.4 PRUEBAS FINALES DEL SONÓMETRO. ...............................................................................LII CONCLUSIONES. ................................................................................................................................ LV ANEXO ............................................................................................................................................. LVII A. PROGRAMA FINAL. .................................................................................................................. LVII B. PROGRAMA EJECUTABLE. .........................................................................................................LIX B.1 ¿CÓMO HACER UN VI EJECUTABLE? ...................................................................................LIX C. ESTUDIO ECONÓMICO .............................................................................................................LXII D. FOTOGRAFÍAS .........................................................................................................................LXIII REFERENCIAS .................................................................................................................................. LXIV ~ III ~ AGRADECIMIENTOS. A MIS PADRES: Neftalí Colmenares y Hortensia Villesca, pues gracias a ellos y a su apoyo incondicional en todo momento de mi vida, ellos han formado a el hombre que hoy en día soy, con valores y principios, así como me enseñaron a luchar y seguir adelante, pelear he ir tras mis sueños y metas sin importar obstáculos y adversidades, pues siempre que necesite de ellos, sé que contare con sus consejos. A MI FAMILIA: Mis hermanos Bersain y Ariana, así como a mi sobrino Josué, también a mis abuelos Maximiliano Villesca, Petra García y Matea Hernández, y sin olvidar a mis tíos, pues con sus consejos, palabras, entusiasmo y alientos he podido conseguir un logro más en mi vida, con su ejemplo he ideales me dieron fuerza para poder conseguir y alcanzar la meta de lograr mi ingeniería, pues ellos también fueron gran parte de ese motor que me hacía seguir día a día sin darme por vencido. A MI PAREJA: Julia Morales, pues ella me ha acompañado en todo el largo camino para lograr mi carrera, estuvo conmigo día con día en los buenos y malos momentos, me ayudo a salir de momentos difíciles así como de baches tanto en la vida estudiantil como en lo personal, así como también aprendí de ella muchas cosas las cuales me ayudaron a formarme un criterio, madures y conocimiento intelectual y personal. A MIS AMIGOS: A todos mis amigos que han estado conmigo tanto en la vida estudiantil, laboral y personalmente pues siempre me apoyaron y alentaron para que siguiera adelante y no dejar de lado mi carrera, me aconsejaron, guiaron he inspiraron para seguir a pesar de los conflictos que pudiera tener, así como me apoyaron y ayudaron a seguir adelante pues todos ellos fueron una gran fuerza para salir adelante. A todos ellos de corazón y con mucho cariño y amor ¡GRACIAS! Pues este logro no solo es mío, también es parte de todos ustedes. ~ IV ~ AGRADECIMIENTOS. A mi madre Sara Castañeda Ramiro, quien es la mujer con más fuerza de voluntad que jamás haya conocido, ya que fue capaz de sobrepasar los límites de sus fuerzas para ayudar a sus hermanos y padres, y educar a dos hijos sola. Es una mujer que no conoce los miedos y si los tiene los afronta y los vence, es capaz de dar todo sin esperar nada a cambio, es un ejemplo de fuerza, y de voluntad. Gracias madre por no dejarme caer, por alentarme a seguir adelante, por luchar sin descansó, por enseñarme lo que realmente es importante para mí y para nosotros como familia, gracias por tus regaños, gracias por tus consejos, gracias por todo tu esfuerzo. Te amo madre y espero poder compensar todo aquello por lo que has luchado, espero no defraudarte y espero ser algún día como tú, un ejemplo de lucha y sacrificio para mis seres queridos. A mi hermano Inguemar González Castañeda quien ha estado siempre a mi lado, siempre apoyándome y queriéndome, gracias hermano por todo tu sacrificio, gracias por no desesperar, por preocuparte por mi salud y bienestar, por ser un hermano excepcional que no solo se preocupas por mi sino por nuestra madre también y sobre todo te agradezco por todo el sacrificio y espera, eres el mejor hermano del mundo, a ti también espero no defraudarte y solo quiero poder compensarles a ti y a nuestra madre el sacrificio que han hecho por mí, hermano recuerda que te quiero y te respeto. A mi familia que si no fuera por su apoyo no estaría en este punto de mi vida, concluyendo un ciclo el cual es un gran paso para mí como persona y como profesionista, gracias Arcelia Castañeda Ramiro por tu apoyo incondicional, gracias Víctor Manuel Ortiz Castañeda por tu apoyo incondicional y por estar siempre como otro hermano, gracias a toda mi familia por ser y estar en los momentos más importantes de mi vida, los amo a todos muchas gracias. A mis compañeros y amigos, porque nadie en esta etapa de nuestras vidas sería capaz de seguir adelante sin el apoyo ya no de compañeros si no de buenos amigos, les agradezco a todos ustedes por brindarme esa confianza y permitirme ser uno de ustedes, por estar en las buenas y en las malas, gracias por que sin su ayuda y apoyo no estaría aquí, muchas gracias y suerte para todos nosotros, recuerden que “uno para todos y todos para uno “. Para todo ustedes ¡GRACIAS¡ ya que todos son una parte de mi y no sería quien soy, sin todos ustedes. ¡GRACIAS¡ ~V~ OBJETIVO: Diseñar un analizador de espectro en bandas de tercios de octava con medidor de frecuencias audibles (sonómetro), mediante el software LabVIEW 2012. RESUMEN: Este proyecto es un sonómetro digital con ponderación a y c de clase dos (de uso general) y graficas de banda de frecuencias en tercios de octavas, programado con el software LabVIEW de Nationals Instruments, cuyo propósito principal es poder crear una herramienta que pueda tenerse al alcance de los estudiantes de ingeniería, y personal que sepa cómo utilizar dicha herramienta de medición en su hogar o escuela con la ayuda de una computadora, laptop o notebook, pues el costo de los sonómetros de clase dos es muy elevado para un estudiante o una persona que desee tener uno en casa para pruebas de sonoridad, practicas escolares de nivel superior, tiene un transductor que será el receptor de la señal sonora, un procesamiento de la señal que lo hará el software programado en la computadora, una pantalla donde se mostraran los resultados obtenidos, y con la ayuda de estos elementos poder obtener una medida lo más exacta posible a un sonómetro. Uno de los problemas más importantes a resolver es que al ser de un precio elevado escuelas o instituciones cuyos recursos no alcanzan para tener varios sonómetros para mostrar su funcionamiento practico no se pueden utilizar más de dos o en casos extremos no se cuenta con ninguno y genera un rezago en el desarrollo profesional de los estudiantes, con este sonómetro se pretende que los alumnos lo puedan tener en su computadora y puedan realizar las mismas medidas que con un sonómetro físico sin tener que gastar grandes cantidades de dinero y tener un rezago en el conocimiento de este, o en el desarrollo de sus prácticas institucionales. Con ayuda de las nuevas tecnologías y la velocidad de los nuevo procesadores de una computadora se pudo obtener el mismo desempeño y resultado que un sonómetro comercial, con el uso de este programa de uso amigable para el usuario y una programación sencilla se puede utilizar de una manera simple y eficaz, cuyo resultado sea el mejor y el óptimo para cubrir con las expectativas del usuario, así como del estudiante cuyas practicas necesite de este proyecto. ~ VI ~ JUSTIFICACIÓN: Mediante la experiencia obtenida en la ESIME Zacatenco se ha observado un déficit en material de laboratorios, principalmente en analizadores de espectro y sonómetros, por esto mismo se optó por realizar un analizador de espectro en bandas de tercios de octava con sonómetro. Por lo mismo de la falta de equipo este sonómetro no pretende resolver el problema de la falta de equipo, pero si dar una pequeña ayuda a los profesores y alumnos para poder realizar sus prácticas desde sus computadoras, pues es más fácil que un alumno lleve una laptop o notebook e instalado el analizador de espectro con el sonómetro y poder realizar prácticas o proyectos en un tiempo más corto. Este proyecto no solo está dirigido para un estudiante, para un profesor, también a cualquier persona que quiera conocer los niveles audibles de ruido perceptibles por el oído humano, así como también para conocer los ruidos que puede producir el motor de su automóvil, sistema de audio en casa, tráfico aéreo o el ruido producido por una reunión de su vecino etc. ~ VII ~ CAPITULO 1 1.1 CONSTITUCIÓN ANATÓMICA DEL OÍDO Y SU FUNCIONAMIENTO La percepción del sonido se realiza mediante el oído que es un órgano par de compleja estructura que permite el registro de las oscilaciones o vibraciones del aire que se constituyen en ondas sonoras. En cada oído hay que distinguir tres partes: el oído externo y oído medio, que sirven para la transmisión de las vibraciones sonoras y el oído interno que actúa como receptor de las mismas y alberga un dispositivo que gobierna el equilibrio del cuerpo humano. La función del oído externo es recoger el sonido producido por las vibraciones mecánicas en el aire y pasarlas al oído medio. El oído externo consta de tres partes: la aurícula (mejor conocida como oreja), el canal auditivo y el tímpano, el cual vibra debido a las ondas transportadas por el canal auditivo. El aíre entra en el oído medio por la trompa de Eustaquio la cual conecta la cavidad del oído medio con la faringe y debido a esto, la presión del airees la misma en ambos lados del tímpano. Hay tres huesos pequeños dentro del oído medio: el martillo, el yunque y el estribo. El martillo está pegado al tímpano. Los tres huesos están unidos y alineados por unos pequeños ligamentos. Las vibraciones de sonido pasan desde el tímpano por cada uno de esos huesos. El oído interno tiene una estructura que se asemeja a la concha de un caracol, esa estructura es la cóclea que es una cámara ósea que contiene fluido y mecano receptores para oír. La terminal de la cóclea que está unida al oído medio contiene una ventana cubierta por una membrana contra la que el estribo descansa. Cuando las ondas de sonido hacen vibrar el oído medio, las vibraciones pasan desde el estribo hasta la ventana de la cóclea. La vibración de la ventana, hace vibrar el fluido dentro de la cóclea. La vibración del fluido dentro de la cóclea estimula las células mecano receptoras. Los receptores en el extremo de la cóclea, más cercanos al estribo, responden a sonidos de tonos bajos. Cuando los mecano-receptores son estimulados, mandan esos estímulos por el nervio auditivo al encéfalo. En la FIGURA 1.1, se observa que el oído interno incluye tres canales semicirculares al lado de la cóclea. Los canales semicirculares son las estructuras asociadas con el equilibrio y como la cóclea, están llenos de fluido y contienen células mecano-receptoras. Los tres canales forman entre si ángulos rectos. Los cambios de posición de la cabeza o del cuerpo hacen que se mueva el fluido dentro de los canales. El movimiento en una dirección en particular causa una gran cantidad de estimulación en cada uno de ellos. El cerebro recibe e interpreta los tres grupos de impulsos de los tres canales. Basándose en esa interpretación, el encéfalo manda impulsos motores a los músculos del esqueleto para mantener el equilibrio, y el cerebelo utiliza la información de los canales semicirculares para coordinar la acción de los músculos. ~ VIII ~ FIGURA 1.1 Esquema que representa las diferentes partes que integran el oído, se pueden observar el oído externo, medio e interno. Una pequeña parte de los tonos más bajos o graves (es decir, los que tienen menor frecuencia) no son percibidos por el hombre, lo mismo que una gran parte de los tonos más agudos. En general, los límites de percepción se encuentran entre las 20 y las 20.000 vibraciones por segundo. El límite superior disminuye con la edad, independientemente de si hay sordera o no. También existen determinadas enfermedades que reducen, en un extremo u otro, los límites de tonos audibles. Existen animales, como el perro, capaces de oír sonidos mucho más altos que los de una frecuencia de 20.000 vibraciones por segundo. FIGURA 1.2 Grafica que muestra diferentes rangos audibles. ~ IX ~ En acústica se señala que, junto al tono, el hombre es capaz de apreciar el timbre del sonido, mediante el que, de una manera empírica, identifica la naturaleza del agente que emite el sonido (un violín, una voz). Este timbre depende de los armónicos o sonidos cualitativos secundarios que acompañan al principal, mucho más intenso, y que determinan su tono. Junto al tono y al timbre, también influye la intensidad del sonido, que depende de la amplitud de las vibraciones. El oído humano es capaz de percibir simultáneamente varios tonos, timbres e intensidades de sonido sin fundirlos en una sola sensación (como ocurre con la mezcla de colores en la visión). Esa es la razón de la inmensa riqueza de este órgano auditivo que, por su constitución proporciona quizá al hombre las mayores emociones estéticas, sólo comparables con la infinita gama de matices que brinda el órgano del olfato. Pero también esto explica por qué la percepción anárquica de sonidos desordenados y faltos de armonía siempre se asocia con la desagradable sensación de ruido. 1.2 EL SONIDO. El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por el movimiento ondulatorio de un medio elástico. Este fenómeno se presenta debido a cambios rápidos de presión generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo. La onda del sonido es una onda longitudinal. A medida que la energía del movimiento ondulatorio se propaga alejándose del centro de la perturbación, las moléculas individuales del medio elástico que transmite el sonido se mueven hacia delante y atrás, de forma paralela (colonial) a la dirección del movimiento ondulatorio. Por tanto, una onda de sonido es una serie de compresiones y enrarecimientos sucesivos del aire. Cada molécula individual transmite la energía a las moléculas vecinas, pero una vez que pasa la onda de sonido, las moléculas permanecen en la misma posición. Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: el tono, la sonoridad y el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o forma de onda. ~X~ 1.3 EL RUIDO. Desde un punto de vista físico, el ruido es un sonido complejo, formado por la combinación de varias frecuencias. El ruido es un sonido molesto, que produce una sensación de incomodidad y que se sufre habitualmente en el lugar de residencia o en el trabajo. La exposición prolongada a fuentes de ruido puede provocar fatiga, daños auditivos irreversibles, alteraciones del sueño, estrés, disminución del rendimiento en el trabajo, o en algún otro lugar donde se desarrollen actividades. En este caso, en lugar de utilizar el espectro frecuencia, se hace uso de la llamada densidad espectral de potencia, es decir, de la potencia sonora por unidad de frecuencia. Un sonido aleatorio característico es el ruido blanco. Se define como aquel ruido que presenta una densidad espectral de potencia constante. Un ejemplo de este tipo de ruido es el generado por una cascada de agua. FIGURA 1.3 El ruido está conformado por diferentes frecuencias debido a vibraciones mecánicas irregulares. En la figura anterior se muestra la gráfica del ruido y su espectro de potencia. Desde otro punto de vista el ruido debe considerarse como un contaminante medioambiental de primer orden con efectos nocivos importantes sobre la salud de la población y su calidad de vida. Su difícil control hace que esté se presente en prácticamente todos los ámbitos de la vida cotidiana y, por tanto, esté expuesto a sus efectos. Las alteraciones psicológicas, la distorsión del sueño, la pérdida de audición y el riesgo de enfermedades cardiovasculares y respiratorias son los principales riesgos en adultos. En los niños las alteraciones del sueño, los procesos respiratorios y la dificultad para el aprendizaje y el lenguaje son los principales problemas. ~ XI ~ 1.4 LA FRECUENCIA. La frecuencia de una onda de sonido es la medición del número de vibraciones por segundo de un punto determinado. La unidad de medida de la frecuencia es Hertz (Hz); una frecuencia de 1 Hz es aquella que tiene 1 ciclo por segundo. La unidad de medición recibe este nombre en honor al físico alemán Heinrich Rudolf Hertz, el primero en demostrar la naturaleza de la propagación de las ondas electromagnéticas. En la FIGURA 1.4, se muestran cuatro ondas con diferentes frecuencias pero con la misma amplitud. FIGURA 1.4 Cuatro ondas con diferentes frecuencias pero misma amplitud. 1.5 LA AMPLITUD. Es la característica de las ondas sonoras que determina la sonoridad, es decir, el volumen. La amplitud es la distancia máxima que un punto del medio en que se propaga la onda se desplaza de la posición de equilibrio; esta distancia corresponde al grado de movimiento de las moléculas de aire en una onda sonora. Al aumentar su movimiento, se golpea el tímpano con una fuerza mayor, por lo que el oído percibe un sonido más fuerte. La amplitud de la onda (dB) o sonoridad (Phones) se mide en decibeles (dB). La escala de sensación sonora es logarítmica, lo que significa que un aumento de 10 dB corresponde a una intensidad 10 veces mayor. En la FIGURA 1.5, se muestran cuatro ondas con la misma frecuencia pero distintas amplitudes entre ellas. ~ XII ~ FIGURA 1.5 Cuatro ondas con diferentes amplitudes y misma frecuencia. 1.6 PRESIÓN SONORA Para poder entender el concepto de presión sonora es importante entender primero qué es la presión atmosférica. La presión atmosférica es la presión del aire ambiental en ausencia de sonido, esta presión en el SI (Sistema Internacional) se mide en pascales (1Pascal es igual a una fuerza de 1 Newton actuando sobre una superficie de 1 metro cuadrado y se abrevia 1 Pa). Partiendo de lo anterior se define a la presión sonora como la diferencia entre una presión instantánea debida al sonido y la presión atmosférica y se mide en Pa. Sin embargo, la presión sonora por lo general se expresa en valores mucho menores que la presión atmosférica. Por ejemplo, los sonidos más intensos que pueden soportarse sin experimentar un dolor auditivo agudo corresponden a unos 20 Pa, mientras que los apenas audibles están cerca de 20 μPa. Otra diferencia importante es que la presión atmosférica cambia lentamente, mientras que la presión sonora lo hace muy rápido, alternando entre valores positivos (presión instantánea mayor que la atmosférica) y negativos (presión instantánea menor que la atmosférica). Uno de los parámetros fundamentales que inciden sobre la percepción de una onda sonora es el nivel acústico. El objetivo de la medida del nivel acústico es determinar la sensación que un sonido produce en un oyente. El concepto fundamental es la presión sonora, definida como la variación dinámica de la presión atmosférica provocada por una onda sonora, es decir, la diferencia entre la presión de un punto y la presión estática (debida a la presión atmosférica) en el mismo punto. Las unidades empleadas son las de presión: … (1.1) ~ XIII ~ Debido al amplio margen de variación que puede experimentar la presión sonora se hace difícil en muchas ocasiones manejar estas unidades y en la práctica se utiliza el nivel de presión sonora, conocido por las siglas NPS, que se define como: … (1.2) Donde: NPS es igual a Nivel de Presión Sonoro P es presión es la presión de referencia que es igual a 20 μPa. Las aplicaciones prácticas de la medida del nivel sonoro se pueden dividir en tres apartados: medida de la sensación sonora, medida del aislamiento y medida del ruido interferente. 1.7 CURVAS DE PONDERACIÓN. El oído humano presenta una respuesta subjetiva de manera logarítmica a diferentes frecuencias; así pues, para el estudio del proceso de audición se necesitaba de un instrumento de medición capaz de reflejar con una única cifra la sensación de sonoridad producida por un sonido cualquiera. Para lograr esto se propuso intercalar un filtro que imitara la respuesta del oído humano, esto es, acentuara las frecuencias en las que el oído es más sensible (frecuencias medias) y atenuara aquellas en las que es menos sensible (frecuencias altas y bajas). Existen tres redes de ponderación: A, B y C (FIGURA 1.6), Sus unidades son: “dB(A) ´s”, “dB (B) ´s” y “dB(C) ´s” respectivamente. Las curvas A, B y C son aproximaciones inversas de las curvas de Fletcher y Munson de 40, 70 y 100 fonos, las cuales se pretendía que fueran realizables con redes eléctricas sencillas. ~ XIV ~ FIGURA 1.6 Curvas de ponderación. A partir de lecturas empleando las redes de ponderación puede obtenerse cierta información respecto a la distribución espectral del ruido. Si el nivel sonoro es el mismo para las redes A, B y C, la energía sonora es posiblemente predominante para las frecuencias superiores a 500 Hz. Si el nivel es el mismo para las redes B y C, el sonido predominante está comprendido entre las frecuencias de 150 y 1000 Hz. Finalmente si el nivel sonoro es mayor con la red C, el sonido predominante está en las frecuencias inferiores a los 150 Hz. Muchas investigaciones han revelado que las cifras medidas intercalando la curva de ponderación “A” estaban muy bien correlacionadas con el daño auditivo experimentado por las personas expuestas a ruidos intensos durante períodos considerables de tiempo, como suele ocurrir en ambientes de trabajo en la industria; también se correlacionan con la sensación de molestia y la interferencia a la palabra causadas por determinados ruidos. Es por esto que dicha curva de ponderación “A” se ha popularizado y adoptado en numerosas normas y legislaciones. La curva “B” no se utiliza actualmente y es difícil de encontrar instrumentos que la incluyan. La curva “C” sí viene incorporada en varios instrumentos, ya que algunas especificaciones requieren la lectura en dB(C) ´s; además, la comparación de mediciones en dB(A) ´s y dB(C) ´s permite determinar si existen o no componentes de baja frecuencia importantes. 1.8 EL SONÓMETRO. Un sonómetro se puede definir como un dispositivo diseñado para medir el nivel depresión sonoro, el cual está constituido de tres secciones principales: micrófono, amplificador e indicador del nivel de potencia. Dependiendo el objetivo de las mediciones, existen cuatro clases de sonómetros: Tipo 0: Sonómetros patrones Tipo 1: De precisión Tipo 2: De precisión y de uso general Tipo 3: De inspección El sonómetro mide exclusivamente niveles de presión sonora. Su unidad de procesado permite realizar medidas globales, o bien por bandas de frecuencias, con diferentes respuestas temporales (respuestas “Fast”, “Slow”, “Impulse” o “Peak”). Por otro lado, con el fin de reducir al máximo las posibles diferencias entre las mediciones efectuadas con sonómetros de distintas marcas y modelos, existen unas normas internacionales a las que deben guiarse los fabricantes de tales instrumentos. ~ XV ~ FIGURA 1.7 Diseños de Sonómetros convencionales. Su funcionamiento es el siguiente: Primero, la señal que es entregada por el micrófono y acondicionada por el preamplificador pasa por una serie de circuitos amplificadores para acomodar el rango de lectura con los niveles a medir, y posteriormente pasa a la red de ponderación. Estas redes de ponderación se introducen para que el sonómetro tenga una respuesta en frecuencia similar a la del oído humano. Las curvas de ponderación dan cuenta de la distinta sensibilidad del oído humano para cada frecuencia, y se corresponden con las curvas de igual nivel de sonoridad o curvas isofónicas. La escala del indicador del nivel de potencia está en decibeles: cero decibeles corresponde a un cambio de presión del aire de 20 μPa y 120 dB equivale a un cambio de 20 Pa. FIGURA 1.8 diagrama a bloques de un sonómetro. ~ XVI ~ 1.9 ANALIZADOR DE ESPECTRO. Un analizador de espectros tiene una estructura similar a la de un medidor de nivel sonoro, en el cual se reemplaza el filtro de ponderación por uno o más filtros pasa‐banda, es decir filtros que permiten pasar las señales comprendidas en una banda relativamente estrecha de frecuencias y rechazan las restantes. Al ser estos filtros muy selectivos en frecuencia, permiten un análisis detallado del contenido espectral del ruido. Existe la posibilidad de medición del nivel en toda la banda de frecuencias o por sección, para poder medir el nivel en bandas de octava o de 1/3 de octava mediante filtros conmutables, con frecuencia central en cada una de las octavas o tercios de octava. FIGURA 1.9 analizador de espectro. Existen dos tipos de analizadores de espectro: Analizador en tiempo real de un canal o dos por banco de filtros en paralelo. Éstos son una serie de analizadores que no realizan un barrido frecuencia, sino que obtienen todo el espectro simultáneamente, mediante filtros y un detector de nivel por cada filtro. Se suelen utilizar para señales que varían rápidamente en amplitud o en contenido frecuencia. Analizadores por medio de FFT. Estos analizadores utilizan el algoritmo de la transformada rápida de Fourier para calcular el espectro de bloques de datos de la muestra de longitud finita (típicamente 1024 ó 2048 muestras). La gran ventaja de estos analizadores es la posibilidad de efectuar un acercamiento gráfico de una zona concreta en el espectro obtenido. Un analizador de espectro puede utilizarse para determinar qué banda de frecuencia o componente contribuye en mayor medida al nivel de presión sonora con ponderación “A”. ~ XVII ~ Los analizadores de espectro se pueden clasificar en analizadores de tiempo real y de tiempo diferido. Los de tiempo real obtienen el espectro completo instantáneamente, salvo el retardo combinado del filtro pasa‐banda y del filtro pasa‐bajos del conversor de valor eficaz. Los de tiempo diferido requieren almacenar una muestra del sonido a analizar, que luego será procesada por medio de distintos recursos; entre éstos están los analizadores de bandas seleccionables, utilizados en combinación con un grabador de instrumentación. 1.10 MICRÓFONO El micrófono es un dispositivo electrónico el cual su función es convertir una señal mecánica en una señal eléctrica, después de obtener la señal eléctrica este puede ser tratada por amplificadores, filtros entre otros. Para elegir un micrófono se tiene que conocer su sensibilidad, su impedancia y su respuesta en frecuencia, esto para saber qué tipo de micrófono se acomoda más a nuestras necesidades. 1.10.1 SENSIBILIDAD. Se mide en mV/Pa (milivolts/Pascal). Los valores más usuales oscilan entre 1 y 5 mV/Pa. Por ejemplo: a 20 cm de los labios de un orador hay aproximadamente una presión sonora de 94 dB o el equivalente a 1 Pa. Si un micrófono tiene una sensibilidad de 3 mV/Pa, proporcionara 3 mV de señal eléctrica a su salida cuando lo coloquemos a 20 cm de distancia del citado orador; 6 mV si está a 10 cm, o 1,5 mV si estuviera a 40 cm. Los valores de sensibilidad de los micrófonos se fijan para una frecuencia de la presión acústica incidente de 1,000 Hz, y se considera como frecuencia de referencia. 1.10.2 IMPEDANCIA Los micrófonos de alta impedancia tienen valores de más de 1 000 Ω, y proporcionan una tensión de salida de 10 mV a 30 mV, pero muy poca corriente. ~ XVIII ~ Los de baja impedancia (≤ 600 Ω) generan una tensión de salida de entre 0,5 mV y 2 mV, pero con una corriente más elevada. Cuando un micrófono de alta impedancia está conectado a un amplificador con un cable de más de 10 m, se produce una importante pérdida de altas frecuencias debido a la capacidad del cable. Sin embargo, este fenómeno no es tan acusado para los de baja impedancia, ya que posee una corriente de salida mucho mayor, de hecho que despreciaría los efectos del cable para distancias incluso de 100m. 1.10.3 RESPUESTA EN FRECUENCIA. La curva de respuesta representa la sensibilidad correspondiente a las diversas frecuencias, referidas a un nivel convencional o de referencia (0 dB para 1 Pa y mV) FIGURA 1.10 curva de respuesta en frecuencia. Un micrófono de calidad debe tener una curva lo más plana posible. La curva de la FIGURA 1.10 representa la respuesta de frecuencia de un micrófono ideal para reproducir la palabra, pues según se observa, la curva es bastante plana para una frecuencia de entre 300 Hz y 4 000 Hz. Sin embargo, un micrófono destinado a la captación del sonido procedente de una orquesta tiene que tener una respuesta de frecuencia lo más amplia posible, igual o mayor a la del oído humano, ya que una orquesta produce sonidos de cualquier frecuencia. En ambientes ruidosos es recomendable utilizar micrófonos de respuesta en frecuencia muy ajustada a la banda de palabra para evitar la captación de sonidos ambientales, lo que originaría un enmascaramiento de la palabra del hablante. ~ XIX ~ 1.10.4 TIPOS DE MICRÓFONO. Dentro de los micrófonos existe una gran variedad de ellos y se catalogan dependiendo su fabricación entre los más usuales son: Electrodinámico de bobina móvil Micrófono electroestático de condensador Electret Micrófono piezoeléctrico de cristal 1.10.4.1 MICRÓFONO ELECTRODINÁMICO DE BOBINA MÓVIL. Este micrófono basa su funcionamiento en la inducción electromagnética. Los sonidos producidos delante del micrófono producen una vibración en la membrana la cual produce un movimiento en la bobina que hay en el interior del campo magnético, creado por un imán permanente, generándose así entre los extremos de la bobina una tensión inducida que será de la misma frecuencia y de una amplitud proporcional a las vibraciones sonoras (FIGURA 1.11). Estos micrófonos se fabrican para impedancias de 200 Ω y 600 Ω, y pueden ser balanceados y no balanceados. Estos micrófonos son de buena calidad, y muy económicos, lo que justifica su alto grado de utilización en cualquier prueba y uso de sonido. FIGURA1.11 micrófono electrodinámico de bobina móvil. ~ XX ~ 1.10.4.2 MICRÓFONO ELECTRET. Está formado por una membrana de policarbonato de 5 micras de espesor metalizada por su parte exterior, que constituye el electrodo móvil. En el interior de la membrana se encuentra el electrodo fijo, formado por una placa metálica polarizada y perforada, con lo que se consigue aumentar la capacidad del condensador formado. Basan su funcionamiento en la variación de capacidad que se produce entre la membrana y la placa polarizada, que al vibrar por los efectos de las ondas Sonoras (FIGURA. 1.12). Igualmente se fabrica con impedancias de 200 Ω y 600 Ω. Este tipo de micrófonos necesita alimentación de corriente continua para su funcionamiento y suele tener la salida no balanceada. FIGURA 1.12 micrófono electret 1.10.4.3 MICRÓFONO DE CONDENSADOR. Para el proyecto se elige un micrófono de tipo electrostático de condensador, pues es que proponemos nos dará una mejor respuesta al hacer nuestras mediciones así como para la adquisición de la señal de ruido a analizar, por lo tanto solo nos enfocaremos a hablar sobre este tipo de micrófono. Está formado por dos laminas muy próximas entre sí (aproximadamente 35 micras), que constituyen las dos placas de un condensador. La lamina (M) es de duraluminio y constituye la membrana vibrante, mientras que la otra es fija (F) y esta provista de agujeros ciegos. La membrana fija está en contacto con la caja del micrófono y, por tanto, se encuentra a potencia 0 V (FIGURA. 1.13). ~ XXI ~ FIGURA1.13 micrófono electrostático de condensador. El condensador formado por las láminas se conecta en serie a una alimentación exterior de corriente continua (B) y a una resistencia (R). En ausencia del sonido, el condensador se encuentra cargado a la potencia de la pila o batería y, por consiguiente, no circula corriente. Cuando aparece el sonido, la membrana vibra variando la distancia entre las placas y, consecuentemente, la capacidad del condensador, cargándose este más o menos en función de estas variaciones. Aparecería entonces una corriente variable que provocaría una caída de tensión en la resistencia del circuito de salida, que será proporcional a las variaciones de la presión sonora originaria. Las corrientes generadas por este tipo de micrófonos son muy pequeñas y para que las tensiones de salida sean apreciables, la resistencia R debe tener un valor elevado (5-20 M_). Este valor tan elevado de impedancia puede crear inconvenientes para acoplar este micrófono a un amplificador, lo que conllevaría la necesidad de emplear adaptadores de impedancia. La alimentación exterior que necesitan estos micrófonos oscila, según los casos, entre 9 V y 48 V, siendo suministrada por el mismo equipo de sonido. Son muy vulnerables a los agentes exteriores (polvo, humedad, etc.) y deben protegerse en el interior de una capsula. Producen poca distorsión y no captan ruidos de fondo. ~ XXII ~ 1.10.4.4 MICRÓFONO DE PIEZOELÉCTRICO DE CRISTAL Está basado en el fenómeno de la piezoelectricidad, esto se produce con materiales como el cuarzo, el titanio de bario, la sal de Rochelle, etc., generan cargas eléctricas cuando son sometidas a una variación mecánica o, por el contrario, vibran si se les aplica una tensión eléctrica. Este micrófono está constituido por una placa que contiene dos cristales piezoeléctricos tallados de diferente forma, y sobre ellos se ponen dos láminas de aluminio que actúan como electrodos. La placa formada por los dos cristales va montada con uno de sus extremos unido a un soporte, mientras que el otro extremo está sujeto al diafragma en el micrófono. Cuando se produce un sonido delante del micrófono, el diafragma vibra con la misma frecuencia y amplitud que la señal sonora, de esta forma, uno de los cristales se contrae y el otro se dilata, produciendo entre sus terminales una tensión alterna de igual frecuencia y amplitud que la señal sonora originaria (FIGURA 1.14). Este micrófono tiene una impedancia muy alta, por lo que la tensión de salida es bastante baja,, no presenta ruidos de fondo y en general es muy económico y se usa mucho. FIGURA 1.14 1.11 TARJETA DE SONIDO Una tarjeta de sonido o placa de sonido es una tarjeta de expansión para computadoras que permite la entrada y salida de audio bajo el control de un programa informático llamado controlador (en inglés Driver). El típico uso de las tarjetas de sonido consiste en proveer mediante un programa que actúa de mezclador, que las aplicaciones multimedia del componente de audio suenen y puedan ser gestionadas. Estas aplicaciones multimedia engloban composición y edición de video o audio, presentaciones multimedia y entretenimiento (videojuegos). Algunos equipos tienen la tarjeta ya integrada, mientras que otros requieren tarjetas de expansión. ~ XXIII ~ FIGURA 1.12 Tarjeta de sonido interna de una computadora. 1.11.1FUNCIONES DE LA TARJETA DE SONIDO 1. Grabación La señal acústica procedente de un micrófono u otras fuentes se introduce en la tarjeta por los conectores. Esta señal se transforma convenientemente y se envía al computador para su almacenamiento en un formato específico. 2. Reproducción La información de onda digital existente en la máquina se envía a la tarjeta. Tras cierto procesado se expulsa por los conectores de salida para ser interpretada por un altavoz u otro dispositivo. 3. Síntesis El sonido también se puede codificar mediante representaciones simbólicas de sus características (tono, timbre, duración...), por ejemplo con el formato MIDI. La tarjeta es capaz de generar, a partir de esos datos, un sonido audible que también se envía a las salidas. Aparte de esto, las tarjetas suelen permitir cierto procesamiento de la señal, como compresión o introducción de efectos. Estas opciones se pueden aplicar a las tres operaciones. ~ XXIV ~ 1.11.2 COMPONENTES DE LA TARJETA DE AUDIO. Todas las tarjetas de audio de una computadora poseen tres componentes importantes que la ayuda al procesamiento de la señal de audio, ya sea por un sistema de entrada como un micrófono o salida como unos audífonos o sistema de altavoces, los tres componentes son: ADC (conversor analógico-digital) DAC (conversor digital-analógico) DSP (procesador digital de señal) Las computadoras desde siempre, y aun hoy en día tiene un "problema", sólo saben trabajar con datos digitales (más concretamente binarios, 0 y 1), por lo que cuando conectamos unos altavoces a nuestra tarjeta de sonido, hay alguien que transforma esos datos digitales en analógicos para que el altavoz los entienda. De eso se encarga el DAC (Conversor Digital-Analógico). Y se de esta forma se deduce para qué sirve el ADC (Conversor Analógico-Digital); efectivamente, cuando se graba desde una fuente externa (por ejemplo desde nuestro equipo musical o micrófono), se debe transformar esos datos analógicos que llegan por el cable en muestras digitales que se puede almacenar en nuestro disco duro. Pero a alguien le puede ocurrir que necesite reproducir sonido, tratarlo al mismo tiempo con una fuente externa y volver a grabarlo. O simplemente reproducir y grabar al mismo tiempo. Esta característica se conoce como "fullduplex" y debe estar presente en cualquier tarjeta de sonido. Para ello, los dos conversores ADC-DAC deben trabajar de forma separada. DSP Pues bien, se tienen varias de posibles voces que se puede tratar. En las soluciones más avanzadas se tienen posibilidades de hacer los primeros pasos en la música. Cuando se trata con una de las pistas de sonido que se tiene grabada, por ejemplo, se le pede aplicar efectos, como son el coro o la reverberación. Pero también simular sintetizadores de sonido, realizar retrasos o efectos de audio. Por supuesto, este proceso de modificación de una señal digital requiere potencia de cálculo, pero normalmente se desea saber cómo afectara la aplicación de un efecto en tiempo real. Es por ello que muchas soluciones, sobre todo a partir de la gama media, incorporan un Procesador Digital de Señales (DSP: Digital Signal Processor) para liberar de trabajo al microprocesador de la computadora; uno de los más utilizados actualmente es el EMU10K1. ~ XXV ~ FIGURA 1.13 Esquema de una tarjeta de sonido. ~ XXVI ~ CAPITULO 2 INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL EN LABVIEW 2.1 INTRODUCCIÓN A LABVIEW LabVIEW es un programa de gran utilidad, versión tras versión LabVIEW crece ofreciendo nuevas herramientas, que facilitan y aceleran la programación de instrumentos virtuales, y demás tipos de aplicaciones, LabVIEW pueden tener un gran desarrollo en sistemas de control, diseño simulado o real. Al ser un software de programación, tiene un lenguaje propio este es el lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Gráfico, existen varias versiones, pues al ser un software de gran ayuda en un ámbito laboral se actualiza constantemente, en la versión 2012 que es en la que apoya para diseñar se incluye una programación de alto nivel del mismo instrumento, todo ello con código abierto. Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos virtuales, o Vis, y su origen provenía del control de instrumentos, aunque hoy en día se ha expandido ampliamente no sólo al control de todo tipo de electrónica (Instrumentación electrónica) sino también a su programación embebida, comunicaciones, matemáticas, acústica, entre otros. Un lema tradicional de LabVIEW es: "La potencia está en el Software". 2.2 INSTRUMENTO VIRTUAL Para empezar a conocer el entorno de LabVIEW primero se tiene que saber que es un instrumento virtual. Un instrumento virtual es un módulo de software que simula un panel frontal y apoyándose en elementos hardware, accesibles para el ordenador como: tarjetas de adquisición, instrumentos accesibles vía USB o Ethernet entre otros. De este modo cuando se ejecuta un programa o instrumentación virtual, los usuarios pueden observar en la pantalla de su computadora un panel idéntico al de un instrumento a manipular, pero con la ventaja de facilitar la visualización y el control del instrumento. ~ XXVII ~ 2.3 ENTORNO DE LABVIEW. Cuando se crea un vi en LabVIEW se crean dos ventanas, en una se implementa el panel frontal y en la segunda, se implementa el nivel de programación o diagrama a bloques (FIGURA 2.1). FIGURA 2.1 panel frontal (izquierda) y diagrama a bloques (derecha). Cuando un control o elemento es pegado en el panel frontal, vendrán determinados unos valores por los que el usuario ajuste desde el panel (FIGURA 2.2), mientras tanto en el panel de programación, consistirá en conectar estos términos a bloques funcionales, dichos bloques tienen entradas y salidas que se conectan con líneas o cableados ficticios para un correcto funcionamiento (FIGURA 2.3), hasta obtener los resultados deseados. FIGURA 2.2 panel frontal. ~ XXVIII ~ FIGURA 2.3 panel de programación. 2.3.1 MENÚS La programación de LabVIEW obliga a utilizar con frecuencia los diferentes menús, la barra de menús es la superior (FIGURA 2.4), esta barra es muy parecida a la de otro software y de fácil acceso así mismo de fácil entendimiento. FIGURA 2.4 barra de menús. El contenido de la barra es el siguiente: File: contiene las funciones para realizar las operaciones básicas, como abrir archivos, guardarlos, cerrarlos e imprimirlos. Edit: contiene funciones que nos permite realizar búsquedas, así como modificar archivos y sus componentes. Opérate: contiene elementos para controlar las funciones de los VI Tools: se encuentra todo aquello para que el Vi quede presentable y completo, como herramientas de operación, editor de librerías generador de ejecutables, entre otras más. Window: contiene funciones que nos ayuda a configurar la apariencia de la ventana y paneles actuales. ~ XXIX ~ Help: presenta la ayuda de los diferentes iconos y otros aspectos de LabVIEW. Dentro de las barras de LabVIEW se encuentra la barra de herramientas (FIGURA 2.5), esta barra se utiliza para editar o ejecutar los Vis, dependiendo si se ejecuta (FIGURA 2.6) o edita el VI se tienen varias opciones. FIGURA 2.5 barra de edición. FIGURA 2.6 barra de ejecución. Botón RUN , este botón ejecuta los VI solo si la flecha está completa, si la flecha se encuentra rota , se considera que el VI tiene errores y por lo tanto no puede ejecutarse, tengase en cuenta que mientras se esta creando un VI la flecha se encontrara de este modo. Botón RUN CONTINUOSLY pausa de ejecución Botón ABORT EXECUTION Botón PAUSE , ejecuta indefinidamente el Vi hasta que se detiene o se le ponga , detiene la ejecución del VI , hace una pausa en la ejecución del VI. Configuración de texto , cambia la fuente de texto que se desea escribir. Estos menus con sus respectivas funciones ayuda a entender el funcionamiento basico del software. ~ XXX ~ 2.3.2 ESTRUCTURAS. Parte de entender el funcionamiento del software es obtener programas claros y simples, de esta forma podemos aplicar un criterio el cual consiste en que el texto del programa (estructura estática), nos dé una idea de la evolución por el mismo cuando se ejecuta (estructura dinámica). Por esto se limitan las estructuras en tres: Secuencial Condicional Iterativa Secuencial: en este proceso consiste en hacer una serie de acciones en el orden establecido, siguiéndose paso a paso, esta acción se repetirá mientras la acción de inicio sea verdadera, si es falsa nunca se ejecutara esta acción, en LabVIEW lo podemos poner como una estructura While (FIGURA 2.7). FIGURA 2.7 estructura while. Condicional: se emplea cuando dos acciones alternativas dependen de una condición, en este caso se repite la acción hasta que la condición se cumple, si la acción al inicio ya es cierta, se ejecutara como mínimo una vez. A esta estructura se le conoce como IF o se puede encadenar a un CASE (FIGURA 2.8). FIGURA 2.8 estructura if. ~ XXXI ~ Iterativa: se emplea para crear acciones repetitivas de un proceso, la acción se repetirá tantas veces sea necesaria, para esto se utiliza la estructura FOR (FIGURA 2.9). FIGURA 2.9 estructura for. 2.3.3 Diagrama a bloques. En el diagrama de bloques se muestran algunos de los elementos que en el panel frontal, pero en forma de íconos pero representados por bloques que están conectados entre sí para dar un mejor funcionamiento en esta parte se utilizan las estructuras y bloques de programación los cuales se interconectan a través de líneas. El diagrama a bloques tiene varios iconos mostrados en diferentes sub-menús (FIGURA 2.10), cada icono es una función específica en la programación, en las funciones de los diagramas a bloques se pueden encontrar funciones básicas como: signos de operación matemática, paneles de gráficas, estructuras, procesos de señales, filtros de señales, entre otros más. FIGURA 2.10 sub-menús y diferentes funciones de los diagramas de bloques. ~ XXXII ~ CAPITULO 3 3.1 DESARROLLO DEL PROYECTO Para el desarrollo del proyecto se realizó un diagrama a bloques, el cual previamente muestra el desarrollo a seguir en la elaboración del analizador y el sonómetro. aplicacion de las curvas de ponderacio A y C aplicacion de la transformada rapida de fourier CALCULO DE NPS Etapa de adquisicion de la señal Etapa de filtrado de la señal hacia el analizador de espectro obtencion de los resultados, desprendidos del filtrado en tercios de octavas 3.2 Captura de sonido En la etapa de adquisición de sonido, se requiere de una fuente de sonido la cual será registrada por un VI que realizara esta función. Este VI Expresa y configura automáticamente una tarea de entrada, adquiere los datos, y borra la tarea una vez completada la adquisición. FIGURA 3.1 adquisición de sonido. Este VI nos muestra el número de canales que se pueden utilizar, en este caso se tratara de un solo canal, especifica la calidad de cada muestra en bits, el valor determinado en el VI será de 16 ~ XXXIII ~ bits, además de establecer el tiempo en segundos en los cuales se desea adquirir el sonido, especifica la velocidad de muestreo en Hz, que para nuestro trabajo es el que los sonómetros estandarizados manejan, el cual es de 125 ms, describe las condiciones de error que se producen antes de ejecutar este nodo. En esta segunda etapa se agrega un VI medidor de tono, en el cual se puede determinar o fijar parámetros como la fase, frecuencia y amplitud que se requiere. FIGURA 3.2 medidor de tono. Como se observa el medidor de tono solo tiene una entrada, es aquí donde se busca un tono único de mayor amplitud o busca en un rango de frecuencias especificado el tono único de mayor amplitud. Ya que en la programación se eligió una taza de 16 bits y una calidad de sonido mono (un solo canal) se seleccionara una salida adecuada para este programa. El sub VI que aparece en la parte inferior del medidor de tono de la imagen anterior, es un graficado de forma de onda, el cual nos permitirá tener una imagen de la señal de entrada. El gráfico de forma de onda puede mostrar gráficos que contienen cualquier número de puntos. El gráfico también acepta varios tipos de datos, lo que minimiza el grado en el que debe manipular los datos antes de mostrarlos. La frecuencia de salida del medidor de tono será multiplicada por 44100, debido a que es la frecuencia de muestreo de la señal digitalizada. Una vez ya obtenida la señal se le aplicara la Transformada Rápida de Fourier para pasar del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. ~ XXXIV ~ 3.3 TRANSFORMADA RÁPIDA DE FOURIER La transformada rápida de Fourier muestra mapas de funciones en el dominio de tiempo y representaciones de dominio de frecuencia. De LA FFT se deriva de la ecuación transformada de Fourier, que es: …(3.1) En este caso se utilizara la FFT para obtener un número determinado de muestras para su análisis, de acuerdo con los valores que arroja la Transformada Rápida de Fourier, se da paso a un sub VI, el cual divide la señal obtenida de la Transformada de Fourier en sus componentes real e imaginaria, dela cual solo se considerara los valores reales. FIGURA 3.3 transformada de Fourier. De manera consecuente se coloca un graficado de onda, el cual permitirá visualizar los valores reales adquiridos. FIGURA 3.4 transformada con valores reales. Una de las etapas más importantes del proyecto a desarrollar es, la programación de las curvas de ponderación A y C. La curva de ponderación A es la más importante ya que es la que se asemeja a la respuesta del oído humano, y la curva C ya que es una obligación en el montaje de sonómetros de clase 1, según la norma estándar de medición ICE 537. ~ XXXV ~ 3.4 CURVA DE PONDERACIÓN A Y C La ecuación siguiente nos permite calcular los valores ponderados. …(3.2) Los valores que se obtienen de esta ecuacion son lineales, para un analisis en dB se necesita de valores logaritmicos por lo que se hace uso se de otra ecuacion que nos permitira realizar este cambio. …(3.3) Donde: dB (A)= nivel de presion sonora en decibeles A A(f)= es el nivel de presion sonoro que se convertira a dB A(ref)= es un valor de referencia tomodo a 1000 Hz Al observarse las ecuaciones, se nota que para calcular A (f) se requiere elevar al cuadrado los siguientes valores constantes: 20.6, 12200, 107.7 y 737.9. La variable f que representa la frecuencia se eleva al cuadrado y a la cuarta potencia. Tomando en cuenta esas características y recordando la jerarquía de operadores, el uso de las estructuras y de los sub VIs de LabVIEW, lo que sigue es trasladar las ecuaciones al lenguaje G a través del diagrama de bloques y el panel frontal. Los controles creados en el panel frontal aparecen en el diagrama de bloques como íconos. En la terminal numérica N de la estructura for se conecta con un cable virtual al control que indicará hasta qué frecuencia llegará el cálculo, dicho de otra forma, es la condición de parada. Después, dentro de la estructura se coloca un sub VI ADD en el cual en una de sus entradas (x ó y) se liga el valor numérico i de la estructura, mientras que en la otra terminal de entrada que quedó libre, se coloca el control que indica desde donde empieza el cálculo, esto se hace con la finalidad de obtener un barrido de frecuencias de uno en uno desde la condición de inicio hasta la condición de fin. Por lo tanto la salida de ese sub VI será la frecuencia en distintos intervalos de tiempo. ~ XXXVI ~ De acuerdo con la primera ecuación, se requiere que la frecuencia se eleve al cuadrado y a la cuarta potencia, para lograrlo se hace uso del sub VI Multiply conectando en sus entradas el mismo valor que sale del subVI ADD, entonces como la salida es el producto x*y, lo que se obtiene es el cuadrado del valor de entrada. Para obtener el valor a la cuarta potencia se sigue el mismo procedimiento, pero con el valor ya elevado al cuadrado. Para el caso de los valores constantes, se elevan al cuadrado con el mismo procedimiento. En la terminal del subVI que entrega el valor de A(f), se coloca un subVI Divide, para que calcule la relación entre el valor de referencia que de acuerdo con la ecuación 3 es de 0.7943463957. A la salida de ese subVI se implementa la función Logarithm y el valor resultante se multiplica por 20, lo cual convertirá finalmente los valores lineales a decibeles. FIGURA 3.5 programa de la curva de ponderacion A. Para la curva de ponderación C se sigue el mismo procedimiento, pero con la siguiente ecuación que describe a la curva C: …(3.4) Luego, para la conversión de valores lineales a decibeles se utiliza la siguiente expresión: …(3.5) Dónde: dBC = Nivel de presión sonora en decibeles C (f) = Referencia a cierto valor x de la frecuencia. C (ref) = Valor de referencia a 1000 Hz. ~ XXXVII ~ Para una frecuencia de 1000 Hz el valor de C (ref) es de 0.99290486. Este valor se sustituye en la ecuación 5 y queda: …(3.6) Como la programacion de la curva C es similar a la de la curva A no es necesario explicar su programacion. FIGURA 3.6 figura de la curva de ponderacion C. Dado que la programacion de las curvas de ponderacion no arrojo un error, no podemos estar absolutamente seguros de que los datos que estas nos presentan son los correctos, o que se encuentran dentro de los parametros deseados, se debe realizar una serie de mediciones a diferentes frecuencias para comparar los valores que nos presenta el programa contra los valores de la norma mexicana NMX-075. Esta norma indica que las redes de ponderacion utilizadas para la medision del sonido deben abarcar un rango de frecuencias desde los 10 hasta 20000 Hz pasando por puntos especificos, respetando las tolerancias indicadas en esta norma. Pero esto se presentara mas adelante en otro capitulo. Dado que el programa Labview permite la compactacion de su programacion en sub VI´s, es lo que se realizara con las curvas de ponderacion, ya que el tamaño utilizado en su programacion es bastante grande se procedera a reducción. FIGURA 3.7 Sub VI de las curvas de ponderacion. ~ XXXVIII ~ Este sub VI es el que representara las curvas de ponderacion ya en un estado mas compacto el cual permitira que sea mas facil su incorporacion dentro del programa final. Este sub VI cumple con un numero de normas previamente establecidas las cuales dan garantia de que el proceso de reduccion no lo afecta. 3.5 NIVEL DE PRESIÓN SONORO Para medir el nivel de presión sonora no se suele utilizar el pascal, por el amplio margen que hay entre la sonoridad más intensa y la más débil (entre 200 Pa y 20 μPa). Normalmente se adopta una escala logarítmica y se utiliza como unidad el decibel, para medir valores absolutos se necesita especificar a que unidades está referida. En el caso del nivel de presión sonora en aire se toma como referencia 20. Para medir el nivel de presión sonora se utiliza la fórmula: . (3.7) En donde P1 es la media cuadrática de la presión sonora instantánea. P0 es la presión de referencia y se toma como referencia 20 μPa. En la programacion de labview, se hace la formula en los diagramas a bloques para que pueda transforma la señal de salida de las curvas a los dB para que puedan ser mostrados en el panel frontal. FIGURA 3.8 Ecuacion de los niveles de precion sonoro, ~ XXXIX ~ 3.6 ANALIZADOR DE ESPECTRO La parte del analizador de espectro, comprende como en el caso del sonometro la captacion de la señal de audio, por medio del mismo VI de adquisicion de audio. FIGURA 3.9 Adquicision de señal de ruido. Labview puede acceder a la informacion en este caso la obtenida por el microfono, los puertos de entrada y salida guardan la informacion obtenida de manera aleatoria en la memoria ram; Labview por su parte es capas de obtener la direccion donde se encuentran guardados y hacer uso de de ello para el programa. Puesto que una banda de tercio de octava es la tercera parte de una banda de octava, una banda de octava comprende tres bandas de tercio de octava. Como ejemplo, la banda de tercio de octava de 1000 Hz corresponde al rango 891-1122 Hz. Y la banda de octava de 1000 Hz comprende las bandas de tercio de octava de 800, 1000 y 1250 Hz. Las bandas de tercio de octava se utilizan habitualmente en audio porque se asemejan a la forma de percepción del mecanismo auditivo humano. Las 31 frecuencias centrales de las bandas de tercio de octava para audio están normalizados por el ISO a números redondeados como sigue: 20Hz:25Hz:31.5Hz:40Hz:50Hz:63Hz:80Hz:100Hz:125Hz:160Hz:200Hz:250Hz:315Hz:400Hz:500Hz: 630Hz:800Hz:1k:1.25k:1.6k:2k:2.5k:3.15k:4k:5k:6k:8k:10k:12.5k:16k:20kHz En primer lugar se implementan filtros, cuyos centros se fijaron en tercios de octava desde una frecuencia de 20 Hz hasta una de 20,000 Hz para cubrir el espectro sonoro. ~ XL ~ FIGURA 3.10 Filtros para obtener las bandas en tercios de octava. Cada uno de los filtros dara la tercera parte de una banda de octava de esta manera en el grafico se mostraran cada una de las bandas en tercios de octava, esto se obtiene haciendo pasar la señal por cada uno de los filtros, cada filtro nos dara una frecuencia especifica que sera la que se que se grafique. la relación de proporción de un tercio de octava es: …(3.8) Donde: f2= frecuencia superior f1= frecuencia inferior de esta manera se calcula cada una de las 31 octavas y darle el valor al filtro, para asi solo deje pasar la frecuencia deseada. Al ser 31 frecuencias se tienen que hacer 31 filtros, esto ocuparia demasiado espacio y lo que se pretende es simplificar el espacio asi como utilizar el programa de una manera eficas sin hacer huso de tantos recurso, por lo tanto se utiliza un sub VI para que la señal que manda el microfono, pase directo a un solo filtro y este se encargude de mostrar cada banda de frecuencia, para esto se programa el sub VI con las indicaciones que se muestran en la siguien te imagen. ~ XLI ~ FIGURA 3.11 indicaciones de sub VI de las bandas de freciencia en tercios de octava. Despues de el analisis y programacion del sub VI el bloque final quedara como la siguiente figura, la salida la mandara como una cadena de caracteres, pues mandara las bandas en tercios de octava juntas, al entrar al graficador, esta separara toda la informacion y mostrara en el panel frontal las bandas separadas correspondiente a cada tercio de octava. FIGURA 3.12 Sub VI del analizador de tercios de octava. FIGURA 3.13 grafica del analizador de espectro. La grafica de resultados da una interpretacio de los resultados obtenidos, esta es una visualizacion de los componentes espectrales, obtenido del banco de filtros los cuales se pueden observar en la grafica. ~ XLII ~ CAPITULO 4 PRUEBAS Y MEDICIONES 4.1 INICIO DE LAS PRUEBAS Al terminar todo el diseño y preparación del programa, se procedió a hacer varias pruebas para determinar y comprobar la eficiencia del analizador de espectro y del sonómetro. Las pruebas realizadas fueron dentro de las instalaciones de la ESIME Zacatenco en la cámara sub-amortiguada, facilitada por la academia de acústica, así como equipo necesario para realizar las diferentes mediciones. El equipo utilizado fue el siguiente: Computadora portátil Generador de frecuencias Altavoz Puntas caimán-caimán Base para altavoz Flexometro Sonómetro extech 407730 Para iniciar con las pruebas se colocó el altavoz en la base, se conectó al generador de frecuencias a una distancia de 1m del sonómetro y del micrófono de la computadora, el sonómetro como el micrófono de la computadora están a la misma distancia del altavoz, esto para poder tener una comparación de ambos valores que se fueran dando al mismo tiempo, y tener valores más certeros. FIGURA 4.1 Ubicación y colocación del equipo. ~ XLIII ~ 4.2 PRUEBAS DEL ANALIZADOR DE ESPECTRO. Las pruebas iniciales se enfocaron primero en la respuesta del analizador de espectro, las cuales consistieron en mandar una señal de 1 kHz como frecuencia inicial (FIGURA 4.2), así mismo como una frecuencia central se tomó esa misma frecuencia como de referencia. FIGURA 4.2 Muestra la frecuencia de 1 kHz en el analizador de espectro. Posteriormente se procedió hacer un barrido de frecuencias tanto en frecuencias bajas como medias y altas, para saber que frecuencias se tenían que analizar, se procedió a crear una tabla con las frecuencias centrales (octavas), y sus componentes un bandas de tercios de octava como se muestra en la siguiente tabla. Tabla 4.1 tabla de frecuencias, frecuencias en octavas y tercios de octava. FRECUENCIAS 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 OCTAVAS * * * * * ~ XLIV ~ TERCIOS OCTAVAS * * * * * * * * * * * * * * * DE 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Al tener las frecuencias centrales así como las frecuencias en tercios de octava se procede hacer un barrido desde 20 Hz a 20000 Hz para conocer si existen variaciones en las frecuencias del analizador de espectro, así como también si fuera necesario hacerle alguna modificación al programa. Al observar los resultados de la comparación de frecuencias reales con las que el programa de LabVIEW, se nota que en frecuencias bajas tiene una variación muy notoria así mismo en frecuencias que sobrepasan a los 16000 Hz, esto se debe por la respuesta del micrófono a determinadas frecuencias. El resultado del barrido de frecuencias fue el siguiente. Tabla 4.3 comparación de frecuencias. FRECUENCIA REAL FRECUENCIA DEL ANALIZADOR DE LABVIEW 20 40.12 25 42.37 31.5 34.85 40 35.24 50 55.74 ~ XLV ~ 63 60.6 80 77.04 100 98.39 125 124.21 160 158.42 200 199.79 250 250.43 315 315.39 400 399.9 500 500.31 630 630.67 800 799.96 1,000 1000 1,250 1,250.87 1,600 1,599.74 2,000 2,000.00 2,500 2,500.39 3,150 3,150.70 4,000 3,999.97 5,000 5,000.23 6,300 6,300.41 8,000 8,000.83 10,000 9,999.84 12,500 12,500.63 16,000 16,006.09 ~ XLVI ~ 20,000 2,060.39 Ya que se utiliza el micrófono interno de la computadora los valores a los que tiene respuesta especificados son los siguientes. Tabla 4.4 especificaciones del micrófono interno de la laptop. Por lo cual se pueden considerar como aceptables los valores obtenidos por el analizador de espectro. Como última prueba el analizador fue sometido a dos ruidos, el primer ruido a analizar fue ruido blanco y el segundo fue ruido rosa, donde los valores obtenidos fueron satisfactorios pues en el ruido blanco el analizador mostro un incremente en cada banda de frecuencia, mostrando así una ascendencia que iba de frecuencias bajas a las frecuencias altas. Para la prueba de ruido blanco se mostró que las frecuencias permanecían casi lineales a un mismo nivel, por lo cual ambos resultados, tanto de ruido blanco como de ruido rosa fueron al igual satisfactorios para esta prueba. 4.3 PRUEBAS DEL SONÓMETRO Después de las pruebas con el analizador de espectro se procedió a hacer las pruebas con el sonómetro, las pruebas se optó por hacerlas por separado para tener una mejor atención a los valores obtenidos tanto por el analizador de espectro como por el sonómetro. ~ XLVII ~ 4.3.1 PRUEBA A LAS CURVAS DE PONDERACIÓN Las primeras pruebas realizadas fueron a las curvas de ponderación A y C, en barrido de frecuencia como es mencionado en la norma NMX-075, esta norma indica que las redes de ponderación utilizadas para la medición del sonido deben abarcar un rango de frecuencia desde 10 hasta 20000 Hz pasando por puntos específicos, respetando las tolerancias mencionadas en esta norma. Después de revisar la norma y observar los valores que marca, se procede a hacer un barrido en dichas frecuencias tanto en las curvas de ponderación A como en ponderación C, después los valores fueron tabulados como se muestra en la siguiente tabla. Tabla 4.5 tabla de valores comparados entre la norma NMX-075 y las curvas de Ponderación en LabVIEW. Frecuencia Curva A dB Curva C dB Curva A dB Curva C dB Tolerancia (NMX-075) (NMX-075) (NMX-075) (LabVIEW) (LabVIEW) (NMX-075) 10 -70.4 -14.3 -66.4 -13.4 5 -00 12.5 -63.4 -11.2 -59.4 -10.5 5 -00 16 -56.7 -8.5 -52.4 -8.5 5 -00 20 -50.5 -6.2 -46.5 -6.0 5. -5 25 -44.7 -4.4 -40.6 -3.5 5. -5 31.5 -39.4 -3.0 -38.4 -2.7 3. -3 40 -34.6 -2.0 -32.6 -1.6 3. -3 50 -30.2 -1.3 -28.6 -1.0 3. -3 63 -26.2 -0.8 -25.9 -0.6 3. -3 80 -22.5 -0.5 -21.6 -0.4 2. -2 100 -19.9 -0.3 -19.4 -0.2 1. -1 125 -16.1 -0.2 -15.9 -0.2 1. -1 160 -13.4 -0.1 -13.4 -1.5 1. -1 200 -10.9 0.0 -10.8 0.0 1. -1 250 -8.6 0.0 -8.6 0.0 1. -1 ~ XLVIII ~ 315 -6.6 0.0 -6.6 0.0 1. -1 400 -4.8 0.0 -4.8 0.0 1. -1 500 -3.2 0.0 -3.2 0.0 1. -1 630 -1.9 0.0 -1.9 0.0 1. -1 800 -0.8 0.0 -0.8 0.0 1. -1 1,000 0 0.0 0 0.0 1. -1 1,250 0.6 0.0 0.6 0.0 1. -1 1,600 1.0 -0.1 1.1 -0.1 1. -1 2,000 1.2 -0.2 1.2 -0.2 1. -1 2,500 1.3 -0.3 1.3 -0.3 1. -1 3,150 1.2 -0.5 1.2 -0.5 1. -1 4,000 1.0 -0.8 1.0 -0.8 1. -1 5,000 0.5 -1.3 0.5 -1.3 1.5 -1.5 6,300 -0.1 -2.0 -0.1 -2.0 1.5 -2 8,000 -1.1 -3.0 -1.1 -3.0 1.5 -3 10,000 -2.5 -4.4 -2.4 -4.3 2. -4 12,500 -4.3 -6.2 -4.3 -6.2 3. -6 16,000 -6.6 -8.5 -6.6 -8.5 3 -00 20,000 -8.3 -11.2 -8.3 -11.2 3 -00 Después de obtener los valores y compararlos, y observar que están dentro de los márgenes de tolerancia, se da por hecho que las curvas tienen un funcionamiento correcto y esto nos da pauta para seguir con las mediciones y pruebas del sonómetro. ~ XLIX ~ 4.3.2 PRUEBAS DE DECIBELES DEL SONÓMETRO Las últimas pruebas que se hicieron con el sonómetro de LabVIEW comparado con el sonómetro digital fue comparar los niveles de ruido medidos en decibeles, esto se hiso de la siguiente manera: Rimero se colocó el sonómetro virtual y físico a una distancia de 1 metro de el altavoz dentro de la cámara sub-amortiguada, con la misma amplitud de 5 volts y solo variando la frecuencia se obtuvieron los datos cada 5 segundos, esto para tener un margen de tiempo entre cada valor obtenido. Los valores se obtuvieron en tres tiempos, el primero fue en silencio (tabla 4.6), el segundo con un barrido de frecuencias (tabla 4.7) y por ultimo con las frecuencias y con ruido de fondo producido por una conversación, ruidos de pasos dentro de la cámara. Tabla 4.6 valores en dB en la cámara Sub-amortiguada en silencio. TIEMPO (s) SONÓMETRO CON CÁMARA SUBAMORTIGUADA EN SILENCIO (dB) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 48.3 52.6 50.3 47.6 53.2 47.8 49.6 52.7 47.8 53.2 51.6 51.9 SONÓMETRO DE LABVIEW CON CÁMARA SUBAMORTIGUADA EN SILENCIO (dB) 58.6 58.7 59.3 57.9 58.5 57.7 60.3 58.2 59.7 64.9 69.5 63.7 Al ver y comparar los resultados se empezó a notar un discrepancia muy alta entre los valores de un sonómetro y otro, pero aun así se continuo con la prueba, con el motivo de corroborar si los valores obtenidos por el sonómetro de LabVIEW eran erróneos. ~L~ Tabla 4.7 valores en dB en la cámara Sub-amortiguada en frecuencias centrales de octava. FRECUENCIAS SONÓMETRO SONÓMETRO (Hz) CON CÁMARA DE LABVIEW SUBCON CÁMARA AMORTIGUADA SUBEN SILENCIO AMORTIGUADA (dB) EN SILENCIO (dB) 16 67.3 79.6 32 63.8 54.7 63 51.7 68.4 125 69.6 82.6 250 58.6 70.4 500 63.2 85.1 1000 58.4 83.6 2000 55.8 88.5 4000 51.4 73.8 8000 63.5 83.5 16000 62.7 88.4 Al obtener estos valores, se nota que aumento en un promedio de 20 dB los valores del sonómetro con el sonómetro de LabVIEW por lo que se notó un error en la programación pues ambos sonómetros se encuentran en ponderación lineal para hacer las mediciones, por lo cual se inicia a buscar el error y realizar un ajuste para poder continuar con las pruebas. 4.3.3 DETECCIÓN Y CORRECCIÓN DE ERROR Al revisarlas pruebas anteriores y ver el funcionamiento correcto del analizador de espectro y de las curvas de ponderación A y C se deduce que el error se encuentra en la parte de la conversión de NPS a dB por lo cual se analizó la fórmula de conversión de presiones a decibeles. Al investigar cómo resolver el problema y analizarla programación se notó que los niveles de presión que entran por el micrófono son convertidos a niveles de voltaje por lo que se decide cambiar la fórmula de los niveles de presión acústico por la de niveles de potencia acústica (NWS). Cabe mencionar que el nivel de potencia acústica, no debe de confundirse con el nivel de presión acústico, puesto que en los niveles de presión acústica se relación pascales, en los niveles de potencia acústica se relacionan watts. ~ LI ~ Debido a que el margen de potencias que se encuentran en la vida diaria, están en proporciones de 10-1, y la unidad de medida de este resultado al igual que las presiones sus unidades son los decibeles. Sabiendo esto se cambia la formula anterior de presiones acústicas: …(4.1) Por la de potencias acústicas: …(4.2) Dónde: W= potencia acústica en volts Wref=potencia de referencia en volts 4.3.4 PRUEBAS FINALES DEL SONÓMETRO. Al reconfigurar la ecuación en el sonómetro de LabVIEW queda la ecuación del siguiente modo (FIGURA 4.3) y se procede a retomar las mediciones anteriores para comparar los valores de las tablas 4.6 y 4.7 FIGURA 4.3 Programacion corregida del sonometro. ~ LII ~ Las mediciones nuevas quedan de la siguiente forma. Tabla 4.8 valores en dB en la cámara Sub-amortiguada en silencio Segunda medición. TIEMPO (s) SONÓMETRO SONÓMETRO CON CÁMARA DE LABVIEW SUBCON CÁMARA AMORTIGUADA SUBEN SILENCIO AMORTIGUADA (dB) EN SILENCIO (dB) 5 47.6 48.5 10 53.9 53.1 15 49.6 48.2 20 49.4 50.6 25 53.8 52.0 30 49.3 47.8 35 47.9 45.4 40 50.4 52.2 45 49.6 48.4 50 54.8 52.9 55 51.5 50.1 60 53.7 51.5 Al ver y comparar los resultados se notó un cambio en los valores de un sonómetro y otro, así mismo que se dio un cambio en los decibeles tanto del sonómetro como del programa, pues los valores ya son más parecidos a los de la primera medición por lo cual se continuo con la prueba y a medir decibeles en el barrido de frecuencias centrales. Tabla 4.9 valores en dB en la cámara Sub-amortiguada en frecuencias centrales de octava segunda medición. FRECUENCIAS SONÓMETRO SONÓMETRO (Hz) CON CÁMARA DE LABVIEW SUBCON CÁMARA AMORTIGUADA SUBEN SILENCIO AMORTIGUADA (dB) EN SILENCIO (dB) 16 65.8 68.6 32 64.9 65.8 63 57.3 58.3 125 62.6 62.5 250 58.2 59.0 500 59.7 57.5 ~ LIII ~ 1000 2000 4000 8000 16000 64.6 69.1 58.0 65.5 65.8 63.1 70.7 60.7 66.3 66.7 Al obtener estos valores, se nota que a comparación con la tabla anterior los valores cambias pues de un promedio de 20 dB de discrepancia, se reduce a 1 dB en la variación de ambos sonómetros. Al tener estos valores se procede a hacer la última medición planeada para el funcionamiento del sonómetro. Tabla 4.10 valores en dB en la cámara sub-amortiguada de frecuencias Centrales con ruido de fondo. FRECUENCIAS SONÓMETRO SONÓMETRO (Hz) CON CÁMARA DE LABVIEW SUBCON CÁMARA AMORTIGUADA SUBEN SILENCIO AMORTIGUADA (dB) EN SILENCIO (dB) 16 73.6 72.8 32 70.7 73.5 63 65.3 66.8 125 75.9 77.3 250 70.6 68.9 500 68.1 70.9 1000 78.3 79.6 2000 75.7 77.2 4000 66.5 67.8 8000 73.7 75.6 16000 77.9 79.0 Con estas últimas mediciones se terminan las pruebas pues con los datos obtenidos, se demuestra que con el ajuste en las formulas los valores dados por el sonómetro de LabVIEW son aproximados a los valores del sonómetro Extech. Cabe mencionar que las pruebas se realizaron en condiciones no ideales pues los sonómetros que nos facilitó la academia así como la cámara sub-amortiguada no cuentan con los niveles necesarios para realizar pruebas de esta índole, así mismo el micrófono utilizado, como el equipo no es profesional por lo cual se podría dar como aceptable los valores obtenidos de las mediciones tanto para el analizador de espectro como para el sonómetro. ~ LIV ~ CONCLUSIONES. Al utilizar una programa tan potente como lo es LabVIEW se puede obtener cualquier tipo de aplicación, en este caso al haber desarrollado un instrumento de medición virtual como lo fue el analizador de espectro con el sonómetro, y al someterlo a pruebas de análisis de diferentes frecuencias y niveles de ruido se observó un gran parecido a los sonómetros utilizados dentro de la institución. Al compararlo con el sonómetro proporcionado por la institución queda cumplido el objetivo, pues se pretendía llegar a crear un sonómetro de clase 2, y al ser comparado con el proporcionado, se notaron valores muy cercanos a los del sonómetro físico, y aun con problemas que suscitaron durante su programación y pruebas, como la mencionada anteriormente, se encontraron soluciones para poder trabajar correctamente con el instrumento. Al hacer un trabajo de esta magnitud no se pretende patentar o impedir algún acceso a la programación, pues como se menciona al principio del trabajo, al ser un programa basado en un software, se puede ir mejorando día a día, pues se pueden conseguir versiones más actuales de LabVIEW, y con ello herramientas más potentes que pueden simplificar y mejorar el diseño que ya se tiene, así como también generaciones nuevas que puedan usar y modificar el instrumento virtual para así generar y tener una mejor eficacia tanto en el sonómetro como con el analizador de espectro. Al estar realizando y desarrollando el proyecto se encontraron con varios problemas, el primero de ellos fue la elección del micrófono, pues en un principio se tenía un micrófono externo el cual nos generaba unos valores muy variados de los establecidos, así como también su rango de captura de frecuencias era muy corto, al tener este problema se cambió el micrófono por uno de la marca electret, el cual al inicio de las primeras pruebas tenía una respuesta satisfactoria, pero con el uso se empezó a dañar al grado de que introducía mucho ruido y eso impedía realizar las pruebas con una confiabilidad aceptable, la manera más conveniente que se encontró fue utilizar el micrófono interno de la laptop, el cual nos funcionó muy bien. Otra problemática fue la programación y el error en los cálculos, como se mencionó anteriormente se obtenían valores inexactos en la parte del sonómetro, el cual retraso el desarrollo completo del proyecto, dicho problema fue resuelto al revisar las formulas y el desarrollo de la programación, lo cual se tuvo que reprogramar la parte final para obtener los valores con el menor error posible. Las posibles mejoras que se le encuentran al proyecto para poderlo tener más completo, es el poder obtener los datos del sonómetro así como los niveles de las frecuencias del analizador de espectro, para poderlo tabular y tener un archivo y poder conocer los valores obtenidos en determinado tiempo, así como en un tiempo determinado poder tener los valores guardados para un análisis posterior. ~ LV ~ De la misma manera poderlo programar para que en un tiempo determinado guarde un numero especifico de muestras en dB, o las de una sola banda de frecuencia, en un caso específico de que solo se necesite una banda de frecuencia para un análisis individual. Otra mejora es poder dividir los enlaces del diagrama de bloques, para poder tener por separado la señal de entrada en dos, esto para poder tener un funcionamiento solo el analizador de espectro, o tener solo la parte del sonómetro, en este caso por si solo interesa el solo funcionamiento de uno de los dos dispositivos, en vez de tener ambos funcionando, de este modo poder tener un poco de ahorro en los recursos de nuestra computadora. Y ya que como se ha mencionado con anterioridad, la tecnología avanza así como las mismas actualizaciones del software y de este modo poderlo hacer más compacto toda la parte de la programación así como también el panel frontal poderlo poner en un solo espacio o que cambie de una forma que solo observemos lo que se desea. Al crear un archivo ejecutable del analizador de espectro con sonómetro, se pretende que sea más portátil y fácil de usar, pues con esto se evita que se cargue un analizador de espectro o un sonómetro, y aparte una computadora para realizar trabajos de captura o de campo, pues con esto es más fácil trasladarse de un lugar a otro con una laptop y ejecutar el programa de una manera sencilla y eficaz, y ya que el proyecto está enfocado para un estudiante es más viable que cada uno tenga un sonómetro virtual, en su computadora o laptop y realice prácticas y mediciones sin tener una deficiencia en su aprendizaje practico, y puesto que la tecnología avanza muy rápido nosotros tenemos que adaptarnos a los nuevos equipos así como a sus mejoras, por lo cual este fue el propósito de poder tener un archivo ejecutable para el uso del instrumento virtual diseñado. ~ LVI ~ ANEXO A. PROGRAMA FINAL. En la imagen se muestra el programa final del analizador de espectro con el sonómetro, se muestra el panel frontal así como el diagrama a bloques de cómo queda el proyecto final, se muestra en dos partes ya que el diagrama a bloques es un poco amplio; en la primera parte se muestra la parte del analizador de espectro con el sonómetro, mientras que en la segunda se muestran las curvas de ponderación A y C. FIGURA 5.1 Panel frontal y diagrama a bloques del analizador de espectro y sonómetro ~ LVII ~ FIGURA 5.2 panel frontal y diagrama a bloques de las curvas de ponderación A y C. ~ LVIII ~ B. PROGRAMA EJECUTABLE. Uno de los principales problemas que se encontró mientras se realizó el proyecto, fue su ejecución pues en algunas computadoras que se tenían a la mano no tenían el software de LabVIEW 2012, por lo cual no se podían realizar mediciones en ese momento, o utilizar el analizador de espectro y el sonómetro, y uno de los propósitos de realizar este proyecto es que se pueda utilizar en cualquier computadora por lo cual se realizó un programa ejecutable el cual se pueda utilizar en cualquier computadora (de escritorio, laptop o notebook) sin necesidad de tener instalado el software. B.1 ¿CÓMO HACER UN VI EJECUTABLE? Como se mencionó al principio de este trabajo LabVIEW tiene la opción de convertir los vis en un archivo ejecutable desde uno de los menús que contiene el programa, por lo cual ahora se menciona como se realiza un VI ejecutable. 1.- En la barra de menú se da clic en el menú de tools (herramientas). FIGURA 5.3 Barra de menú. 2.- En el menú que se despliega, se busca la opción de Build application (exe) from VI FIGURA 5.4 Sub-menú del menú Tools. ~ LIX ~ 3.- Al hacer esto se genera una ventana nueva donde dice que al aceptar se generara un nuevo proyecto de LabVIEW independiente a el proyecto al que se encuentra trabajando, y se seleccionara la carpeta destino del nuevo proyecto a crear, se puede dejar así como lo marca con los valores establecidos por el programa y se da en continue (continuar) y salvar. FIGURA 5.5 Ventanas emergentes de resguardo del proyecto. 4.- se abrirá un nuevo proyecto idéntico al que se tiene, eh inmediatamente se abre una ventana, como la siguiente. FIGURA 5.6 Ventana de edición y guardado del nuevo título del archivo ejecutable. Donde viene lo siguiente: A) Build specification name (crear nombre especifico) En este espacio se pone el nombre específico del archivo VI que se tiene ya abierto B) Target filename (nombre de archivo destino) En este espacio se nombrara el archivo destino, o de cómo se guardara nuestro archivo ejecutable. C) Destination directory (destino del directorio) ~ LX ~ En este espacio se pone el destino de donde se guardara el archivo, el cual tiene el mismo destino que el archivo del paso anterior Después de cambiar los nombres se le da clic en el botón de Build (construir) y se espera a que se crea el archivo ejecutable (.exe). 5.- al terminar se mostrara un mensaje en el cual se le da clic en Done (hecho) y con esto se concluye el archivo ejecutable. FIGURA 5.7 Ventana de progreso de guardado del programa. Al terminar todo este proceso, se dirige a la carpeta donde se guardó el archivo y se muestra lo siguiente: FIGURA 5.8 Resultado del programa ejecutable. Donde el archivo proyecto, es nuestro archivo ejecutable el cual se puede ejecutar en cualquier maquina con un sistema operativo Windows. ~ LXI ~ C. ESTUDIO ECONÓMICO Un proyecto como el realizado no se realiza solamente con un equipo de bajo nivel, pues al hacerse bajo normas se necesita equipo profesional, este equipo es proporcionado por la ESIME Zacatenco y la academia de acústica, lo único que el alumno proporciona es su sistema de cómputo para el desarrollo del mismo, pues las licencias de software, sonómetros, cámara subamortiguada, generador de tonos, altavoces son proporcionados por los profesores de esta institución. Por otro lado mencionar el costo de cada uno de este equipo pues no es viable, pues el equipo es de generaciones anteriores, así como también es patrimonio interno de la institución, por lo cual solo nos orientamos solo al equipo, software, tiempo de asesoría y horas de producción, por lo que el costo es el siguiente. Tabla 5.1 Costos de la programación Tipo de material Laptop Sony Vaio PCG-61ª11U Software LabVIEW 2012 profesional NI Sound and Vibration measurement suit Tiempo de asesoría de un año Diseño y programación Total Costo $ 7,500 $ 70,115 $ 60,425 $ 50,000 $ 50,000 $238,040 Los precios se toman al costo del dólar del día 8/oct/2013, el cual es de un dólar a $13.12 pesos mexicanos, por lo cual el precio podría variar. El estudio económico se realizó con el fin de saber la inversión, la venta y la viabilidad que tiene el proyecto a mediano o largo plazo, el proyecto tiene una valoración de $238040 pesos, y aun que es un poco excesivo el costo del proyecto, es una inversión a mediano plazo, y es más factible que una persona tenga en su casa una computadora con un programa de esta magnitud y tipo para que pueda realizar sus propias pruebas que un sonómetro con analizador de octavas, pues un software tiene mayor ventaja en este aspecto, ya que la tecnología avanza y los dispositivos portátiles han tomado una gran posición en nuestra vida cotidiana. En conclusión aun que es elevado el costo, es un proyecto viable pues la tecnología avanza y poco a poco este tipo de dispositivos estarán más al alcance de las personas que un dispositivo físico. ~ LXII ~ D. FOTOGRAFÍAS FOTOGRAFÍA 1 Instalación del altavoz y generador de frecuencias. FOTOGRAFÍA 2 Ubicación de la laptop y del sonómetro para comparación. FOTOGRAFÍA 3 Inicio de las pruebas con el analizador de espectro. FOTOGRAFÍA 4 Análisis de frecuencias en tercios de octava. FOTOGRAFÍA 5 Inicio de pruebas con el sonometro. FOTOGRAFÍA 6 Comparación de muestras en ambos sonometros. ~ LXIII ~ REFERENCIAS Libros. DEL RÍO, Joaquín; SHARIAT-PANAHI, Shahram; SARRIÁ, David; LÁZARO, Antoni Mánuel. 2013. LabVIEW - Programación para Sistemas de Instrumentación. Mexico. Alfaomega. 350 págs. MCGRAW-HILL. 2006. Equipos de sonido Grado Medio. España. McGraw-Hill Interamericana de España S.L. 400 págs. BERANEK, Leo and MELLOW, Tim. Acoustics: Sound Fields and Transducers. Elsevier, Oxford, 1st edition, 2012. KATS, Jack. 1985. Handbook of clinical audiology. New York. Williams & wilkins. 1124 págs. E, KINSLER, Laurence; FREY R, Austin; B, COPPENS, Alan; V, SANDERS, James. 2000. Fundamentals of acustics. Unites States of America. John Wiley & sons, inc. 548 págs. Manuales. LabVIEW Sound and Vibration Toolkit User Manual. 2004. Austin, Texas. 203 págs. Part Number 322194C-01. Enlaces de internet. http://www.ni.com/white-paper/4541/en/ [consulta 15 de septiembre Del 2013]. http://www.conozcasuhardware.com/quees/tsonido1.htm [consulta 3 de septiembre del 2013]. Normas. NMX-075 Acustica sonometros de precisión. ~ LXIV ~
