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Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A EL RUIDO Definición de ruido: Desde la perspectiva psico- física el ruido se puede definir como un sonido no deseado. Otras formas de definir el ruido pueden ser las siguientes: àSonido no requerido por el receptor. àConjunto de sonidos no agradables. àSonido molesto, tanto en un lugar como a lo largo del tiempo. De estas definiciones se deduce que el ruido es una forma de sonido y se compone de una parte subjetiva que es la molestia y una parte objetiva que puede cuantificarse, que es el sonido propiamente dicho. El estudio del ruido es complejo porque se produce por movimientos vibratorios no periódicos y en general presentan componentes en la mayoría de las frecuencias comprendidas en el espectro audible. Tipos de ruido: Los ruidos se pueden clasificar en función del tiempo o la frecuencia. Clasificación en función del tiempo Podemos encontrarnos con los siguientes tipos: Continuo constante: ruido cuyo nivel de presión sonora permanece constante o presenta pequeñas fluctuaciones a lo largo del tiempo. Estas fluctuaciones deben de ser menores de 5dB durante el periodo de observación. Fluctuante: ruido cuyo nivel de presión sonora fluctúa a lo largo del tiempo. Las fluctuaciones pueden ser periódicas o aleatorias. Impulsivo: ruido cuyo nivel de presión sonora se presenta por impulsos. Se caracteriza por un ascenso brusco del ruido y una duración total del impulso muy breve con relación al tiempo que transcurre entre impulsos. Estos impulsos pueden presentarse repetitivamente en intervalos iguales de tiempo o bien aleatoriamente. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) En cuanto a los ruidos función de la frecuencia, cabe destacar el ruido blanco como aquel ruido cuyo nivel de presión sonora permanece constante para todas las frecuencias en un amplio ancho de banda de frecuencias. Por lo tanto, se trata de un sonido en el que todas las frecuencias tienen la misma intensidad. Noise-shaping (técnica de moldear en frecuencia el nivel de ruido) La técnica de moldear en frecuencia el nivel de ruido (noise-shaping) se emplea habitualmente para mejorar la relación señal a ruido de cuantificación en la conversión analógica-digital (A/D) y en el proceso digital de mezcla o masterización. El ruido de cuantificación aparece en la conversión A/D cuando las muestras de tensión se transforman en códigos de “n” bits. Existe un error entre el valor de tensión de la muestra y el valor discreto que representa el código asignado. Este error, es inversamente proporcional al número de bits y puede considerarse como una variable aleatoria uniforme. Esta variable aleatoria tiene una función densidad de probabilidad constante (1/D) entre -D/2 y +D/2, siendo D la resolución en amplitud de la cuantificación. La potencia de este ruido es D2/12 lo que da lugar a márgenes dinámicos de cuantificación de aproximadamente de 6n dB (96 dB para 16 bits). Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Ruido y Sonido Anteriormente hemos definido el ruido como sonio no deseado, por lo que ahora hablaremos de las características del sonido. Hay dos elementos que caracterizan al sonido, estos son: la frecuencia y la intensidad. La frecuencia medida en Hz (hercios) es el número de vibraciones que por segundo que (ciclos por segundo) experimenta el tímpano al llegarle el sonido, cuantos menos ciclos por segundo el sonido será mas bajo o grave (frecuencias bajas) y cuanto más ciclos por segundo más alta será la frecuencia, el sonido será más agudo. El tímpano no puede vibrar a todas las frecuencias posibles y en el hombre está limitado desde aproximadamente 20Hz a 20000Hz. La intensidad (medida decibelios) absoluta del sonido, que puede calcularse, pues en la teoría de los fenómenos ondulatorios está muy claramente definido el término intensidad de una onda, no resulta importante para la audición, ya que nuestro oído no es igualmente sensible a los sonidos de diferentes frecuencias. Para que una onda sonora se escuche, su intensidad debe superar un valor mínimo, llamado umbral de audición. Los sonidos cuya intensidad sea menor que ese umbral, no son perceptibles al oído. El umbral de audición es diferente para distintas frecuencias y para diferentes personas, por lo que en lugar de la intensidad absoluta se acostumbra a determinar la sensación sonora, nivel del sonido o nivel de intensidad del sonido, que es una magnitud relativa, referida a cierto valor tomado de un modo aproximado al sonido más débil que puede ser percibido. En definitiva el ruido no se comportará igual en distintas frecuencias . Área de audición comprendida entre el umbral de audición y el umbral de la sensación desagradable. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) En está tabla hemos consideramos como ruido el sonido con una intensidad superior a los 120 db, el cual es capaz de causar una sensación instantánea de desagrado en el oído, pero es a partir de los 80 db cuando el sonido puede causar daños en el oído humano, debido a esto será de gran importancia disponer de técnicas para neutralizar este tipo de ruido. Generalmente se usaran aislantes y materiales que absorban el sonido, pero como se menciono anteriormente el sonido no se comporta igual a diferentes frecuencias, ya que cuando estemos tratando con sonidos de baja frecuencia los aislantes y materiales absorbentes resultan inefectivos, ya que la longitud de onda de estos sonidos es tan grande que necesitaríamos un gran espesor de aislante para neutralizarlo, por lo que tendremos que recurrir a otras técnicas. En la siguiente tabla se muestran los efectos de la intensidad del sonido: Nivel Sonoro Efecto (dB) 180 Pérdida irreversible del oído 140 Dolorosamente fuerte 130 120 Máximo esfuerzo vocal 110 Extremadamente fuerte 100 Muy fuerte Muy molesto 90 Daño auditivo (8 Hrs) 80 Molesto 70 Difícil uso del teléfono 60 Intrusivo 50 Calmo 40 30 Muy calmo 20 10 Apenas audible 0 Umbral de audición Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Ondas sonoras El sonido es el resultado de una perturbación que se propaga en un medio elástico. Por ejemplo cuando en alguna región del aire se produce una perturbación de presión, por ejemplo en la forma de una compresión, dicha región tiende a expandirse hacia las regiones vecinas. Esto produce a su vez una compresión en dichas regiones, que volverán a expandirse creando una compresión más lejos todavía. Este proceso se desarrolla en forma continua haciendo que la perturbación original se propague a través del aire alcanzando en algún momento la posición que ocupa algún receptor (por ejemplo un micrófono o un oído). El exceso de presión característico de la perturbación descripta se denomina presión sonora. Este tipo de movimiento en el cual no es el medio en si mismo sino alguna perturbación lo que se desplaza se denomina onda. Existen muchos otros tipos de ondas, tales como las ondas de radio, la luz, la radiación del calor, las ondas sobre la superficie de un lago, los tsunamis, los movimientos sísmicos, etc. Cuando la onda tiene lugar en un medio líquido o gaseoso se denomina onda acústica. Cuando resulta audible, se llama onda sonora. Una cuestión importante relativa a las ondas es que en las mismas hay algunas características o cualidades que se mantienen prácticamente constantes a lo largo del camino de propagación de las mismas. Entre estas características se encuentra la forma de onda y la energía total (siempre y cuando el medio sea no disipativo). Las ondas acústicas viajan habitualmente a velocidad constante, que depende del medio y de las condiciones ambientales tales como la temperatura. A temperatura ambiente la velocidad del sonido en el aire es c = 345 m/s . Esto significa que para recorrer una distancia de 345 m el sonido demora 1 s. En el agua el sonido viaja más de 4 veces más rápido que en el aire. Cuando hay gradientes de temperatura (variaciones de temperatura entre dos zonas), tal como sucede entre puntos distantes algunos cientos de metros, o que se encuentran a diferentes alturas, el camino que sigue el sonido es curvilíneo en lugar de recto. Esta es la razón por la cual nuestra percepción se confunde al intentar determinar auditivamente por dónde está pasando un avión. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Ondas periódicas Introdujimos el concepto de propagación de las ondas mediante una única perturbación en un medio. En realidad, la mayoría de las ondas son el resultado de muchas perturbaciones sucesivas del medio, y no sólo una. Cuando dichas perturbaciones se producen a intervalos regulares y son todas de la misma forma, estamos en presencia de una onda periódica, y el número de perturbaciones por segundo se denomina frecuencia de la onda. Se expresa en Hertz (Hz), es decir ciclos por segundo (un ciclo es todo lo que sucede durante una perturbación completa). En el caso de las ondas sonoras la frecuencia está entre 20 Hz y 20000 Hz. Las ondas acústicas de menos de 20 Hz se denominan infrasonidos, y los de más de 20000 Hz se llaman ultrasonidos. Por lo general, ni unos ni otros son audibles por el ser humano. Algunos animales (por ejemplo el perro) pueden escuchar sonidos de muy baja frecuencia, tales como los creados por las ondas sísmicas durante un terremoto. Por esta razón los animales se muestran inquietos en los instantes previos a los terremotos: pueden escuchar la señal de advertencia que resulta inaudible para el ser humano. En forma similar, algunos animales escuchan ultrasonidos. El murciélago es un caso notable, ya que escucha sonidos de más de 100000 Hz, que le permite orientarse por medio de señales acústicas según el principio del sonar (semejante al conocido radar). Ondas aperiódicas Aun cuando muchos sonidos son aproximadamente periódicos, como los sonidos producidos por los instrumentos musicales de altura determinada (guitarra, flauta, piano), la vasta mayoría de los sonidos naturales son aperiódicos, es decir que las sucesivas perturbaciones no se producen a intervalos regulares y no mantienen constante su forma de onda. Esto es lo que técnicamente se denomina ruido. Las ondas aperiódicas en general no producen sensación de altura. Algunos ejemplos son el ruido urbano, las consonantes, el ruido del mar y del mar, y el sonido de muchos instrumentos de percusión tales como los tambores o los platillos. Espectro El concepto de espectro es de importancia capital en Acústica. Cuando introdujimos el concepto de frecuencia, dijimos que las ondas periódicas tienen asociada una frecuencia. Sin embargo, esto es sólo parte de la verdad, ya que por lo general dichas ondas contienen varias frecuencias a la vez. Esto se debe a un notable teorema matemático denominado Teorema de Fourier (en honor a su descubridor, el matemático francés Fourier), que afirma que cualquier forma de onda periódica puede descomponerse en una serie de ondas de una forma particular denominada onda senoidal (o senoide , o sinusoide ), cada una de las cuales tiene una frecuencia que es múltiplo de la frecuencia de la onda original (frecuencia fundamental). Así, cuando escuchamos un sonido de 100 Hz, realmente estamos escuchando ondas senoidales de frecuencias 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz, 500 Hz, etc. Estas ondas senoidales se denominan armónicos del sonido original, y en muchos instrumentos musicales (como la guitarra) son claramente audibles. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) ¿Qué sucede con un sonido original cuya forma de onda ya es senoidal? Cuando uno intenta aplicar el teorema de Fourier a una senoide, el resultado es que tiene un solo armónico, de la misma frecuencia que la senoide original, por supuesto. (Nótese que el Teorema de Fourier no dice que todas las formas de ondas deban tener varios armónicos, sino más bien que cualquier forma de onda puede obtenerse por superposición de cierta cantidad de senoides, cantidad que puede reducirse a una sola, que es lo que ocurre con las ondas senoidales.) El hecho de que cada onda senoidal tiene una única frecuencia ha llevado a llamar también tonos puros a las ondas senoidales. La descripción de las ondas senoidales que componen un sonido dado se denomina espectro del sonido. El espectro es importante debido a varias razones. Primero porque permite una descripción de las ondas sonoras que está íntimamente vinculada con el efecto de diferentes dispositivos y modificadores físicos del sonido. En otras palabras, si se conoce el espectro de un sonido dado, es posible determinar cómo se verá afectado por las propiedades absorbentes de una alfombra, por ejemplo. No puede decirse lo mismo en el caso en que se conozca sólo la forma de onda. En segundo lugar, el espectro es importante porque la percepción auditiva del sonido es de naturaleza predominantemente espectral. En efecto, antes de llevar a cabo ningún otro procesamiento de la señal acústica, el oído descompone el sonido recibido en sus componentes frecuenciales, es decir en las ondas senoidales que, según el teorema de Fourier, conforman ese sonido. Por ese motivo, con algo de práctica es posible por ejemplo reconocer las notas de un acorde. ¿Qué puede decirse del espectro de los sonidos aperiódicos? El teorema de Fourier puede extenderse al caso de sonidos aperiódicos. Éstos pueden ser tan simples como los sonidos de una campana o tan complejos como el así llamado ruido blanco (un ruido similar al que capta una emisora de FM en ausencia de señal o de portadora). En el primer caso, el espectro es discreto, vale decir un conjunto de frecuencias claramente diferenciadas, aunque no serán ya múltiplos de ninguna frecuencia. Podemos tener, por ejemplo, 100 Hz, 143,3 Hz, 227,1 Hz, 631,02 Hz. En el segundo caso, tenemos ¡todas las frecuencias! Esto es lo que se denomina un espectro continuo. Intensidad sonora ¿Por qué algunos sonidos son más intensos que otros? Hay muchas razones, pero la causa principal es atribuible a la amplitud. La amplitud de un sonido es el máximo exceso de presión (o presión sonora) en cada ciclo. En el caso del ruido o de los sonidos aperiódicos, la amplitud puede estar cambiando continuamente. En este caso se acostumbra a obtener algún tipo de promedio. Existen varios enfoques para el análisis de la sonoridad, que pueden hallarse en otro documento que acompaña al presente sobre Niveles sonoros. Niveles Sonoros por Federico Miyara Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Presión sonora En primer lugar tenemos la presión atmosférica, es decir la presión del aire ambiental en ausencia de sonido. Se mide en una unidad SI (Sistema Internacional) denominada Pascal (1 Pascal es igual a una fuerza de 1 newton actuando sobre una superficie de 1 metro cuadrado, y se abrevia 1 Pa). Esta presión es de alrededor de 100.000 Pa (el valor normalizado es de 101.325 Pa). Podemos luego definir la presión sonora como la diferencia entre la presión instantánea debida al sonido y la presión atmosférica, y, naturalmente, también se mide en Pa. Sin embargo, la presión sonora tiene en general valores muchísimo menores que el correspondiente a 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 (µ µ Pa es la abreviatura de micropascal, es decir una millonésima parte de un pascal). Esta situación es muy similar a las pequeñas ondulaciones que se forman sobre la superficie de una profunda piscina. Otra diferencia importante es que la presión atmosférica cambia muy 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) a razón de entre 20 y 20.000 veces por segundo. Esta magnitud se denomina frecuencia y se expresa en ciclos por segundo o hertz (Hz). Para reducir la cantidad de dígitos, las frecuencias mayores que 1.000 Hz se expresan habitualmente en kilohercios (kHz). NIVEL DE PRESIÓN SONORA El hecho de que la relación entre la presión sonora del sonido más intenso (cuando la sensación de sonido pasa a ser de dolor auditivo) y la del sonido más débil sea de alrededor de 1.000.000 ha llevado a adoptar una escala comprimida denominada escala logarítmica. Llamando Pref (presión de referencia a la presión de un tono apenas audible (es decir 20 µPa) y P a la presión sonora, podemos definir el nivel de presión sonora (NPS) Lp como Lp = 20 log (P / Pref) Donde log significa el logaritmo decimal (en base 10). La unidad utilizada para expresar el nivel de presión sonora es el decibel, abreviado dB. El nivel de presión sonora de los sonidos audibles varía entre 0 dB y 120 dB. Los sonidos de más de 120 dB pueden causar daños auditivos inmediatos e irreversibles, además de ser bastante dolorosos para la mayoría de las personas. NIVEL SONORO CON PONDERACIÓN A El nivel de presión sonora tiene la ventaja de ser una medida objetiva y bastante cómoda de la intensidad del sonido, pero tiene la desventaja de que está lejos de representar con precisión lo que realmente se percibe. Esto se debe a que la sensibilidad del oído depende fuertemente de la frecuencia. En efecto, mientras que un sonido de 1 kHz y 0 dB ya es audible, es necesario llegar a los 37 dB para poder escuchar un tono de 100 Hz, y lo mismo es válido para sonidos de más de 16 kHz. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Cuando esta dependencia de la frecuencia de la sensación de sonoridad fue descubierta y medida (por Fletcher y Munson, en 1933), se pensaba que utilizando una red de filtrado (o ponderación de frecuencia) adecuada sería posible medir esa sensación en forma objetiva. Esta red de filtrado tendría que atenuar las bajas y las muy altas frecuencias, dejando las medias casi inalteradas. En otras palabras, tendría que intercalar unos controles de graves y agudos al mínimo antes de realizar la medición. Había sin embargo algunas dificultades para implementar tal instrumento o sistema de medición. El más obvio era que el oído se comporta de diferente manera con respecto a la dependencia de la frecuencia para diferentes niveles físicos del sonido. Por ejemplo, a muy bajos niveles, sólo los sonidos de frecuencias medias son audibles, mientras que a altos niveles, todas las frecuencias se escuchan más o menos con la misma sonoridad. Por lo tanto parecía razonable diseñar tres redes de ponderación de frecuencia correspondientes a niveles de alrededor de 40 dB, 70 dB y 100 dB, llamadas A, B y C respectivamente. La red de ponderación A (también denominada a veces red de compensación A) se aplicaría a los sonidos de bajo nivel, la red B a los de nivel medio y la C a los de nivel elevado. El resultado de una medición efectuada con la red de ponderación A se expresa en decibeles A, abreviados dBA o algunas veces dB(A), y análogamente para las otras. Por supuesto, para completar una medición era necesaria una suerte de recursividad. Primero había que obtener un valor aproximado para decidir cuál de las tres redes había que utilizar, y luego realizar la medición con la ponderación adecuada. La segunda dificultad importante proviene del hecho de que las curvas de Fletcher y Munson (al igual que las finalmente normalizadas por la ISO, Organización Internacional de Normalización) son sólo promedios estadísticos, con una desviación estándar (una medida de la dispersión estadística) bastante grande. Esto significa que los valores obtenidos son aplicables a poblaciones no a individuos específicos. Más aún, son aplicables a poblaciones jóvenes y otológicamente no rmales, ya que las mediciones se realizaron con personas de dichas características. La tercera dificultad tiene que ver con el hecho de que las curvas de Fletcher y Munson fueron obtenidas para tonos puros, es decir sonidos de una sola frecuencia, los cuales son muy raros en la Naturaleza. La mayoría de los sonidos de la vida diaria, tales como el ruido ambiente, la música o la palabra, contienen muchas frecuencias simultáneamente. Esta ha sido tal vez la razón principal por la cual la intención original detrás de las ponderaciones A, B y C fue un fracaso. Estudios posteriores mostraron que el nivel de sonoridad, es decir la magnitud expresada en una unidad llamada fon que corresponde al nivel de presión sonora (en decibeles sin ponderación) de un tono de 1 kHz igualmente sonoro, no constituía una auténtica escala. Por ejemplo, un sonido de 80 fon no es el doble de sonoro que uno de 40 fon. Se creó así una nueva unidad, el son, que podía medirse usando un analizador de espectro (instrumento de medición capaz de separar y medir las frecuencias que componen un sonido o ruido) y algunos cálculos ulteriores. Esta escala, denominada simplemente como sonoridad, está mejor correlacionada con la sensación subjetiva de sonoridad, y por ello la ISO normalizó el procedimiento (en realidad dos procedimientos diferentes según los datos disponibles) bajo la Norma Internacional ISO 532. En la actualidad existen inclusive instrumentos capaces de realizar automáticamente la medición y los cálculos requeridos para entregar en forma directa la medida de la sonoridad son: Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) PONDERACIÓN A Y EFECTOS DEL RUIDO Desde luego, lo anterior no responde la pregunta de cuán molesto o perturbador resultará un ruido dado. Es simplemente una escala para la sensación de sonoridad. Varios estudios han enfocado esta cuestión, y existen algunas escalas, como la escala noy que cuantifica la ruidosidad bajo ciertas suposiciones, y por supuesto, en función del contenido de frecuencias del ruido a evaluar. Podemos apreciar, por lo tanto, que no hay disponible en la actualidad ninguna escala que sea capaz de dar cuenta exitosamente de la molestia que ocasionará un ruido a través de mediciones objetivas, simplemente porque la molestia es una reacción muy personal y dependiente del contexto. ¿Por qué, entonces, ha sobrevivido y se ha vuelto tan popular y difundida la escala de ponderación A? Es una buena pregunta. La razón principal es que diversos estudios han mostrado una buena correlación entre el nivel sonoro A y el daño auditivo, así como con la interferencia a la palabra. Sin otra información disponible, el nivel sonoro con ponderación A es la mejor medida única disponible para evaluar y justipreciar problemas de ruido y para tomar decisiones en consecuencia. También exhibe una buena correlación, según han revelado diversos estudios, con la disposición de las personas afectadas por contaminación acústica a protestar en distintos niveles. Es interesante observar que a pesar de que la escala de decibeles A fue originalmente concebida para medir sonidos de bajo nivel, ha demostrado ser más adecuada para medir daño auditivo, resultado de la exposición a ruidos de nivel elevado. Ignoro cómo se descubrió esta relación, pero probablemente se pueda atribuir a la carencia de otros instrumentos de medición, a la suerte accidental, o al uso consciente de todos los tipos de instrumentos disponibles para superar las circuns tanciales fronteras del conocimiento. Con respecto a su utilización en cuestiones legales, por ejemplo en la mayoría de las ordenanzas y leyes sobre ruido, es porque proporciona una medida objetiva del sonido de alguna manera relacionada con efectos deletéreos para la salud y la tranquilidad, así como la interferencia con diversas actividades. No depende en el juicio subjetivo de la policía ni del agresor ni del agredido acústicamente. Cualquiera en posesión del instrumental adecuado puede medirlo y decir si excede o no un dado límite de aceptabilidad legal o reglamentario. Esto es importante, aún cuando no sea la panacea. Probablemente en el futuro irán surgiendo mediciones más perfeccionadas y ajustadas a diferentes situaciones. Apéndice NOTA DEL AUTOR: La tabla siguiente pertenece a la Noise Pollution Clearinghouse, y su utilización aquí en versión traducida es gentileza de esa organización. La tabla de decibeles (dB) a continuación compara algunos sonidos comunes y muestra cómo se clasifican desde el punto de vista del daño potencial para la audición. El ruido comienza a dañar la audición a niveles de alrededor de 70 dBA. Para el oído, un incremento de 10 dB implica duplicar la sonoridad. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Nivele s Sonoros y Respuesta Humano Sonidos comunes Zona de despegue de cohete (sin protección auditiva) Operación en pista de Jet Sirena de ataque aéreo Nivel Sonoro (dB) Efecto 180 Pérdida irreversible del oído 140 Dolorosamente fuerte Trueno 130 Despegue de un Jet (60 m) Bocina de auto (1 m) 120 Máximo esfuerzo vocal Martillo neumático (1 m) Concierto de rock 110 Extremadamente fuerte Camión recolector Petardos 100 Muy fuerte Camión pesado (15 m) Tránsito urbano 90 Muy molesto Daño auditivo (8 Hrs) Reloj despertador (60 cm) Secador de cabello 80 Molesto Restaurante ruidoso Tránsito por autopista Oficina comercial 70 Difícil uso del teléfono Aire acondicionado Conversación 60 Intrusivo Tránsito liviano (30 m) 50 Calmo Living o Sala de Estar Dormitorio Oficina calma 40 Biblioteca Susurro a 5 m 30 Estudio radiofónico 20 Muy calmo 10 Apenas audible 0 Umbral de audición Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) DEFINICIÓN Y FUNCIONAMIENTO. Definimos un micrófono como un aparato que es capaz de convertir la energía sonora en energía eléctrica. Su funcionamiento es simple, una membrana, o lámina muy fina capta el sonido y lo interpreta como ondas de presión, que la hacen vibrar. La presión ejercida en la membrana activa un dispositivo que las transforma en variaciones de tensión eléctrica (de ahí el nombre de transductor) en función de la intensidad de la vibración. Esta energía eléctrica es después amplificada y transmitida para ser captada por un receptor, el cual, la convertirá de nuevo en energía sonora siguiendo un procedimiento inverso al descrito. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS MICRÓFONOS. Los micrófonos se clasifican según una serie de características, que son: la frecuencia de respuesta, la intensidad, la sensibilidad y el ruido propio FRECUENCIA DE RESPUESTA: Define la buena calidad del micrófono, determina ndo en que medida, la salida de las ondas eléctricas se aproximada a la magnitud y frecuencia de las ondas sonoras originales. IMPEDANCIA: La impedancia es la capacidad que tiene un elemento eléctrico o electrónico (en nuestro caso un micrófono) en impedir el paso de corriente eléctrica. Esta característica está directamente relacionada con la Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telepática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcor (E.P.S.A) carga con la que funcionará el micrófono. La impedancia se mide en Ohmios y la relación de impedancia entre el micrófono y la entrada del transmisor debe ser lo mas aproximada posible. SENSIBILIDAD: Indica en términos de nivel de energía eléctrica la cantidad de carga de salida en comparación con la energía acústica que toma. Es muy importante que la sensibilidad del micrófono sea la mayor posible, es decir, que tenga un alto nivel de salida con relación al correspondiente de entrada. Un micrófono más sensible es capaz de captar sonidos menos intensos. EL RUIDO PROPIO: Se trata del nivel de ruido que tiene un micrófono sin aplicarle ninguna fuente sonora, es decir, el ruido que por naturaleza y construcción genera el micrófono. Este dato se mide, al igual que la sensibilidad, en decibelios (dBs). CLASIFICACIÓN DE MICRÓFONOS POR SU DIRECCIONABILIDAD. MICRÓFONO OMNIDIRECCIONAL: Se trata de aquel que recoge el sonido por cualquier parte, desde cualquier ángulo y a una ganancia máxima. Su diagrama polar sería este: La ganancia (representada por la línea azul) está al máximo para cualquier dirección del sonido que incide sobre el micrófono. Estos micrófo nos tienen como principales características una mínima incidencia del aire y una amplia frecuencia de respuesta. MICRÓFONO DIRECCIONAL: Como su propio nombre indica, se trata del micrófono que capta el sonido que proviene de una zona o ángulo determinado, atenuando sobremanera los procedentes de otros ángulos. Los micrófonos direccionales, se dividen a su vez en micrófonos cardioides, supercardioides e hipercardioides. Veamos las gráficas de cada uno de ellos. Trabajo realizado por los alumnos de l a ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Como podemos observar, estos micrófonos se diferencian entre ellos básicamente en que en los cardioides, el 'abanico' de ganancia se abre para más ángulo lateral, mientras que en los supercardioides y los hipercardioides este abanico se estrecha más, lo que indica que los sonidos provienen lateralmente, son ciertamente atenuados y los sonidos provenientes de la parte trasera (180º) son prácticamente anulados. Entre sus principales características se encuentran la alta captación de sonidos lejanos y el rechazo del ruido de fondo. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A ) TIPOS DE MICRÓFONOS: v MICRÓFONOS DE CARBON Una cápsula microfónica (como la de los teléfonos antiguos) tendrá en su interior granitos de carbón bien comprimidos entre si, pues bien, esta cápsula tendrá la propiedad de conducir la corriente eléctrica y los granos tienen la propiedad cuando se le aplica una presión (producida por el sonido) se comprimirán más y variará su resistencia. La característica de esta resistencia variable es el principio sobre el cual se basa el funcionamiento del micrófono de carbón. v MICRÓFONOS DINÁMICOS También son conocidos como micrófonos de bobina móvil. La característica de este micrófono es que tiene una bobina móvil la cual se puede desplazar hacia adentro y afuera debido a que está conectado con una diafragma que se mueve dependiendo de la presión que se ejerce (presión del sonido). Debido a que el diafragma se mueve según el ritmo de modulación, el voltaje inducido en la bobina variará de acuerdo al movimiento del diafragma. Estos micrófonos son livianos, pequeños, a prueba de humedad y no se afectan a la temperatura. Tampoco necesitan que se les de corriente para funcionar. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) v MICRÓFONOS DE VELOCIDAD O DE CONDENSADOR También llamados micrófonos de cinta. Los micrófonos tanto como de carbón como el dinámico tienen el defecto que captan con facilidad el ruido proveniente de todos lados. Esto es precisamente la diferencia con el micrófono de velocidad o de condensador. El funcionamiento de este micrófono es básicamente igual al dinámico. La diferencia radica en que en vez de diafragma tiene una cinta de metal corrugado que vibra en un campo magnético. Cuando las ondas sonoras llegan a la cinta la hacen vibrar cosa que induce un campo eléctrico proporcional al voltaje generado. El nombre de micrófono de velocidad proviene precisamente de la pequeña masa de la cinta que responde inmediatamente a cualquier variación de la presión de aire (producido por cualquier ruido externo) . Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) v MICRÓFONOS DE CRISTAL Y CERÁMICOS. Existen ciertos cristales y sustancias que tienen propiedades piezoeléctricas, esto significa que, cuando se le aplique cierta presión al cristal éste responderá generando un voltaje proporcional. En los micrófonos de cristal se utiliza ésta propiedad, para generar corriente eléctrica a partir del sonido (presión). Estos micrófonos además del cristal tienen un diafragma, el cual tiene como finalidad concentrar el sonido sobre una superficie pequeña de cristal. Efectivamente si no utilizaremos este diafragma la variación de la presión (sonido) llega sobre la superficie del cristal y su fuerza es disipada sobre toda su superficie. Al tener el diafragma se consigue que las ondas sonoras ejerzan su presión sobre una pequeña porción de cristal. En consecuencia cuando el diafragma se desplaza hacia delante y atrás el voltaje producido por ese cristal varía en la misma proporción. Estos micrófonos son muy usado por los radioaficionados, sin embargo la respuesta del cristal no es muy uniforme, son sensibles a los cambios de temperatura y humedad. v LOS NUEVOS ELECTRET Son los más recientes y funcionan con un material llamado Electret, que es un material dieléctrico polarizado en forma permanente. Las ondas sonoras golpean al diafragma y éste hace presión sobre el electret creando una diferencia de voltaje proporcional con la presión. Su nivel de salida es mayor que el de los micrófonos dinámicos. Ejemplo de microfono para placas de captacion de sonido. Micrófono electret direccional: Frecuencia: 100Hz a 8KHz. Sensibilidad: 62 dB. Impedancia: 2 K ohmios. Alimentación: de 1.5 a 10 V. consumo 0.8 mA max. diámetro 9mm Precio: 0.73 Euros Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Introducción al sistema car El control activo de ruido es una nueva técnica para atenuar, eliminar o cancelar el ruido acústico una determinada zona del espacio esto se realiza mediante la generación de un señal de igual amplitud y frecuencia pero desfasada (ondas de presión en oposiciones de fase ). Esto se consigue mediante dispositivos electroacústicos de tal forma que en una zona de interés del medio acústico o en materiales de interés como auriculares o micrófonos se aplica esta técnica para eliminar (lo máximo que se puede )el ruido acústico mediante interfere ncia destructiva Controladora activa de ruido Utilizando la tarjeta DSP de propósito general EZ-KIT LITE DE ANALOG DEVICES se puede implementar un controlador activo de ruido monacal para poder ser aplicado en múltiples escenarios de cancelación acústic a.el controlador puede adaptarse a múltiples escenarios de control como la que se presenta en la siguiente figura El controladora contiene el procesador ADSP2181 El controladora contiene el procesador ADSP2181,el código de el código se carga en la memoria del procesador desde un software de control bajo el entorno de Windows. la comunicación DSP-ORDENADORes interactiva y en tiempo real en ambos sentidos, el diagrama de bloques del sistema se presenta en la figura siguiente Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) En el sistema se puede apreciar todos los elementos del sistema: • Sensores de referencia (micrófonos, tacómetros, acelerómetros ,etc.) • Sensores de error (micrófonos tipo electret de bajo coste)donde se realiza la cancelación acústica) • Altavoces de control (para generar ondas de presión en contra- fase) • Controlador eléctrico (tarjeta procesador de señales DSP, EZ-kit lite) • Algoritmo adaptativo de control y de adaptación de nivel de las señales entrada salida Con tales elementos se intenta conseguir una disminución de nivel de presión de sonora en una determinada zona del espacio, con una dimensión aproximada entorno a la décima parte de la longitud de onda. el sistema puede generalizarse para un sistema múltiples, es decir, para conseguir la atenuación de varios zonas especiales, en este caso, se necesita la menos tantos altavoces como zonas a cancelar Aplicaciones típicas El funcionamiento optimo de los sistemas de control activo de ruido se produce en conminaciones en espacios pequeños como pueden ser conductores, automóviles, aviones, auriculares, micrófonos …… Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Para estas aplicaciones ya se ha demostrado con éxito la atenuación acústica que se consigue. Poco a poco empiezan a comercializarse los primeros controladores activos d ruido para estas aplicaciones Control activo de ruido en protectores auditivos los auriculares activos utilizan el principio de superposición de ondas acústicas para cancelar las bajas frecuencias, permitiendo el pasa de otras señales: Señales de voz tonos de aviso. Estos protectores auditivos están provistos, aparte del altavoz, de un pequeño micrófono y un chip DSP. Este circuito es el encargado de generar las que actúan como ondas de presión que actúan como ondas de presión en oposición de fase control activo de ruido en conductores en un tubo las ondas de baja frecuencia se propagan como ondas planas a lo largo de su eje .Colocando un micrófono de frecuencia, uno o varios ,y un micrófono de regencia ,un o varios altavoces un micrófono de error, en este mismo orden según la propagación de la ondas y lo mas próximo a la fuente de ruido ,es posible obtener exentes resultados a resultados se atenuación en toda la longitud del conductor. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Control activo de ruido en aviones El control activo de ruido en aviones es un tema de constante interés e investigación, debido sin duda a las mejoras en cuanto a peso y volumen puede ofrecer esta técnica en el diseño de aeronaves respecto a las técnicas pasivas de control. Tales mejoras conllevan un considerable ahorro de combustible por lo que no tardarán en implementarse en los nuevos modelos de aviones. Los sensores de referencia pueden suelen ser acelerómetros colocados en las proximidades de los motores. Los altavoces, se colocan en el reposacabezas de cada uno de los asientos o bien se distribuyen de forma camuflada en los paneles del habitáculo. Se consiguen atenuaciones importantes de todas las componentes periódicas del ruido en el margen de frecuencias comprendido entre 50 y 500 Hz. Diversas compañías aéreas empiezan ya a introducir estos sistemas de control. A continuación se muestra uno de estos sistemas comerciales Control activo de ruido en el automóvil El control activo de ruido acústico en automóviles también se empieza a desarrollar rápidamente por las mismas razones que se aplican en las aeronaves: minimizar el tamaño y el peso del habitáculo para conseguir importantes atenuaciones acústicas. El ruido que se puede encontrar en el habitáculo de un coche está producido principalmente por tres fuentes: motor, rodadura y viento. De estos tres ruidos el mas fácil de eliminar es el ruido del motor, ruido de componentes periódicas. La atenuación de los otros dos tipos de ruido, al ser ruidos de banda ancha, no es tan significativa como lo es la atenuación del ruido de motor. Los sensores suelen ser micrófonos, acelerómetros y tacómetros.Los actuadores electroacústicos son los propios altavoces del equipo de audio. El tipo de control depende de la aplicación en concreta: o bien crear zonas de silencio concretas alrededor de los reposacabezas, o bien atenuar el nivel de presión acústica del ruido de forma global, es decir, en todo el habitáculo. Este último objetivo no es fácil de lograr y el Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) diseño del sistema de control es bastante complejo. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) CANCELACIÓN ACTIVA DE RUIDO El objetivo de nuestro trabajo es eliminar ruido de las señales con el fin de estudiar su comportamiento. Para ello desarrollaremos un software para simular el siguiente sistema: Cancelación activa de ruido Imaginemos por un momento que se realiza una charla en un aula, y al mismo tiempo en el exterior se encuentra un obrero con un martillo neumático, el cual imposibilita la realización de la charla. Para solucionar este problema colocaríamos un micrófono cerca del martillo y mediante un filtro adaptativo buscaríamos “estimar” el ruido que se suma a nuestra señal para luego restarlo y obtener únicamente la voz del realizador de la charla. Elementos involucrados en la Cancelación Activa por ruido Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Elementos utilizados para la Cancelación Activa de ruido DEFINICIÓN DE FILTRO: Un filtro es un dispositivo diseñado para separar, pasar o suprimir un grupo de objetos o cosas de otro mezclado. Al igual que el filtro para la cafetera sólo permite pasar la esencia y no los granos, en las señales eléctricas ocurre lo mismo, con un filtro podemos modificar una señal. Un ejemplo puede ser cuando se sintoniza un canal de radio deseado. FILTRO FIR: El filtro FIR es un filtro adaptativo es decir, un filtro cuyos coeficientes son actualizados por un algoritmo adaptativo para optimizarla respuesta del filtro según un criterio deseado de performance. En general los filtros adaptativos consisten en dos partes, un filtro, cuya estructura es diseñada para lograr la función deseada sobre la señal de entrada, y un algoritmo adaptativo, para ajustar los coeficientes del filtro para lograr la mejor relación posible. Los filtros adaptativos pueden ser usados en varias aplicaciones que requieren operaciones en tiempo real, por ejemplo, predicción adaptativa, ecualización de canales, cancelación de eco y cancelación de ruido. La implementación de un filtro adaptativa basada en procesadores digitales de señales (DSP) tiene muchas ventajas sobre otros enfoques. No solo por que los requerimientos de potencia, espacio y manufactura, son muy reducidos, sino que además, la programación provee flexibilidad para la actualización del sistema y mejoras del software. Las capacidades de flujo y manipulación de datos de un DSP son además los mayores factores a la hora de implementar un sistema de filtrado adaptativo. El Sistema es Lineal y Causal Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) • Diagrama de bloques que define los filtros digitales. Utilización en el sistema • Estimación del ruido. Cuadrados Mínimos Recursivos (RLS): Características • • • Aplicable en sistemas de tiempo real. Carga computacional relativamente baja. Minimización del error medio cuadrático. Utilización en el sistema • Cálculo de los coeficientes del filtro FIR Ruido Browniano Fraccionario: Características • • • Definición temporal a través del coeficiente de Hurst (H) Correlación no nula entre muestras dependientes de H. Sencillo de calcular por desplazamiento de punto medio. Utilización en el sistema • • Ruido adaptativo que afecta a la señal deseada. Ruido correlado aplicado a la entrada al filtro. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Borland Delphi 5.0: Características • • • • Basado en el lenguaje de programación Pascal. Programación orientada a objetos. Interfaz gráfica compatible con Windows. Gran cantidad de componentes nuevos existentes en la red. Utilización en el sistema • Programación del simulador. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Diagrama en bloques del sistema CAR: Señales del Sistema: • • • • • x(k), señal determinística. n1 (k), ruido Browniano fraccional. n2 (k), ruido Browniano fraccional correlado con n1 (k) . yrls(k), estimación del ruido n1 (k) . erls(k), señal reconstruida. Una de las técnicas de procesamiento adaptativo de señales mas simples y efectivas es la cancelación de ruido adaptativa. Como se muestra n1 (k) es la referencia del ruido, un filtro adaptativo es usado para estimar el ruido, entonces el ruido estimado yrls(k) se resta del canal primario. La salida del cancelador de ruido es entonces erls(k), Mas allá de los resultados perceptibles en los archivos de audio, la gráfica de error entre la señal que deberíamos escuchar (señal pura), y la señal estimada (señal contaminada menos el ruido estimado), tiene un comportamiento decreciente en el tiempo. Esto es un resultado esperable, ya que al principio los coeficientes del filtro se están ajustando, una vez ajustados, quiere decir que la salida del filtro sigue a la señal de error (ruido adicionado a la señal de interés), con lo cual resulta más fácil seguir variaciones en las estadísticas de la señal. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Programa CaAcRuido (CAR): Características del Simulador CAR: • • • • • • • • Programa versátil. Interfaz gráfica atractiva. Fácil de operar. Libertad para modificar los parámetros. Facilita el estudio de sistemas en infinidad de condiciones. Visualización de las diversas ondas temporales. Grabación y reproducción sonora de las señales más importantes. Contiene una ayuda tanto teórica como de manejo del software. • Permite la impresión de las gráficas tanto como su almacenado. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) Caso: Control Activo de Ruido de Baja Frecuencia: La figura muestra el montaje general del circuito, la primera parte se trata de un sensor de ruido (un micrófono sensible en ese rango) y un amplificador con ganancia variable, el multiplexador selecciona la inversión o no de la señal para darle más practicidad al circuito dejando como opción el amplificar ciertas señales audibles, la inversión se encarga de cambiarle la fase a la señal para después sumársela con una entrada externa que puede ser la salida de un dispositivo de audio (walkman, discman, etc…) y poder escuchar estas señales "libres de ruido". Se trató de implementar un filtro con el fin de rechazar las altas frecuencias, pero de cualquier manera desfasaría la señal afectando el factor crítico del diseño. La ventaja de colocar este filtro era el de minimizar la potencia consumida por el circuito, pero si se quería amplificar una señal audible, resultaría solamente amplificada en el rango bajo de frecuencias, además de afectar la atenuación por el desfase, ocasionando que si la ganancia aumentara a un valor crítico, pudiese sobreponerse a la señal de ruido e interferirla positiva mente. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A) RESULTADOS El diseño consume muy poca corriente (3mA a 7V) sumándose al hecho de la pequeñez del circuito lo hacen portátil y alimentación con pilas de 9V. La atenuación medida resultó tener un máximo de 10dB, lo suficiente para aumentar el umbral del dolor 85dB. CONCLUSIONES Los métodos análogos de cancelación de ruido permiten una atenuación en algunos casos con micrófonos y parlantes altamente sensibles a bajas frecuencias hasta de 20 db, sin embargo, el costo es mucho mayor. La mejor opción es realizar filtros adaptativos con técnicas digitales y programación con microcontroladores que se encargan de evaluar la autocorrelación del ruido y pronosticar su contrafase, existen en la actualidad esos algoritmos pero queda siempre la inquietud de mejorarlos e implementarlos, el desarrollo de estos productos es una tecnología de vanguardia acorde con las necesidades ambientales del mundo. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A ¿Que es un EZ-KIT? Una tarjeta EZ-KIT esta desarrollada por Analog Devices mismo fabricante de chips DSP, EZ-KIT esta basada sobre ADSP2181 y se conecta a un ordenador mediante RS-232. Tenemos que saber que otras compañías proponen tarjetas basadas sobre el mismo procesador ADSP2181 insertado directamente al bus ISA, PCI, VME ó igualmente standalone (RS-232, USB).ciertas compañías venden tarjetas que pueden tener hasta 8 procesadores funcionando en cooperación. La tarjeta ADSP 2181-EZ-KIT lite La disposición de los componentes en la tarjeta es la siguiente: . Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A Arquitectura de ADSP 2181: El procesador en sí mismo compone un núcleo (core) común a todos los procesadores ADSP218x.la diferencia entre uno y otro esta en las unidades periféricas integradas en el mismo chips. Algunos tienen memoria integrada con gran capacidad que otros, algunos poseen un pue rto DMA (Direct Memory Access).Otros funcionen bajo una tensión de alimentación 2,5 Voltios mientras q otros funcionen a una baja tensión 1,8 Voltios (218x- versión N). Constitución interna de ADSP2181 y sus unidades periféricas. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A Elementos de núcleo: ALU, MAC, SHIFTER, DAG1-2, REGISTROS, PROGRAM SEQUENCER ALU: Aritmetic and Logic Unit .esta unidad sirve para sumar, sustracciones y operaciones lógicas BIT a BIT como (AND, OR, XOR). MAC: Multiply Accumulate Unit. Esta unidad sirve para multiplicaciones con cúmulo de resultado. SHIFTER: esta unidad sirve para diferencias de bits hacia la derecha ó izquierda en un registro. Distinguimos también las diferencias arrítmicas de las lógicas. DAG1Y DAG2: DAG1 genera la dirección en la zona de datos y DAG2 genera la dirección de programa. Las dos zonas de memoria están físicamente separadas. PROGRAM SEQUENCER: El 2181 esta basado sobre una arquitectura MODIFIED HARVARD, en el que, durante un solo ciclo el procesador accede simultáneamente a tres zonas: la primera zona de programa (PM) donde accede a un dato, segunda zona de programa (PM) donde accede a la instrucción siguiente y una zona de datos (DM) donde accede al segundo dato. El tercer generador de direcciones es el PROGRAM SEQUENCER. Para que esto pasa en un solo ciclo, tenia que el PM y DM sean zonas de memoria SPRAM muy rápida y integrada cerca de las unidades de cálculo, es decir, sobre 2181 si mismo. REGISTROS: al contrario de procesadores en general, los registros de DSP están relacionados a las unidades de cálculo que los utilizan.asi que AX0, AX1, AY1 son los registros a la entrada de ALU y AR, AF son los registros en la salida de ALU.lo mismo MX0, MX1, MY0 y MY1 son los registros a la entrada de MAC y MR0, MR1, MR2, MF son los registros que contienen los resultados calculados por el MAC. Por fin los registros a la entrada de SHIFTER son SI, SE, SB, y los registros en la salida son SR0, SR1. LAS UNIDADES PERIFÉRICAS INTEGRADAS: SPORTO, SPORT1, TIMER El ADSP2181 integra dos puertos serie síncronos llamados SPORT0 y SPORT1.mas tarde vemos como estos dos puertos están configurados para que uno comunica en modo asíncrono con el ordenador (PC) y el otro en modo síncrono con el periférico CODEC AD1847. Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A Periféricos integrados e interfaces con el exterior. COMPONENTES ESPECIFICOS DE LA TARJETA EZ-KIT: Un KIT ADSP-2181 EZ KIT Lite de Analog Devices Inc, se compone de : è una entrada y salida audio stereo configurable en posición <Line in> ó <Mic>.podemos por ejemplo enchufar un micrófono en la entrada de la tarjeta y en la salida un alta voz enchufado en out. è Un CODEC (codificador-decodificador): implementado en la tarjeta AD1847.transforma la señal analógica enviada por el generador de tensión a una señal numérica.esta capacitado también a generar la operación inversa como permite ciertas funciones de compresión que no vamos a utilizar. è CODEC dispone de dos tipos de entrada / salida, el primero para obtener la señal de entrada, el segundo para transportar la señal numérica hacia DSP que efectuará después los tratamientos adecuados. è DSP, el microprocesador de la tarjeta, trata los datos y los dirige hacia otros componentes (CODEC, enlace hacia PC). è Se refiere a ADSP2181 que es un procesador dotado de una memoria (una parte PM para PROGRAM MEMORY y otra parte DM para DATA MEMORY de 16 KO cada una de ellas.especialisado en el tratamiento de la señal numérica. Su potencia de cálculo le permite realizar transformaciones de fourrier, de compresión pero también puede realizar efectos en el sonido tal como el eco o la distorsión è DSP dispone de unidades específicas: ALU, MAC, SHIFTER, DAG1 y DAG2. A estas unidades corresponde registros. è DSP presenta una arquitectura super havard, que permite el acceso simultáneo a una instrucción y a dos datos en un solo ciclo de reloj, arquitectura bien adaptada para el tratamiento de señales. è Un conector hembra para el enlace serie. Gracias a el podemos establecer una transmisión de datos al PC vía enlace serie (RS-232). De la misma manera el ordenador puede enviar sus propios instrucciones en la tarjeta. è Una EPROM donde esta el programa que se encuentra por defecto en la tarjeta. Fotografía de la tarjeta ADSP-2181. ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE INTERFACES: Diagrama general de intercambios entre los diferentes componentes. FRECUENCIA MUESTRA DE SEÑAL DE ENTRADA Definición: Muestrear una señal es tomar su valor a unos instantes separados por intervalos de tiempo regular llamados “periodo de muestreo” notado por Te. La operación de muestreo esta realizada con la ayuda de un dispositivo llamado CAN (Conversor Analógico-numérico). Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A ELECCION DE MUESTREO: El teorema de shannon afirma que la representación numérica fiel de una señal analógica se obtiene muestreando al menos con el doble de la frecuencia de la señal a muestrear. Si por ejemplo la señal es de 4 kHz., la frecuencia de muestreo enviada al CODEC por el generador de funciones debería ser como mínimo 8 Khz. En efecto cuanto más elevada sea la frecuencia de muestreo mejor será la calidad y más de memoria se ocupará. DURACION DE ADQUISICION: La mejora de la calidad disminuye la duración de sonido como vemos en la siguiente tabla: Trabajo realizado por los alumnos de la ingeniería telemática para la asignatura de LSED de la escuela politécnica superior de Alcoy (E.P.S.A ESQUEMA DE ADQUISICION DE UNA SEÑAL: CAMINO DE DATOS: desde el nacimiento de la señal hasta la visualización el la pantalla.
