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Ensayo supresor de ruido
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Ensayo supresor de ruido

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  • 1. Electrónica Analógica II Ingeniería Eléctrica CANCELADOR DE RUIDO Pablo Galarza Contreras pagcone010@hotmail.com Docente: Ing. Rene Avila 2. MARCO TEORICORESUMEN: En el ámbito de la electrónica se hadesarrollado varios sistemas y proyectos sobre todo en lo que Existen cuatro grupos de conexión de loses el área del audio y sonido, en el presente proyecto transformadores trifásicos los mismos que seránnecesitamos conocer y entender las aplicaciones, el descritos a continuación.funcionamiento e implementación de los circuitos analógicosasí como también de los tipos de filtros que necesitamos parala realización del esquema de un cancelador de ruido, para ello 2.1 FILTROS.se estudiara cada uno de estos. A continuación se expondrálos temas más importantes y los que se han venidoaprendiendo en el transcurso de este ciclo estos nos ayudaran Un filtro es un dispositivo para separar algopara realizar el diseño de nuestro circuito y además será de deseable de algo indeseable, sin embargo un filtro segran apoyo para realizar los respectivos cálculos de nuestro define en forma convencional en el análisis de señales yesquema. sistemas como un dispositivo que separa la potencia de una señal en un intervalo de frecuencias de la potenciaPalabras claves: filtros, amplificador, audio, supresor, ganancia en otro intervalo de frecuencias1. INTRODUCCIÓN FILTRO PASA BAJO: El diseño de un cancelador de ruido activo usandoun micrófono y un altoparlante manejado eléctricamentepara generar un sonido atenuador fue propuesto porPaul Lueg en 1936 . Un control de ruido activo debe seradaptativo para que pueda suplir las cambiantes Figura 1: filtro pasa bajocaracterísticas que presenta el ruido (frecuencia, fase,amplitud…) FILTRO PASA ALTO: Es capaz de eliminar o atenuar las interferencias porruido existentes en los receptores de radio en cualquierfrecuencia comprendida entre los 100 kilociclos y los 40Megaciclos, con componentes de fácil localización y porun precio reducido. Para conseguir la cancelación o atenuación delruido en una señal de radio, sea en bandas comerciales Figura 2: filtro pasa altoo de aficionados, es necesario que a la vez que sereciben las señales interferidas, se pueda obtener una FILTRO PASA BANDA:muestra del ruido no deseado, para poder amplificarloconvenientemente, y en un mezclador, oponer la señalde ruido procesada, con la misma amplitud pero encontrafase frente a la señal captada, al encontrarse en elmezclador con su imagen desfasada, tienda acancelarse, con lo que el ruido desaparece de formasorprendente. Figura 3: filtro pasa banda Si dos o más ondas viajeras se mueven a través de FILTRO ELIMINA BANDA:un medio, la función de onda resultante en cualquierpunto es la suma algebraica de las funciones de onda delas ondas individualesInterferencia constructiva: se da cuando dos ondas alencontrarse incrementan su amplitud entre sí Figura 4: filtro elimina banda . 1
  • 2. Electrónica Analógica II Ingeniería EléctricaFILTROS PASIVOS PRACTICOS: Son aquellos tipos de filtros formados porcombinaciones serie o paralelo por elementos R, L, CCon los filtros pasivos es posible realizar cualquier tipode filtros, en la mayoría de los casos se produceatenuación incluso en las bandas de paso, por eso seutiliza filtros activos con amplificadores operacionales. Los terminales de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE. Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad Figura 5: filtro pasivos 2.3 CANCELADOR DE RUIDO. La eliminar ruido de las señales con el fin de estudiar suFILTROS ACTIVOS PRACTICOS: comportamiento. Se pone un ejemplo si se tiene una clase en un aula y en ese momento están los Son aquellos que emplean dispositivos activos, por trabajadores haciendo construcciones de una casa y laejemplo los transistores, amplificadores operacionales misma queda junto al aula en que se está recibiendo lajunto con los elementos R, L, C. Los filtros activos han clase y esto no permite escuchar la clase por el ruidomejorado la función de filtrado con la inclusión de que hacen con el martillo en la construcción de la paredamplificadores operacionales al proporcionar ganancias para la solución a este problema colocaríamos uny respuestas a la frecuencia más tajantes que las micrófono cerca del martillo y mediante un filtroproporcionadas por algunos filtros pasivos tradicionales adaptativo buscaríamos "estimar" el ruido que se suma a nuestra señal para luego restarlo y obtener únicamente la voz del realizador de la clase. Figura 6: filtros activos. 2.2 AMPLIFICADORES OPERACIONALES. Es un dispositivo amplificador de la diferencia desus dos entradas, con una alta ganancia, una Figura 8: Cancelador de ruido.impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1 Mega ohm)y una baja impedancia de salida (de 8 a 20 ohmios).Tiene como configuraciones principales: Inversora y NoInversora, de aquí parten el resto de configuraciones 2.4 ASPECTOS MATEMATICOS Y TECNICOS PARA UN CANCELADOR DE RUIDO AMBIENTAL: Para Filtros Pasivos Prácticos: Figura 7: amplificador operacional. 2
  • 3. Electrónica Analógica II Ingeniería Eléctrica perro la afectividad es muy baja, entonces estos Respuesta al Respuesta a audífonos bloquean el resto del ruido ambiente también Impulso la Frecuencia con el mismo aparato que se pone en el oído.RESISTENCIA VR(t)= 2.5 PAPEL O TAREA PRINCIPAL DE UN CANCELADOR DE RUIDO AMBIENTALCAPACITANCIA IC(t)= La tarea fundamental de un cancelador de ruido esINDUCTANCIA la de reducir y eliminar en el mejor de los casos señales VL(t)= ajenas a las deseadas, , aunque el ruido no se cancela completamente porque como las señales son más . complejas, no es totalmente posible realizar una Para Filtros Activos Prácticos: cancelación total, primero dado por que el sonido se transmite por el aire y por las estructuras, haciendo muy difícil predecir por donde pasara y que amplitud (en AMPLIFICADOR AMPLIFICADOR pascales) tendrá en el lugar que nos interesa. Es por esto que no podemos generar el silencio absoluto. OPERACIONAL OPERACIONAL Entonces esto nos lleva a preguntarnos: INVERSOR NO INVERSOR FUNCIONAMIENTO DEL CANCELADOR DE RUIDO Muchos productos ofrecen la maravillosa Cancelación de ruido, pero algunos solo atenúan el ruido y no ocupan realmente ningún principio de cancelación. La primera patente se dio en 1934 donde se describe como cancelar una señal sinusoidal en un ducto. EXPLICACION DE FUNCIONAMIENTO: Se tiene en el mercado, auriculares o audífonos con cancelación de ruido que además de eliminar el ruido en el ambiente brinda otros servicios importantes, su funcionamiento es el siguiente: Si realizamos la inversión de fase, tendremos una señal idéntica, en término de componentes de frecuencia, pero invertida en fase (como si los máximos fueran mínimos, y los mínimos máximos) Cuando realizamos la suma de estas señales, Figura 9: señales de cancelación obtenemos lo siguiente: Los audífonos con cancelación de ruido reducen el ruido ambiente mediante un control activo de ruido (ANC), lo que hace ANC es tomar el ruido captado del ambiente utilizando un micrófono puesto cerca del oído y mediante un circuito electrónico se produce una onda de sonido de polaridad opuesta lo que cancela la onda original. Su avanzada tecnología permite que estos Por lo tanto, y en teoría, eliminamos completamente audífonos sean efectivos en ambientes de ruidos el ruido, quedando la señal en 0, pero como no todo el constantes de baja frecuencia como en un avión en el mundo genera señales sinusoidales. Para lograr esto, caso de ruido de altas frecuencias como el ladrido de un debemos emitir la señal procesada de alguna manera, 3
  • 4. Electrónica Analógica II Ingeniería Eléctricapreferentemente por un altavoz que tenga la mismapotencia que la señal que deseamos cancelar. 3. DESARROLLO DEL PROYECTO 2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOSFILTROS. Para el desarrollo del siguiente proyecto se necesita cumplir con los objetivos dados para ello se empezó porVENTAJAS DE FILTROS ACTIVOS: la investigación de todo lo que va a formar parte de nuestro cancelador de ruido ambiental, después  Con los A. O. los filtros activos además de filtrar continuamos con el desarrollo de todo lo que fue el pueden amplificar proceso de realización de nuestro proyecto, también se  Adaptación de impedancias tendrán los respectivos parámetros necesarios para el  Podemos controlar otros parámetros como el correcto diseño para ello empezamos por lo siguiente: factor de calidad, selectividad tipo de filtro Resistencias:  Existen muchos montajes distintos para la 0.40ctv realización de filtros similares Amplificador operacional  Su costo ya que no se necesitan inductores de LM741 $ 4.50 alta precisión. Simplemente se usan Condensadores: amplificadores operacionales, resistencias y $ 2.20 capacitores. Materiales de Caja:  La modularización de etapas en cascada y/o $ 8.00 paralelo hacen que los filtros activos sean elementos muy sencillos y versátiles para su $15.10 implantación en sistemas de instrumentación.  La posibilidad de incluir ganancia en cada EQUIPOS: etapa y también la versatilidad para producir un acoplamiento adecuado de impedancias. Fuente de alimentación 1 Multimetros  Permiten eliminar inductancias 15V Osciloscopio Generador de  Facilitan el diseño de filtros complejos funciones mediante la asociación de etapas simples  Pueden proporcionar una gran amplificación de la señal de entrada 3.1 PARAMETROS, ESQUEMAS, DATOS  Permiten una mayor flexibilidad de los CALCULADOS, MEDIDOS, SIMULADOS Y ANALISIS proyectos DE DATOS DESVENTAJAS DE LOS FILTROS ACTIVOS: GANANCIA: Es la relación entre la señal de salida del filtro y la  La necesidad de una fuente de poder que por lo señal de entrada, ambas a la misma frecuencia general tiene que ser dual.  La limitación en la amplitud de señal de salida por la saturación inherente del amplificador operacional (el amplificador operacional limita la máxima variación simétrica debido a los voltajes de saturación).  La limitación de ancho de banda. Para los amplificadores operacionales comunes usados FRECUENCIA DE CORTE: en sistemas de instrumentación, los Es la frecuencia a la cual obtenemos 3 dB menos que en la banda de paso. Suponiendo una ganancia en dispositivos no responden a frecuencias arriba la banda de paso de 1 (0dB) es la frecuencia a la que la de 100 MHz ganancia es:  Requieren una fuente de alimentación  Su respuesta en frecuencia está limitada por la capacidad de los OPAMS utilizados  Es imposible su aplicación en sistemas de media y alta potencia 4
  • 5. Electrónica Analógica II Ingeniería EléctricaCANCELADOR DE RUIDO PARAMETROS, ESQUEMA 3.2 DISEÑOY CÁLCULOS: Se procedió a realizar el esquema de nuestrocircuito cancelador de ruido ambiental para ellorealizamos las investigaciones respectivas acerca de loque es un cancelador de ruido así como también a sufuncionamiento y aplicaciones partimos de esto parapoder realizar nuestro esquema, utilizamos parámetrospara su diseño como amplificadores operacionales consus respectivas configuraciones como inversora y noinversora cumpliendo una respectiva función cada unode estos para el funcionamiento correcto de nuestrocancelador en la parte de funcionamiento se explicaracómo funciona nuestro circuito y se podrá entendercómo funcionan cada uno de estos amplificadores. Seprocedió a realizar los cálculos respectivos de acuerdoal esquema diseñado donde se utilizo formulas yaplicaciones de los amplificadores operacionalesmencionados anteriormente esto se verá a continuación:FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO CANCELADORDE RUIDO AMBIENTAL DISEÑO POR PARTES, CALCULOS YSIMULACIONES La explicación del circuito esta realizada para un solo CIRCUITO 1canal del circuito ya que el otro canal es completamenteigual. La señal de los micrófonos los cuales captan elruido externo pasa a través de un par de filtros pasa altoformada por C1-R4 y por C2-R2 esto sirve para anular elruido que se pueda presentar en la señal, de aquí pasaa un filtro activo el cual ajustamos su ganancia a travésde R3/R2. En nuestro caso nuestra ganancia es 31dB luego de SIMULACIONpasar por este pre amplificador a esta señal en unsiguiente proceso le invertimos. La señal invertida va aun selector S1 el cual le vamos a utilizar para elegir 50 Bode Diagramentre la señal invertida y la señal normal a la salida de Magnitude (dB) 0este conector pasa a un potenciómetro el cual nos sirve -50para ajustar el nivel de la señal del micrófono, esto lo -100podemos hacer gracias a que una de los extremos del 180 135 Phase (deg)potenciómetro se encuentra conectado a tierra y cuando 90ingresamos la señal estaríamos utilizando como un 45 0divisor de tención. 10 -1 0 10 10 1 10 Frequency (rad/sec) 2 3 10 4 10 Después de esto esta señal del micrófono pasa a CALCULOSun sumador el cual se encarga de mezclar la señal deaudio con la señal del micrófono. La señal de audio está  conectada a un potenciómetro el cual nos sirve para  R1 variar el nivel del audio. Y de la salida de este se V ( )  Vi1  conecta al sumador.  R1  1   sC1  La ganancia de este sumador le podemos variar con  R17/R16. Luego de esta etapa para mezclar la señal del  1106  V ( )  Vi1  ruido ambiental y la señal de audio se coloco una  1106  1 resistencia de 47 ohm para prevenir cualquier  s 0.01 106 sobrecarga y de esta manera prevenir que los audífonos  0.01s se quemen. V ( )  Vi1    0.01s  1  5
  • 6. Electrónica Analógica II Ingeniería Eléctrica  1  CIRCUITO 3:  R2   V ( )  Vs1  sC 2 1   R 2  R3    sC 2   1   1K   V ( )  Vs1  10  10 6 s 1   1K  33K    10  10 6 s   0.01s  1  V ( )  Vs1    0.34 s  1  V (  )  V ( )  0.01s   0.01s  1  SIMULACION Vi1    Vs1    0.01s  1   0.34 s  1  Bode Diagram 15 14.5 Magnitude (dB) 0.0034 s  0.01s 2 14 H1  13.5 0.0001s 2  0.02 s  1 13  s  29.4117   s  0  12.5 181 H1  3.4 180.5  s  100   s  100  Phase (deg) 180 179.5 179 0 1 10 10 CIRCUITO 2: Frequency (rad/sec) CALCULO Vi 5  Vs 2  Vi 3 i  0 i1  i2  i3  0 Vs 2 Vi 3 2  2  Vs 3  0 SIMULACION R6 R 7 R8 Bode Diagram Vs 2 Vi 3 2  2  Vs 3  0 1 0.5 Magnitude (dB) 10 K 10 K 100 K  V V  0 -0.5 Vs 3  100 K  s 2  i 3  -1  20 K 20 K  Vs 3  5 Vs 2  Vi 3  181 180.5 Phase (deg) 180 179.5 Vs3  5Vi 5 179 H 3  5 0 1 10 10 Frequency (rad/sec) CALCULO  R5  ESQUEMA DE BLOQUES Vs 2  Vs1    R4   10k  Vs 2  VS 1    10k  Vs 2  VS 1 H 2  1 6
  • 7. Electrónica Analógica II Ingeniería Eléctrica 3.3 SIMULACION ESQUEMA GENERAL  Como se observo la realización del proyecto fue muy productiva y a su vez muy explicativa ya que nos pudimos dar cuenta de la aplicabilidad en el ámbito comercial e industrial de los temas e información que se ha adquiridoOSCILOSCOPIO 1 CANAL DERECHO: en clasesSeñal de ruido color verde-Señal de audio color azul-  In conclusion the trial ofSeñal de salida color rojo a noise canceller can say that could be applied and put into practice all the knowledge acquired in this cycle and research for the development there of may be a better way to understand the operation and application of filters as well as the development and implementation of analog circuits of this type.  As noted the project was very productive and very explanatory turn a we were able to account for the applicability in the commercial and industrial issues andOSCILOSCOPIO 2 CANAL IZQUIERDO: information acquired in classesSeñal de ruido color verde-Señal de audio color azul- 5. REFERENCIASSeñal de salida color rojo [1]. AMPLIFICADORES OPERACIONALES http://www.dte.us.es/ing_inf/ins_elec/temario/Tema%201.%20 Amplificadores%20Operacionales.pdf; FECHA: , 18 de diciembre de 2011 [2]. SONIDO Y AUDIO http://www.emsia.com.ar/downloads/sonido4.pdf; FECHA: , 18 de diciembre de 2011 [3]. CANCELADOR DE RUIDO http://www.ea1uro.com/ea1ko/CANCELADOR-DE-RUIDO- EA1KO_2010.pdf; FECHA: , 18 de diciembre de 2011 [4]. FILTROS ACTIVOS,PASIVOS http://www.angelfire.com/linux/fiet601/segundo/FA.htm; FECHA: , 18 de diciembre de 2011 [5]. FILTROS ACTIVOS http://www.ielcabanyal.org/instituto/dpto_electronica/web/docs/ 3.4 TABLA DE COMPROBACION dpe1/ea/Filtros_Activos_con_AO(EA).pdf; FECHA: Lunes, 19 de diciembre de 2011 [6]. FILTROS PASIVOSDATOS CALCULADOS DATOS DATOS MEDIDOS http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivo SIMULADOS s/filtrospasivos.html#filtros_construccion; FECHA: Lunes, 19 de diciembre de 2011 Is=9.89 [7]. CANCELADOR DE RUIDOIs=9.93pA Vs=9.93v Vs=10.3v Is=8.2pA Vs=10.2v pA http://gilmore2.chem.northwestern.edu/projects/showfile.php?fil e=noise_prj.htmFECHA: Lunes, 19 de diciembre de 2011 . [8]. FILTROS PASIVOS http://www.mundodescargas.com/apuntestrabajos/electronica_ electricidad_sonido/decargar_filtros-pasivos.pdf; FECHA:4. CONCLUSION Lunes, 19 de diciembre de 2011 [9]. SUPRESOR DE AUDIO http://www.osonaradio.com/downloads/supresorderuidoantifas  Como conclusiones del ensayo de un e.pdf; FECHA: Lunes, 19 de diciembre de 2011 cancelador de ruido podemos decir que se [10]. CANCELADOR DE RUIDO http://silencio.kyl.cl/como-funciona-la-cancelacion-de-ruido/; pudo aplicar y poner en práctica todos los FECHA: domingo, 1 de enero de 2012 conocimientos adquiridos en este ciclo y con la [11]. AUDIFONOS DE AUDIO investigación realizada para el desarrollo del http://tuspreguntas.misrespuestas.com/preg.php?idPregunta=1 mismo se podrá comprender de una mejor 0973; FECHA: domingo, 1 de enero de 2012 [12]. CONTROL DE RUIDO ACTIVO forma el funcionamiento y aplicaciones de los http://www.oocities.org/sarcilavasquez/trabajo_final.htm; filtros así como también el desarrollo e FECHA: domingo, 1 de enero de 2012 implementación de circuitos analógicos de este tipo. . 7

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