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Supresor de ruido




Enviado por pagcone pagcone



  1. Resumen
  2. Introducción
  3. Marco
    teórico
  4. Amplificadores
    operacionales
  5. Cancelador de
    ruido
  6. Aspectos
    matemáticos y técnicos para un cancelador de
    ruido ambiental:
  7. Papel o tarea
    principal de un cancelador de ruido
    ambiental
  8. Funcionamiento del
    cancelador de ruido
  9. Ventajas y
    desventajas de los filtros
  10. Desarrollo del
    proyecto
  11. Parámetros,
    esquemas, datos calculados, medidos, simulados y
    análisis de datos
  12. Conclusión
  13. Referencias

Resumen

En el ámbito de la electrónica se ha
desarrollado varios sistemas y proyectos sobre todo en lo que es
el área del audio y sonido, en el presente proyecto
necesitamos conocer y entender las aplicaciones, el
funcionamiento e implementación de los circuitos
analógicos así como también de los tipos de
filtros que necesitamos para la realización del esquema de
un cancelador de ruido, para ello se estudiara cada uno de estos.
A continuación se expondrá los temas más
importantes y los que se han venido aprendiendo en el transcurso
de este ciclo estos nos ayudaran para realizar el diseño
de nuestro circuito y además será de gran apoyo
para realizar los respectivos cálculos de nuestro
esquema.

Palabras claves: filtros, amplificador, audio, supresor,
ganancia

Introducción

El diseño de un cancelador de ruido activo usando
un micrófono y un altoparlante manejado
eléctricamente para generar un sonido atenuador fue
propuesto por Paul Lueg en 1936 . Un control de ruido activo debe
ser adaptativo para que pueda suplir las cambiantes
características que presenta el ruido (frecuencia, fase,
amplitud…)

Es capaz de eliminar o atenuar las interferencias por
ruido existentes en los receptores de radio en cualquier
frecuencia comprendida entre los 100 kilociclos y los 40
Megaciclos, con componentes de fácil localización y
por un precio reducido.

Para conseguir la cancelación o atenuación
del ruido en una señal de radio, sea en bandas comerciales
o de aficionados, es necesario que a la vez que se reciben las
señales interferidas, se pueda obtener una muestra del
ruido no deseado, para poder amplificarlo convenientemente, y en
un mezclador, oponer la señal de ruido procesada, con la
misma amplitud pero en contrafase frente a la señal
captada, al encontrarse en el mezclador con su imagen desfasada,
tienda a cancelarse, con lo que el ruido desaparece de forma
sorprendente.

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

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

Marco
teórico

Existen cuatro grupos de conexión de los
transformadores trifásicos los mismos que serán
descritos a continuación.

FILTROS.

Un filtro es un dispositivo para separar algo deseable
de algo indeseable, sin embargo un filtro se define en forma
convencional en el análisis de señales y sistemas
como un dispositivo que separa la potencia de una señal en
un intervalo de frecuencias de la potencia en otro intervalo de
frecuencias

FILTRO PASA BAJO:

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Figura 1: filtro pasa bajo

FILTRO PASA ALTO:

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Figura 2: filtro pasa alto

FILTRO PASA BANDA:

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Figura 3: filtro pasa banda

FILTRO ELIMINA BANDA:

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Figura 4: filtro elimina banda

FILTROS PASIVOS PRACTICOS:

Son aquellos tipos de filtros formados por combinaciones
serie o paralelo por elementos R, L, C Con los filtros pasivos es
posible realizar cualquier tipo de filtros, en la mayoría
de los casos se produce atenuación incluso en las bandas
de paso, por eso se utiliza filtros activos con amplificadores
operacionales.

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Figura 5: filtro pasivos

FILTROS ACTIVOS PRACTICOS:

Son aquellos que emplean dispositivos activos, por
ejemplo los transistores, amplificadores operacionales junto con
los elementos R, L, C. Los filtros activos han mejorado la
función de filtrado con la inclusión de
amplificadores operacionales al proporcionar ganancias y
respuestas a la frecuencia más tajantes que las
proporcionadas por algunos filtros pasivos
tradicionales

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Figura 6: filtros activos.

Amplificadores
operacionales

Es un dispositivo amplificador de la diferencia de sus
dos entradas, con una alta ganancia, una 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 No Inversora, de aquí parten el resto de
configuraciones

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Figura 7: amplificador
operacional.

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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

Cancelador de
ruido

La eliminar ruido de las señales con el fin de
estudiar su comportamiento. Se pone un ejemplo si se tiene una
clase en un aula y en ese momento están los trabajadores
haciendo construcciones de una casa y la misma queda junto al
aula en que se está recibiendo la clase y esto no permite
escuchar la clase por el ruido que hacen con el martillo en la
construcción de la pared para la solución a 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
clase.

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Figura 8: Cancelador de ruido.

Aspectos
matemáticos y técnicos para un cancelador de ruido
ambiental:

Para Filtros Pasivos Prácticos:

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Para Filtros Activos Prácticos:

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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:

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Figura 9: señales de
cancelación

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 audífonos
sean efectivos en ambientes de ruidos constantes de baja
frecuencia como en un avión en el caso de ruido de altas
frecuencias como el ladrido de un perro la afectividad es muy
baja, entonces estos audífonos bloquean el resto del ruido
ambiente también con el mismo aparato que se pone en el
oído.

Papel o tarea
principal de un cancelador de ruido ambiental

La tarea fundamental de un cancelador de ruido es la de
reducir y eliminar en el mejor de los casos señales ajenas
a las deseadas, , aunque el ruido no se cancela completamente
porque como las señales son más complejas, no es
totalmente posible realizar una 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 pascales) tendrá en el lugar que
nos interesa. Es por esto que no podemos generar el silencio
absoluto. Entonces esto nos lleva a preguntarnos:

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:

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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)

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Cuando realizamos la suma de estas señales,
obtenemos lo siguiente:

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Por lo tanto, y en teoría, eliminamos
completamente el ruido, quedando la señal en 0, pero como
no todo el mundo genera señales sinusoidales. Para lograr
esto, debemos emitir la señal procesada de alguna manera
preferentemente por un altavoz que tenga la misma potencia que la
señal que deseamos cancelar

Ventajas y
desventajas de los filtros

VENTAJAS DE FILTROS ACTIVOS:

  • Con los A. O. los filtros activos además de
    filtrar pueden amplificar

  • Adaptación de impedancias

  • Podemos controlar otros parámetros como el
    factor de calidad, selectividad tipo de filtro

  • Existen muchos montajes distintos para la
    realización de filtros similares

  • Su costo ya que no se necesitan inductores de alta
    precisión. Simplemente se usan amplificadores
    operacionales, resistencias y capacitores.

  • La modularización de etapas en cascada y/o
    paralelo hacen que los filtros activos sean elementos muy
    sencillos y versátiles para su implantación en
    sistemas de instrumentación.

  • La posibilidad de incluir ganancia en cada etapa y
    también la versatilidad para producir un acoplamiento
    adecuado de impedancias.

  • Permiten eliminar inductancias

  • Facilitan el diseño de filtros complejos
    mediante la asociación de etapas simples

  • Pueden proporcionar una gran amplificación de
    la señal de entrada

  • Permiten una mayor flexibilidad de los
    proyectos

DESVENTAJAS DE LOS FILTROS ACTIVOS:

  • La necesidad de una fuente de poder que por lo
    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 en sistemas de
    instrumentación, los dispositivos no responden a
    frecuencias arriba de 100 MHz

  • 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

Desarrollo del
proyecto

Para el desarrollo del siguiente proyecto se necesita
cumplir con los objetivos dados para ello se empezó por la
investigación de todo lo que va a formar parte de nuestro
cancelador de ruido ambiental, después continuamos con el
desarrollo de todo lo que fue el proceso de realización de
nuestro proyecto, también se tendrán los
respectivos parámetros necesarios para el correcto
diseño para ello empezamos por lo siguiente:

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EQUIPOS:

Fuente de alimentación 15V

1 Multimetros

Osciloscopio

Generador de funciones

Parámetros,
esquemas,
datos calculados, medidos, simulados y análisis
de datos

GANANCIA:

Es la relación entre la señal de salida
del filtro y la señal de entrada, ambas a la misma
frecuencia

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FRECUENCIA DE CORTE:

Es la frecuencia a la cual obtenemos 3 dB menos que en
la banda de paso. Suponiendo una ganancia en la banda de paso de
1 (0dB) es la frecuencia a la que la ganancia es:

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CANCELADOR DE RUIDO PARAMETROS, ESQUEMA Y
CÁLCULOS:

Se procedió a realizar el esquema de nuestro
circuito cancelador de ruido ambiental para ello realizamos las
investigaciones respectivas acerca de lo que es un cancelador de
ruido así como también a su funcionamiento y
aplicaciones partimos de esto para poder realizar nuestro
esquema, utilizamos parámetros para su diseño como
amplificadores operacionales con sus respectivas configuraciones
como inversora y no inversora cumpliendo una respectiva
función cada uno de estos para el funcionamiento correcto
de nuestro cancelador en la parte de funcionamiento se explicara
cómo funciona nuestro circuito y se podrá entender
cómo funcionan cada uno de estos amplificadores. Se
procedió a realizar los cálculos respectivos de
acuerdo al esquema diseñado donde se utilizo formulas y
aplicaciones de los amplificadores operacionales mencionados
anteriormente esto se verá a
continuación:

FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO CANCELADOR DE RUIDO
AMBIENTAL

La explicación del circuito esta realizada para
un solo canal del circuito ya que el otro canal es completamente
igual. La señal de los micrófonos los cuales captan
el ruido externo pasa a través de un par de filtros pasa
alto formada por C1-R4 y por C2-R2 esto sirve para anular el
ruido que se pueda presentar en la señal, de aquí
pasa a un filtro activo el cual ajustamos su ganancia a
través de R3/R2.

En nuestro caso nuestra ganancia es 31dB luego de pasar
por este pre amplificador a esta señal en un siguiente
proceso le invertimos. La señal invertida va a un selector
S1 el cual le vamos a utilizar para elegir entre la señal
invertida y la señal normal a la salida de este conector
pasa a un potenciómetro el cual nos sirve para ajustar el
nivel de la señal del micrófono, esto lo podemos
hacer gracias a que una de los extremos del potenciómetro
se encuentra conectado a tierra y cuando ingresamos la
señal estaríamos utilizando como un divisor de
tención.

Después de esto esta señal del
micrófono pasa a un sumador el cual se encarga de mezclar
la señal de audio con la señal del
micrófono. La señal de audio está conectada
a un potenciómetro el cual nos sirve para variar el nivel
del audio. Y de la salida de este se conecta al
sumador.

La ganancia de este sumador le podemos variar con
R17/R16. Luego de esta etapa para mezclar la señal del
ruido ambiental y la señal de audio se coloco una
resistencia de 47 ohm para prevenir cualquier sobrecarga y de
esta manera prevenir que los audífonos se
quemen

DISEÑO

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POR PARTES, CALCULOS YSIMULACIONES

CIRCUITO 1

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SIMULACION

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CALCULOS

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CIRCUITO 2:

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SIMULACION

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CALCULO

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CIRCUITO 3:

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SIMULACION

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CALCULO

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ESQUEMA DE BLOQUES

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SIMULACION ESQUEMA GENERAL

OSCILOSCOPIO 1 CANAL DERECHO:

Señal de ruido color verde-Señal de audio
color azul-Señal de salida color rojo

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OSCILOSCOPIO 2 CANAL IZQUIERDO:

Señal de ruido color verde-Señal de audio
color azul-Señal de salida color rojo

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TABLA DE COMPROBACION

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Conclusión

Como conclusiones del ensayo de un cancelador de ruido
podemos decir que se pudo aplicar y poner en práctica
todos los conocimientos adquiridos en este ciclo y con la
investigación realizada para el desarrollo del mismo se
podrá comprender de una mejor forma el funcionamiento y
aplicaciones de los filtros así como también el
desarrollo e implementación de circuitos analógicos
de este tipo

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 adquirido
en clases

In conclusion the trial of
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 and
information acquired in classes

Referencias

  • [1]. AMPLIFICADORES
    OPERACIONALES

http://www.dte.us.es/ing_inf/ins_elec/temario/Tema%201.%20Amplificadores%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/dpe1/ea/Filtros_Activos_con_AO(EA).pdf;
FECHA
: Lunes, 19 de diciembre de 2011

  • [6]. FILTROS PASIVOS

http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/doc_altavoces/filtros_pasivos/filtrospasivos.html#filtros_construccion;
FECHA: Lunes, 19 de diciembre de 2011

  • [7]. CANCELADOR DE RUIDO

http://gilmore2.chem.northwestern.edu/projects/showfile.php?file=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: Lunes, 19 de diciembre de 2011

  • [9]. SUPRESOR DE AUDIO

http://www.osonaradio.com/downloads/supresorderuidoantifase.pdf;
FECHA: Lunes, 19 de diciembre de 2011

  • [10]. CANCELADOR DE RUIDO

http://silencio.kyl.cl/como-funciona-la-cancelacion-de-ruido/;
FECHA: domingo, 1 de enero de 2012

  • [11]. AUDIFONOS DE AUDIO

http://tuspreguntas.misrespuestas.com/preg.php?idPregunta=10973;
FECHA: domingo, 1 de enero de 2012

  • [12]. CONTROL DE RUIDO ACTIVO

http://www.oocities.org/sarcilavasquez/trabajo_final.htm;
FECHA: domingo, 1 de enero de 2012

 

 

Autor:

Pablo Galarza Contreras

Docente:

Ing. Rene Ávila

Universidad Politécnica
Salesiana

Enviado por:

Pagconepagcone

 

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