Control activo de ruido
El control activo de ruido o cancelación activa de ruido es un sistema que permite anular el ruido no deseado.
Fundamentos
El sonido se transmite en forma de ondas sonoras. Diferentes sonidos provocan diferentes ondas sonoras que se suman entre ellas para dar una sola onda (que es lo que nuestro oído percibe). Cuando tenemos ondas sonoras de la misma frecuencia en un mismo espacio hablamos de interferencia. Estas interferencias pueden ser constructivas o destructivas, según si la onda resultante tiene una amplitud mayor o menor a la onda de interés.
Esta característica de las ondas sonoras es la que se utiliza para hacer la cancelación activa de ruido.
Cómo funciona
Un aparato de control activo de ruido necessita conocer el ruido que queremos eliminar del sistema. Un aparato de cancelación activa de ruido ha de constar por lo menos de:
- Un sensor de entrada.
- Un procesador de señal.
- Un emisor que nos genere la señal que cancele el ruido.
Tambien es importante tener en cuenta otro factor cuando disseñemos/utilicemos un aparato de cancelación de ruido, y es el espacio en el que ha de trabajar.
Sensor
El sensor tiene que captar la información que necesitamos del ruido a eliminar. Generalmente lo que se hace es captar el ruido directament con un micrófono, aunque a veces la información se obtiene de otras fuentes, como por ejemplo sacar la frecuencia de la centralita electrónica de un motor. Según la aplicación esta señal puede ser digital o analògica, y en este segundo caso se puede digitalizar antes de procesarlo.
Procesado
El procesador es el encarado de generar el señal cancelador (anti-ruido). Encontramos principalmente dos tipos de procesadores según su funcionamento: Analógicos o digitales. De todas formas, el objectivo de los dos es el mismo: generar un señal que cancele el ruido a eliminar. En el caso de que conozcamos exactamente el señal a eliminar podríamos hacer simplemente un cambio de signo . En los otros casos, tendremos que calcular de alguna manera la señal ruido con el error que esto conlleva. Tenemos que tener en cuenta pero que el nuestro sistema nos añadirá un retraso a la señal canceladora respecto a la señal a cancelar. Por todo esto el procesado para hacer la cancelación del ruido no es tant sencillo como hacer un cambio de signo a la señal, y por eso se utilizan herramientas como predictores, filtros adaptativos, métodos de control de error, etc. para poder generar una señal canceladora lo más efectiva posible.
Emisor
El emisor es un altavoz. Este altavoz quizás tenga que reproducir sólo el anti-ruido o tambien otros señales, como en el caso de los auriculares canceladores de ruido.
Espacio
En el mudno real el espacio es tridimensional. Esto hace que sea muy difícil y caro "proteger" espacios grandes contra ruidos. Cojamos por ejemplo una habitación en la cual quisiéramos cancelar completamente los diferentes ruidos que nos llegasen desde el exterior. Tendríamos que calcular per cada punto de el espacio el ruido incidente y generar el anti-ruido. Pero por si eso no fuera lo suficientemente difícil y caro, tambien tendríamos que tener en cuenta que cada emisor nose perjudicaría a cada sensor. Así pues, generalmente lo que se hace es intentar eliminar el ruido en un punto en concreto del espacio. Si conocemos el receptor y éste es fijo y manipulable, lo que se puede hacer es situar el sensor y el altavoz de la misma direccionalidad y dirección que la fuente de ruido justo al lado de esta. Esto nos permite que les ondas que se propaguen a través del aire ya estén "canceladas". Por otro lado, lo que podemos hacer es colocar el sensor y el altavoz justo en el punto en el que queremos que se cancelen los sonidos (por ejemplo, al lado del oído de una persona). Estos sistemas pere son "unipersonales", es a decir, solo se puede beneficiar un receptor. En el caso de que conozcamos tanto la posición exacta de la fuente de ruido como del receptor, como per ejemplo en un coche, tambien podemos hacer sistemas en los cuales el sensor y el altavoz estén separados (el sensor en el motor y el altavoz al lado del conductor, por ejemplo) para maximizar la eficacia del sistema. Aunque resulte caro, tambien hay sistemas de cancelación de ruido activos para a espacios grandes (como casas o habitaciones) para cancelar los ruidos que vienen del exterior.
Aplicaciones
El uso de sistemas de cancelación de ruido activos se ha popularizado en los últimos años debido al abaratimiento y empequeñecimiento de la tecnologia necesaria para desarrollar soluciones. Los sistemas activos son mas eficientes que los sistemas passivos (materiales aislantes, materials absorbentes, etc) sobretodo en bajas frecuencias y se pueden aplicar en situaciones distintas como videoconferencias. El pero es que son mucho más caros, y es habitual encontrar una combinación de los dos. Por ejemplo, la mayoría de altavoces con cancelación de ruido utilizan el control activo sobretodo para las bajas frecuencias, ya que las altas frecuencias aún es más barato y eficiente eliminarlas utilizando auriculares cerrados. Otra ventaja de los sistemas activos frente a los pasivos es que en los pasivos generalmente la eficiencia sobretodo en bajas frecuencias es proporcional al tamaño. Las aplicaciones activas permiten mantener un tamaño constante y mucho más pequeño.
Además pueden ser mucho más selectivas. Imaginemos un coche donde dentro tenemos cancelado el ruido del exterior, podríamos detectar el ruido de loss vehículos de emergencia para no cancelarlo.
Algunas de las aplicaciones más conocidas de sistemes de cancelación activos de ruido son:
- En altavoces: altavoces que llevan incorporado un sistema de cancelación en cada auricular para eliminar el ruido que llega a cada oreja. Estos altavoces se ayudan generalmente de aislantes passivos para trabajar. Además los micrófonos no son omnidireccionales, ya que se tiene en cuenta que la misma cabeza de la persona elimina casi todos los ruidos que provienen de el otro lado. Tambien tienen la peculiaridad de que se reproduce por el mismo altavoz el ruido y la información útil (música).
- En motores: Los ruidos dels motores son periódicos y esto hace que sean más fácilmente cancelables. En la indústria y en el mundo del automóvil más recientmente se estan aplicando soluciones de cancelación de ruido cada vez más. Se está estudiando el impacto que pueden tener estos sistemas para reducir el consumo de combustible.
- En sistemes de captación de voz: Por ejemplo en videoconferencias, donde se cancela la señal que capta el micrófono que proviene del altavoz para evitar que el sistema se retroalimente. O en sistemas de reconicimiento, donde es importante tener una señal limpia para reconocer las palabras.
- En aislamiento acústico: en edificación, aunque sea muy caro, ya se ven aplicaciones. Es útil sobretodo en entornos urbanos para eliminar ruidos concretos como el trafico y las bocinas, o por ejemplo en zonas próximas a los aeropuertos.
Referencias
Estudio sobre el uso de sistemas de cancelación de ruido en indústria
Artículo sobre el ahorro de combustible debido a la reducción del ruido