Control activo de ruido

Representación gráfica de la reducción activa del 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 necesita 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.

También es importante tener en cuenta otro factor cuando diseñemos/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 directamente 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 analógica, y en este segundo caso se puede digitalizar antes de procesarlo.

Procesado

El procesador es el encargado de generar la señal canceladora (anti-ruido). Encontramos principalmente dos tipos de procesadores según su funcionamiento: Analógicos o digitales. De todas formas, el objetivo de los dos es el mismo: generar una señal que cancele el ruido a eliminar. En el caso de que conozcamos exactamente la 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 que el sistema 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 tan 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 también otros señales, como en el caso de los auriculares canceladores de ruido.

Espacio

En el mundo real el espacio es tridimensional. Esto hace que sea muy difícil y caro "proteger" espacios grandes contra ruidos. Tomemos por ejemplo una habitación en la cual quisiéramos cancelar completamente los diferentes ruidos que nos llegasen desde el exterior. Tendríamos que calcular para cada punto del espacio el ruido incidente y generar el anti-ruido. Pero por si eso no fuera lo suficientemente difícil y caro, también tendríamos que tener en cuenta que cada emisor no se 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 las 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 por ejemplo en un coche, también 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, también hay sistemas de cancelación de ruido activos para a espacios grandes (como casas o habitaciones) para cancelar los ruidos que vienen del exterior.

Aplicaciones

ejemplo de aparato de reconocimiento de voz con cancelación activa de ruido.

El uso de sistemas de cancelación de ruido activos se ha popularizado en los últimos años debido al abaratimiento y empequeñecimiento de la tecnología necesaria para desarrollar soluciones. Los sistemas activos son más eficientes que los sistemas pasivos (materiales aislantes, materiales absorbentes, etc) sobre todo 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 sobre todo 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 sobre todo 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 auriculares de música: llevan incorporado un sistema de cancelación en cada dispositivo para eliminar el ruido que llega a cada oreja. Estos auriculares se ayudan generalmente de aislantes pasivos 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 del otro lado. También tienen la peculiaridad de que se reproduce por el mismo auricular el ruido y la información útil (música). Los audífonos de este tipo detectan la señal de ruido externo y la recrean a través de un circuito electrónico invirtiendo su polaridad. Como resultado el ruido se cancela total o parcialmente.​

• En motores: Los ruidos de los motores son periódicos y esto hace que sean más fácilmente cancelables. En la industria y en el mundo del automóvil más recientemente se están 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 sistemas 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 reconocimiento, 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 sobre todo en entornos urbanos para eliminar ruidos concretos como el tráfico y las bocinas, o por ejemplo en zonas próximas a los aeropuertos.

Referencias

• Estudio sobre el uso de sistemas de cancelación de ruido en industria
• Artículo sobre el ahorro de combustible debido a la reducción del ruido
• Como funcionan los altavoces de cancelación de ruido
• Explicación de la cancelaciónm activa de ruido

• Datos: Q583234
• Multimedia: Active noise control / Q583234