Circuito analógico de separación de ondas estacionarias
Resumen
Hoy en día el ruido es una fuente de polución ambiente importante. Generado por
actividades industriales o medios de transporte, el ruido se propaga a largas distancias, y
particularmente en bajas frecuencias.
El Departamento de Acústica Ambiental del Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC) dedica una gran parte de su trabajo a la investigación de medios de
lucha contra este tipo de contaminación. En particular, los proyectos CAR (Control
Activo del Ruido) se concentran sobre el estudio de un sistema de control del ruido: el
control activo/pasivo.
Este tipo de control se basa sobre la utilización conjunta de un material absorbente y de
una pared movible. El material absorbente puede ser de varios tipos, por ejemplo lana
de roca o melamina. Es el que efectúa el control pasivo del ruido, gracias a sus
propriedades absorbentes naturales. Este control pasivo es eficaz en medias y altas
frecuencias, pero no en bajas frecuencias. Por otra parte, la pared movible puede
producir las señales necesarias para anular el ruido, y eso es particularmente eficiente en
bajas frecuencias.
A lo largo del proyecto, los sistemas estudiados están implementados dentro de un tubo
de impedancia, en el que se suponen las ondas estacionarias. En este caso, se puede
considerar que cada onda acústica es una composición de ondas incidentes, las que
provienen del generador de ruido, y de ondas reflejadas, las que se reflejan sobre el
absorbente.
Uno de esos sistemas de control del ruido es el control activo con condición de
"Impedance Matching". En este sistema, el dispositivo de control esta compuesto de una
capa de absorbente y un altavoz, separados por una capa de aire. La idea es ecualizar
la impedencia de entrada del absorbente a la del aire, lo que tiene como consecuencia
aumentar la absorción del sistema. Esta condición se puede conseguir anulando la onda
reflejada en la capa de aire. Luego se necesita un circuito de separación de las ondas para poder implementar este
tipo de control. El objetivo de este proyecto es el diseño de este circuito.
El principio de este circuito se basa sobre el esquema de un circuito separador de ondas
estacionarias propuesto por F. J. Fahy (1977), diseñado al comienzo para el cálculo
analógico de los coeficientes de reflexión y de absorción en un tubo de impedancia. Este
circuito permite dar una estimación, válida en bajas frecuencias (debajo de 1000 Hz), de
esas ondas gracias al uso de dos micrófonos.
Un circuito fue implementado sobre placas de montaje de prototipo. Una vez probado el
bueno funcionamiento del circuito, se implementó el circuito sobre placa impresa. Al
final se puso el circuito dentro de una caja con conectores para facilitar su uso con el
sistema de control.
El principal inconveniente de este circuito es el tiempo necesario para calibrarlo al
sistema que se va a emplear. Pero este circuito tiene unas ventajas. Se puede calibrar,
gracias a varios potenciómetros, a muchas configuraciones de tubos de impedancia: se
puede elegir la distancia entre los micrófonos, se puede también cambiar el fluido en el
que se propagan las ondas, es decir se podría usar este circuito para un tubo lleno de
agua.
Además es un circuito completamente analógico, mucho mas barato que un sistema
digital de separación de ondas. Eso representa también una economía de potencia
hardware de calculo, necesaria para efectuar el control activo del ruido.