Electrnica Analgica II Ingeniera Elctrica 1 CANCELADOR DE RUIDO Pablo Galarza Contreras pagcone010@hotmail.com Docente: Ing. Rene Avila RESUMEN:Enelmbitodelaelectrnicaseha desarrolladovariossistemasyproyectossobretodoenloque eselreadelaudioysonido,enelpresenteproyecto necesitamosconoceryentenderlasaplicaciones,el funcionamientoeimplementacindeloscircuitosanalgicos as como tambin de los tipos defiltros que necesitamos para la realizacin del esquema de un canceladorde ruido, para ello seestudiaracadaunodeestos.Acontinuacinseexpondrlostemasmsimportantesylosquesehanvenido aprendiendo en el transcurso de este ciclo estos nos ayudaran pararealizareldiseodenuestrocircuitoyademsserde granapoyopararealizarlosrespectivosclculosdenuestro esquema. Palabras claves: filtros, amplificador, audio, supresor, ganancia 1. INTRODUCCIN El diseo de un cancelador de ruido activo usando un micrfono y un altoparlante manejado elctricamente paragenerarunsonidoatenuadorfuepropuestopor Paul Lueg en 1936 . Un control de ruido activo debe ser adaptativoparaquepuedasuplirlascambiantes caractersticasquepresentaelruido(frecuencia,fase, amplitud) Es capaz de eliminar o atenuar las interferencias por ruido existentesen losreceptoresderadioencualquier frecuencia comprendida entre los 100 kilociclos y los 40 Megaciclos, con componentes de fcil localizacin y por un precio reducido. Paraconseguirlacancelacinoatenuacindel ruido en una seal de radio, sea en bandas comerciales odeaficionados,esnecesarioquealavezquese recibenlassealesinterferidas,sepuedaobteneruna muestradelruidonodeseado,parapoderamplificarlo convenientemente,yenunmezclador,oponerlaseal deruidoprocesada,conlamismaamplitudperoen contrafase frente a la seal captada, al encontrarse en el mezcladorconsuimagendesfasada,tiendaa cancelarse,conloqueelruidodesaparecedeforma sorprendente. Si dos o ms ondas viajeras se mueven a travs de unmedio,lafuncindeondaresultanteencualquier punto es la suma algebraica de las funciones de onda de las ondas individuales Interferenciaconstructiva:sedacuandodosondasal encontrarse incrementan su amplitud entre s . 2. MARCO TEORICO Existencuatrogruposdeconexindelos transformadorestrifsicoslosmismosquesern descritos a continuacin. 2.1 FILTROS. Unfiltroesundispositivoparasepararalgo deseabledealgoindeseable,sinembargounfiltrose define en forma convencional en el anlisis de seales y sistemas como un dispositivo que separa la potencia de unasealenunintervalodefrecuenciasdelapotencia en otro intervalo de frecuencias FILTRO PASA BAJO: Figura 1: filtro pasa bajo FILTRO PASA ALTO:

Figura 2: filtro pasa alto FILTRO PASA BANDA: Figura 3: filtro pasa banda FILTRO ELIMINA BANDA: Figura 4: filtro elimina banda Electrnica Analgica II Ingeniera Elctrica 2 FILTROS PASIVOS PRACTICOS: Sonaquellostiposdefiltrosformadospor combinacionesserieoparaleloporelementosR,L,C Conlosfiltrospasivosesposiblerealizarcualquiertipo defiltros,enlamayoradeloscasosseproduce atenuacininclusoenlasbandasdepaso,poresose utiliza filtros activos con amplificadores operacionales. Figura 5: filtro pasivos FILTROS ACTIVOS PRACTICOS: Sonaquellosqueempleandispositivosactivos,por ejemplolostransistores,amplificadoresoperacionales juntoconloselementosR,L,C.Losfiltrosactivoshan mejoradolafuncindefiltradoconlainclusinde amplificadoresoperacionalesalproporcionarganancias yrespuestasalafrecuenciamstajantesquelas proporcionadas por algunos filtros pasivos tradicionales

Figura 6: filtros activos.

2.2 AMPLIFICADORES OPERACIONALES. Esundispositivoamplificadordeladiferenciade susdosentradas,conunaaltaganancia,una impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1 Mega ohm) yunabajaimpedanciadesalida(de8a20ohmios). Tienecomoconfiguracionesprincipales:InversorayNo Inversora, de aqu parten el resto de configuraciones Figura 7: amplificador operacional. Losterminalesdealimentacinpuedenrecibir diferentesnombres,porejemplosenlosA.O.basados en FET VDD yVSS respectivamente.Paralosbasados en BJT son VCC y VEE. Normalmente los pines de alimentacin son omitidos en los diagramas elctricos por claridad 2.3 CANCELADOR DE RUIDO. La eliminar ruido de las seales con el fin de estudiar su comportamiento.Seponeunejemplosisetieneuna claseenunaulayenesemomentoestnlos trabajadoreshaciendoconstruccionesdeunacasayla mismaquedajunto alaulaenqueseestrecibiendo la claseyestonopermiteescucharlaclaseporelruido que hacen con el martillo en la construccin de la paredparalasolucinaesteproblemacolocaramosun micrfonocercadelmartilloymedianteunfiltro adaptativo buscaramos "estimar" el ruido que se suma a nuestrasealparaluegorestarloyobtener nicamente la voz del realizador de la clase. Figura 8: Cancelador de ruido. 2.4ASPECTOSMATEMATICOSYTECNICOS PARA UN CANCELADOR DE RUIDO AMBIENTAL: Para Filtros Pasivos Prcticos: Electrnica Analgica II Ingeniera Elctrica 3 . Para Filtros Activos Prcticos: AMPLIFICADOR OPERACIONAL INVERSOR AMPLIFICADOR OPERACIONAL NO INVERSOR

Se tiene en el mercado, auriculares o audfonos con cancelacin de ruido que adems de eliminar el ruido en elambientebrindaotrosserviciosimportantes,su funcionamiento es el siguiente: Figura 9: seales de cancelacin Los audfonos con cancelacin de ruido reducen el ruidoambientemedianteuncontrolactivoderuido (ANC),loquehaceANCestomarelruidocaptadodel ambiente utilizando un micrfono puesto cerca del odo y mediante un circuito electrnico se produce una onda de sonidodepolaridadopuestaloquecancelalaonda original.Suavanzadatecnologapermitequeestos audfonosseanefectivosenambientesderuidos constantesdebajafrecuenciacomoenunavinenelcaso de ruido de altas frecuencias como el ladrido de un perrolaafectividadesmuybaja,entoncesestos audfonosbloqueanelrestodelruidoambiente tambin con el mismo aparato que se pone en el odo. 2.5PAPELOTAREAPRINCIPALDEUN CANCELADOR DE RUIDO AMBIENTAL La tarea fundamental de un cancelador de ruido es la de reducir y eliminar en el mejor de los casos seales ajenasa lasdeseadas,,aunqueelruidonose cancela completamenteporquecomolassealessonms complejas,noestotalmenteposiblerealizaruna cancelacintotal,primerodadoporqueelsonidose transmite por el aire y por las estructuras,haciendo muy difcilpredecirpordondepasarayqueamplitud(en pascales)tendrenellugarquenosinteresa.Espor estoquenopodemosgenerarelsilencioabsoluto. Entonces esto nos lleva a preguntarnos: FUNCIONAMIENTO DEL CANCELADORDE RUIDO Muchosproductosofrecenlamaravillosa Cancelacin de ruido, pero algunos solo atenan el ruido ynoocupanrealmenteningnprincipiodecancelacin. Laprimerapatentesedioen1934dondesedescribe como cancelar una seal sinusoidal en un ducto.

EXPLICACION DE FUNCIONAMIENTO: Sirealizamoslainversindefase,tendremosuna sealidntica,entrminodecomponentesde frecuencia, pero invertida en fase (como si los mximos fueran mnimos, y los mnimos mximos) Cuandorealizamoslasumadeestasseales, obtenemos lo siguiente: Por lo tanto, y en teora, eliminamos completamente elruido,quedandolasealen0,perocomonotodoel mundogenerasealessinusoidales.Paralograresto, debemosemitirlasealprocesadadealgunamanera, Respuestaal Impulso Respuestaa la Frecuencia RESISTENCIA VR(t)=

CAPACITANCIA IC(t)=

INDUCTANCIA VL(t)=

Electrnica Analgica II Ingeniera Elctrica 4 preferentementeporunaltavozquetengalamisma potencia que la seal que deseamos cancelar. 2.6 VENTAJASYDESVENTAJASDELOS FILTROS. VENTAJAS DE FILTROS ACTIVOS: -Con los A. O. los filtros activos adems de filtrar pueden amplificar -Adaptacin de impedancias -Podemoscontrolarotrosparmetroscomoel factor de calidad, selectividad tipo de filtro -Existenmuchosmontajesdistintosparala realizacin de filtros similares -Su costo ya que no se necesitan inductores de altaprecisin.Simplementeseusan amplificadoresoperacionales,resistenciasy capacitores. -Lamodularizacindeetapasencascaday/oparalelohacenquelosfiltrosactivossean elementosmuysencillosyverstilesparasu implantacin en sistemas de instrumentacin.-Laposibilidaddeincluirgananciaencada etapa y tambin la versatilidad para producir un acoplamiento adecuado de impedancias.- Permiten eliminar inductancias - Facilitaneldiseodefiltroscomplejos mediante la asociacin de etapas simples -Pueden proporcionar una gran amplificacin de la seal de entrada -Permitenunamayorflexibilidaddelos proyectos DESVENTAJAS DE LOS FILTROS ACTIVOS: -La necesidad de una fuente de poder que por lo general tiene que ser dual. -Lalimitacinenlaamplituddesealdesalida porlasaturacininherentedelamplificador operacional(el amplificador operacionallimita lamximavariacinsimtricadebidoalos voltajes de saturacin). -Lalimitacindeanchodebanda.Paralos amplificadoresoperacionalescomunesusados ensistemasdeinstrumentacin,los dispositivos no responden a frecuenciasarriba de 100 MHz -Requieren una fuente de alimentacin -Su respuesta en frecuencia est limitada por la capacidad de los OPAMS utilizados -Esimposiblesuaplicacinensistemasde media y alta potencia 3. DESARROLLO DEL PROYECTO Para el desarrollo del siguiente proyecto se necesita cumplir con los objetivos dados para ello se empez por lainvestigacindetodoloquevaaformarpartede nuestrocanceladorderuidoambiental,despus continuamosconeldesarrollodetodoloquefueel procesoderealizacindenuestroproyecto,tambinse tendrnlosrespectivosparmetrosnecesariosparael correcto diseo para ello empezamos por lo siguiente: Resistencias:0.40ctv Amplificadoroperacional LM741 $ 4.50 Condensadores:$ 2.20 Materiales de Caja:$ 8.00

$15.10 EQUIPOS: Fuente de alimentacin 15V 1 Multimetros OsciloscopioGeneradorde funciones 3.1PARAMETROS,ESQUEMAS,DATOS CALCULADOS,MEDIDOS,SIMULADOSYANALISIS DE DATOS GANANCIA:Eslarelacinentrelasealdesalidadelfiltroyla seal de entrada, ambas a la misma frecuencia FRECUENCIA DE CORTE:Eslafrecuenciaalacualobtenemos3dBmenos 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: Electrnica Analgica II Ingeniera Elctrica 5 CANCELADOR DE RUIDO PARAMETROS, ESQUEMA Y CLCULOS: Seprocediarealizarelesquemadenuestro circuitocanceladorderuidoambientalparaello realizamoslasinvestigacionesrespectivasacercadelo queesuncanceladorderuidoascomotambinasu funcionamientoyaplicacionespartimosdeestopara poderrealizarnuestroesquema,utilizamosparmetros parasudiseocomoamplificadoresoperacionalescon susrespectivasconfiguracionescomoinversorayno inversoracumpliendounarespectivafuncincadauno deestosparaelfuncionamientocorrectodenuestro canceladorenlapartedefuncionamientoseexplicara cmofuncionanuestrocircuitoysepodrentender cmofuncionancadaunodeestosamplificadores.Se procediarealizarlosclculosrespectivosdeacuerdo alesquemadiseadodondeseutilizoformulasy aplicacionesdelosamplificadoresoperacionales mencionados anteriormente esto se ver a continuacin: FUNCIONAMIENTODELCIRCUITOCANCELADOR DE RUIDO AMBIENTAL La explicacin del circuito esta realizada para un solo canal del circuito ya que el otro canal es completamente igual.Lasealdelosmicrfonosloscualescaptanel ruido externo pasa a travs 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 seal, de aqu pasa a un filtro activo el cual ajustamos su ganancia a travs de R3/R2. En nuestro caso nuestra ganancia es 31dB luego de pasarporestepreamplificadoraestasealenun siguienteprocesoleinvertimos.Lasealinvertidavaa unselectorS1elcuallevamosautilizarparaelegir entrelasealinvertidaylasealnormalalasalidade este conector pasa a un potencimetro el cual nos sirve paraajustarelniveldelasealdelmicrfono,estolo podemoshacergraciasaqueunadelosextremosdel potencimetro se encuentra conectado a tierra y cuando ingresamoslasealestaramosutilizandocomoun divisor de tencin. Despusdeestoestasealdelmicrfonopasaa unsumadorelcualseencargademezclarlasealde audio con la seal del micrfono. La seal de audio est conectadaaunpotencimetroelcualnossirvepara variarelniveldelaudio.Ydelasalidadeestese conecta al sumador. La ganancia de este sumador le podemos variar con R17/R16. Luego de esta etapa para mezclar la seal del ruidoambientalylasealdeaudiosecolocouna resistenciade47ohmparaprevenircualquier sobrecarga y de esta manera prevenir que los audfonos se quemen. 3.2DISEO DISEO POR PARTES, CALCULOS YSIMULACIONES CIRCUITO 1 SIMULACION CALCULOS 1616611( )1111 10( )11 100.01 100.01( )0.01 1iiiRV VRsCV VssV Vs| | |+ = | | +\ .| | |+ = | | + \ .| |+ = |+ \ . -100-50050Magni t ude( dB)10-110010110210310404590135180Phase( deg)Bode DiagramFrequency(rad/sec)Electrnica Analgica II Ingeniera Elctrica 6 161611 121 21122( )12 321110 10( )11 3310 100.01 1( )0.34 1( ) ( )0.01 0.01 10.01 1 0.34 10.0034 0.010.0001 0.02 13sssi sRsCV VR RsCKsV VK KssV VsV Vs sV Vs ss sHs sH| |+ | = | | + +\ .| |+ | = | | + + \ .+ | | = |+ \ .+ = + | | | |= ||+ + \ . \ .+=+ +=( ) ( )( ) ( )29.4117 0.4100 100s ss s+ ++ + CIRCUITO 2: SIMULACION CALCULO CIRCUITO 3: SIMULACION CALCULO 5 2 3 i s iV V V = +( )1 2 32 332 332 333 2 353002 206 7 82 2010 10 10010020 2053 55s iss iss iss s iiii i iV VVR R RV VVK K KV VV KK KV V VVs VH=+ + =+ + =+ + =| |= + |\ .= += = ESQUEMA DE BLOQUES -1-0.500.51Magni tude (dB)100101179179.5180180.5181Phase (deg)Bode DiagramFrequency(rad/sec)12.51313.51414.515Magni t ude( dB)100101179179.5180180.5181Phase( deg)Bode DiagramFrequency(rad/sec)2 12 12 125410101s ss Ss SRV VRkV VkV VH| |= |\ .| |= |\ .= = Electrnica Analgica II Ingeniera Elctrica 7 3.3 SIMULACION ESQUEMA GENERAL

OSCILOSCOPIO 1 CANAL DERECHO: Sealderuidocolorverde-Sealdeaudiocolorazul-Seal de salida color rojo OSCILOSCOPIO 2 CANAL IZQUIERDO: Sealderuidocolorverde-Sealdeaudiocolorazul-Seal de salida color rojo 3.4 TABLA DE COMPROBACION DATOS CALCULADOSDATOS SIMULADOS DATOS MEDIDOS Is=9.93pA Vs=9.93v Is=9.89 pA Vs=10.3v Is=8.2pA Vs=10.2v . 4. CONCLUSION Comoconclusionesdelensayodeun canceladorderuidopodemosdecirquese pudoaplicaryponerenprcticatodoslos conocimientos adquiridos en este ciclo y con la investigacinrealizadaparaeldesarrollodel mismosepodrcomprenderdeunamejor formaelfuncionamientoyaplicacionesdelos filtrosascomotambineldesarrolloe implementacin de circuitos analgicos de este tipo. Comoseobservolarealizacindel proyectofuemuyproductivayasuvezmuy explicativa ya que nos pudimos dar cuenta de la aplicabilidaden el mbito comercial e industrialde los temas e informacinque se ha adquirido en clases Inconclusion thetrial of a noise canceller cansaythat couldbe applied andputintopractice alltheknowledge acquired inthiscycle and researchfor the developmentthereofmaybe abetterway to understand the operationandapplication of filters aswellasthe developmentand implementation of analog circuits of this type. Asnoted theproject wasvery productive and very explanatory turn awe wereabletoaccountfor theapplicability inthe commercial andindustrial issuesand information acquired in classes 5. REFERENCIAS [1].AMPLIFICADORES OPERACIONALES http://www.dte.us.es/ing_inf/ins_elec/temario/Tema%201.%20Amplificadores%20Operacionales.pdf;FECHA:,18de 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 diciembrede 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, 1de enero de 2012 [11].AUDIFONOS DE AUDIO http://tuspreguntas.misrespuestas.com/preg.php?idPregunta=10973; FECHA: domingo, 1de enero de 2012 [12].CONTROL DE RUIDO ACTIVO http://www.oocities.org/sarcilavasquez/trabajo_final.htm; FECHA: domingo, 1de enero de 2012 .