C.E.T.P. (U.TU.)Instituto Tecnológico SuperiorDepartamento de Electrónica

Presentación de: Laboratorio de Electroacústica

Mtro.Tec.: Álvaro Espagnolo

Mediciones en electroacústica aplicada

Aporte tecnológico para poder medir, estimar y predecir el comportamiento de uno o más

parlantes en un caja.

La electroacústica se ocupa del estudio, análisis, diseño y aplicaciones de dispositivos que involucran la conversión de energía eléctrica en acústica y viceversa, así como de sus componentes asociados.

Entre los primeros se encuentran los transductores, tales como micrófonos, acelerómetros, altavoces, excitadores de compresión, auriculares, audífonos, calibradores acústicos y vibradores; y, entre los segundos, los filtros acústicos,los sonodeflectores (bafles), las bocinas y los acopladores acústicos.

Aclaración:

se considera en este caso una señal audible entre 20Hz y 20000Hz. Esto no se cumple siempre para el sistema auditivo ni para los componentes que forman un sistema de sonido.

Electroacústica:

Temas a tratar:

● 1. Antecedentes: Historia del “taller de audio”

● 2. Inicio y objetivos del Laboratorio

● 3. Demostración de un sistema de mediciones electroacústicas: Laud2 de Liberty Instruments.

● 4. Breve reseñas sobre filosofía de diseño de este sistema, medición de magnitudes a mostrar en esta presentación: Respuesta en frecuencia, impedancia y fase.

● Ejemplos audible, con caja utilizada en prácticas en la experiencia anterior. “taller de audio”

1. Antecedentes:

“Taller de Audio” 1999-2003

Inicio:

Se detecta la necesidad y el deseo de trabajo de estudiantes para la formación de un espacio académico que contemplara actividades propias de un “Taller de Audio”.

Actividades destacadas:

●Curso de Acústica y control de Ruido: Ing. Federico Miyara

●Curso de Tratamiento digital de señal:Ing. Federico Miyara

●Participación constante en organización de los eventos de estudiantes

2. Inicio y objetivos del LaboratorioInicio Junio 2006

Lugar físico : Laboratorio construido con el edificio para tales fines, posee acondicionamiento básico (material absorbente e insonorizante) y 1 PC.

Coordinación académica:Departamentos de Física y Electrotecnia (dentro de UTU)Grupo multimedia, Facultad de Ingeniería, E.U.M, Neurofisiología Facultad de Medicina

Objetivos: desarrollo de investigación básica aplicada para generar modelos reales para las tareas didácticas necesarias en aplicaciones de audio.

Fundamentación:

Tecnología apropiada:

Es aquella tecnología que se adapta a las necesidades sociales, económicas y regionales.

Esto implica investigar temas que en general ya fueron estudiados, pero de alguna manera deberán ser aplicables a nuestras necesidades.

También investigar en desarrollo de herramientas que no existan o no se adapten a nuestras necesidades.

Se busca básicamente:

Conocimiento, independencia tecnológica, aplicaciones reales.

3. Demostración de un sistema de mediciones electroacústicas: Laud2 de

Liberty Instruments.

Algunos conceptos básicos importantes:

Medir : Comparar una cantidad con su respectiva unidad, con el fin de averiguar cuántas veces la segunda está contenida en la primera. Esto significa que cuando estamos haciendo una medición, el instrumento que usamos nos está indicando cuántas unidades tenemos, comparando la indicación en pantalla con su referencia, para la cual fue ajustado de fábrica.

A este proceso de ajuste se la llama calibración y se define:

Calibrar: (Física). Ajustar, con la mayor exactitud posible, lasindicaciones de un instrumento de medida con los valores de la magnitud que ha de medir.

Precisión, exactitud y resolución

Precisión : En ingeniería, ciencia, industria y estadística, se denomina precisión a la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones. Esta cualidad debe evaluarse a corto plazo.

Exactitud: la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real.

Resolución: Distinción o separación mayor o menor que puede apreciarse entre dos sucesos u objetos próximos en el espacio o en el tiempo.

Ejemplo de datos de calibración de un micrófono

" Mic correction data: Ref Sensitivity = 5.64 MV/PA "205.105 0.402 -5.7213.382 0.408 -6.5221.993 0.420 -3.8230.952 0.439 -5.4240.272 0.468 -4.6249.968 0.508 -3.8260.055 0.557 -5.0270.550 0.612 -3.0281.468 0.673 -5.2292.827 0.755 -3.2304.644 0.802 -5.8316.938 0.833 -4.4329.728 0.831 -6.7343.034 0.830 -5.9356.877 0.801 -7.3371.279 0.744 -8.3386.262 0.597 -7.8401.849 0.469 -9.1418.066 0.322 -9.0434.937 0.233 -7.9452.489 0.087 -8.2470.749 -0.03 -8.4489.746 -0.12 -7.4509.510 -0.14 -6.0

Transductores:

Transductor: (De trans- y el lat. ductor, -ōris, que lleva).Dispositivo que transforma el efecto de

una causa física, como la presión, la temperatura, la dilatación, la humedad, etc., en otro tipo de señal, normalmente eléctrica.

Corte de un parlante

Modelos equivalentes electromecanoacústicos

Modelos circuitales

Los circuitos eléctricos están formados por diversos componentes eléctricos interconectados, por ejemplo resistores, condensadores, inductores, fuentes de tensión y corriente y transformadores.

El comportamiento externo de un circuito eléctrico puede describirse por medio de los valores que asumen en diferentes puntos del circuito dos tipos de variables: la tensión y la corriente.

El comportamiento de cada componente individual está determinado por ecuaciones algebraicas o diferenciales que relacionan entre sí una o más tensiones y una o más corrientes, en tanto que la interconexión entre ellos estágobernada por las leyes de Kirchhoff.

La combinación de las ecuaciones individuales por medio de las leyes de Kirchhoff proporciona un sistema de ecuaciones diferenciales que, una vez resuelto, permite conocer el estado de régimen de todo el circuito.

Modelos equivalentes electromecanoacústicos

Parámetros de Thiele -Small

Neville Thiele Richard Small

Desde la publicación del libro Acústica de Leo Beranek, el estudio de los modelos equivalentes para los fenómenos electro mecano acústicos tiene, permitió desarrollar modelos que facilitaran el estudio y el desarrollo posterior de modelos de simulación.

Las investigaciones realizadas por Thiele y Small, “normalizaron” una serie de parámetros, medibles o bien entregados por el fabricante.

Medición de los parámetros y simulación

Los parámetros de T-S son entregados por la mayoría de los fabricantes de parlantes hoy día.

Existe la posibilidad que algunos parlantes no posean sus parámetros, sean modificados por reparación o por cambios que se deseen realizar.

Es importante entonces poder medir esos parámetros.

Es tarea planteada y se trabajará en forma multidisciplinaria, medir los parámetros y comprobar la validez de los modelos de simulación.

Se pueden usar diversos métodos, existen diversos estudios realizados y software que se descarga gratuitamente de Internet para simulación, ej: http://www.linearteam.org/

Veremos este software trabajando

Midiendo impedancia

Se muestra un ejemplo de medida de impedancia contra frecuencia.

Esta aplicación sirve para evaluar parlantes, cables, bobinas, condensadores, resistencias.

El ejemplo es el de un parlante Nippon America, de bajo costo, que se vende en plaza sin información importante por parte de su fabricante. En una búsqueda simple no se encuentran datos en la web.

Z contra frecuencia NWX620

Respuesta en frecuencia:

La caja mostrada se utilizó en el “taller de audio”, quedando por investigar comportamiento con variaciones en ducto y diseño completo de red de cruce.

Se realizará una medida de respuesta en frecuencia de la misma:Woofer; NA620Tweeter: Rockwood (no se fabrica más)

Los parámetros de T/S se midieron con Laud2 y la simulación se muestra a continuación.

Se puede comparar el comportamiento con un sistema similar de marca.

Referencias:

Miyara, Federico : Electroacústica (PDF disponible en la web)

Silva, Homero: Midiendo os parámetros de Thiele Small

Silva. Homero: Cursel

AES: Loudspeakers An Antology Vol1-Vol25 (1953-1977)

Beranek Leo: Acústica

Agradecimientos:A Alicia y mi hijo Juan, por su colaboración familiar.

A las autoridades de UTU por confiar en este trabajo

A los estudiantes y docentes que crearon y apoyaron el “taller de audio”

Ing. Federico Miyara (Univ. De Rosario, Arg.).

Elmar Leal (Taller de Arte Sonoro, Venezuela).

Ing. Homero Silva, (Eletronica Selenium).

A mis hermanos.

F.O.N.A.M.

A los compañeros de U.T.U.