procesamiento digital de señales

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD ZACATENCO

“Implementación y Evaluación de un Sistema
Virtual de Medición de Ruido”

TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTA:

LAURA SALVADOR VELAZQUEZ

ASESORES:

M. EN C. SERGIO GARCIA BERISTAIN
FIS. NUC. MIGUEL F. ROCHA BARAJAS

MEXICOD.F., SEPTIEMBRE DE 2009.

Resumen
En el campo de la acústica, las investigaciones sobre ruido involucran mediciones que
requieren el uso de equipo sofisticado, de alto costo económico y con un diseño y
funcionalidad definidos por el fabricante. El uso de instrumentos virtuales se perfila como
una solución al diseño rígido de los instrumentos tradicionales ya que es posible cambiarfácilmente la apariencia, funciones y parámetros mediante cambios en instrucciones
programadas y sin las desventajas que implicaría el rediseño en un circuito físico.
Actualmente es posible encontrar aplicaciones libres “online” que son capaces de
determinar el espectro de frecuencia de señales de ruido y realizar mediciones de nivel de
presión sonora, sin embargo, surge la pregunta sobre lascondiciones y elementos
influyentes en el adecuado desempeño de estas aplicaciones de instrumentación virtual.
Con el objetivo de contestar esta cuestión, en esta investigación se realiza la modificación,
estudio y evaluación, en plataforma Windows, de una de estas aplicaciones disponibles.
La aplicación, nombrada SLM_AC ( Sound Level Meter, con ponderación A y C),
emplea la transformada rápida deFourier para la determinación del espectro de frecuencia
de una ventana de muestras, el tamaño de la ventana es elegido de acuerdo con el tipo de
respuesta (fast, 8192 muestras y slow, 65536 muestras), después se aplica el filtro (función
de transferencia) de ponderación en frecuencia y finalmente se realiza la estimación de la
energía en el dominio de frecuencia mediante el teorema deParseval para proceder a la
obtención del nivel en dB de la señal.
En la búsqueda de los factores determinantes en la calidad del sistema de medición se
efectuaron pruebas de sensibilidad, pruebas de exactitud, determinación del rango de
operación, de la precisión y de la resolución del medidor virtual. La evaluación final del
instrumento presenta un medidor de presión sonora Tipo 3, con un rango deoperación de
51 dB, cuya exactitud se ve influenciada por la respuesta del micrófono que tiende a
amplificar señales de alta frecuencia, mientras que a bajas frecuencias la exactitud se ve
comprometida por la resolución de la FFT y el empleo de una ventana rectangular en el
cálculo de la misma. El rango de operación es afectado por la configuración de ganancia y
volumen del micrófono,modificables a través de la tarjeta de sonido. En desarrollos
futuros, estos inconvenientes pueden solucionarse mediante el diseño de una red de
compensación para contrarrestar el error debido a la respuesta del micrófono, el uso de una
ventana (Bartlet, Hamming, Hanning, etc.) que reduzca el error generado por fuga espectral
(leakage) además de la implementación de una rutina que permita el ajusteautomático de la
ganancia y volumen del micrófono de acuerdo con el ambiente acústico que se vaya a
evaluar.

I

En este importante paso que parece un final pero que en
realidad es apenas el comienzo de mi vida como Ingeniero
orgullosamente egresada de la Escuela Superior de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional, deseo
expresar mi gratitud a todos losprofesores quienes con sus
conocimientos, experiencias, entusiasmo, paciencia y consejos me
inspiraron cada día a dar más, a ir más allá, a ser mejor.

Le agradezco enormemente al M. en C Sergio G. Beristain por su
confianza, apoyo y recomendaciones durante el desarrollo de esta
tesis. Mención especial merece el Fís. Nuc. Miguel F. Rocha Barajas
quien a través de sus sabios consejos y...