Advanced noise source identification

Del sonómetro a la cámara acústica

Desde hace muchos años, el ruido que emiten los productos manufacturados está regulado por la legislación y por directivas; existen niveles máximos de ruido para la maquinaria de exterior y niveles mínimos para los vehículos eléctricos.

Todos los frigoríficos o lavadoras que se pueden encontrar en el comercio llevan una etiqueta energética en la que, entre otras cosas, figuran los niveles de ruido y de potencia sonora. Las ventajas de este etiquetado son considerables.

Pensemos, por ejemplo, en el marcado CE: las empresas saben que los productos que lo llevan se pueden comercializar sin restricciones en todo el Espacio Económico Europea (EEE) y los consumidores se benefician de unos niveles de sanidad, seguridad y protección del medio ambiente idénticos en todo el EEE.

Acoustic softwareMÁS INFORMACIÓN 
BK CONNECT ACOUSTIC CAMERA  

Sin embargo, antes de que un producto llegue a la fase de producción y se pueda determinar su potencia sonora de acuerdo con las normas internacionales, los departamentos de I+D y de aseguramiento de la calidad deben aplicarle grandes dosis de ingeniería de control del ruido.

Las pymes tienen un especial interés en que la detección de fuentes de ruidos molestos en la fase de I+D suponga una inversión mínima.

La técnica más sencilla, que consiste en utilizar un sonómetro para cuantificar el nivel de presión sonora, muy raras veces aporta información suficiente para sugerir cambios de diseño eficientes, que reduzcan la radiación de ruido.

Accoustic camera systemSistema completo de cámara acústica, compuesto por un array portátil, un front end LAN-XI y un PC.

En estas situaciones, una cámara acústica puede ser de gran ayuda. El kit BK Connect® Acoustic Camera de Brüel & Kjær combina un array de 30 micrófonos en una herramienta portátil y proporciona un mapa de ruido de un producto objeto de ensayo.

Cuando se utiliza una cámara acústica, el técnico y el ingeniero de pruebas responsables de mejorar la acústica del producto pueden ver inmediatamente de dónde procede el sonido.

Cuando se conoce la posición de las fuentes principales, su contenido espectral y sus contribuciones relativas a la potencia sonora, es posible entender el origen de las causas y los mecanismos de radiación. 

From SLM to  acoustic camera final










El cursor del espectrograma permite analizar en detalle sucesos individuales.

Acoustic camera interfaceLa interfaz de Acoustic Camera presenta el mapa de ruido, el espectrograma, el contenido en frecuencias y la potencia sonora.

Con todo, el trabajo no termina ahí. Hay que trasladar a los compañeros los resultados de los ensayos, incluso también hay que informar a la dirección, hay que aplicar los cambios propuestos... y hay repetir las pruebas de nuevo.

El kit Acoustic Camera también es de ayuda para todo ello. Aparte de mapas de ruido, proporciona espectrogramas, gráficos de potencia sonora y vídeos con fines de documentación y comparación.

Las pruebas grabadas se pueden reproducir a velocidad más lenta, para investigar sucesos de corta duración. Todos estos elementos han demostrado su valía a la hora de resolver problemas, detectar ruidos (tales como tintineos o traqueteos), o evaluar quejas de clientes.


Medidas de beamforming

Para obtener una visión general de una situación de ruido cerca del dispositivo bajo ensayo, la cámara acústica debe situarse idealmente a unos 35 cm de la fuente (el equivalente al diámetro del array).

A continuación, se utiliza una técnica de beamforming de retardo y suma — basada en el tiempo de la señal sonora desde la fuente hasta el array — para calcular un mapa de ruido, desde la perspectiva del array.

Este gráfico se denomina mapa de contribuciones de presión. En las medidas de beamforming, se hace uso de una placa en el array de 30 micrófonos. De este modo se reducen sensiblemente las perturbaciones del ruido de fondo.

Beamforming measurement with acoustic cameraEl kit Acoustic Camera en uso, con la placa de reflexión y una tablet.


Investigación detallada con la técnica de holografía

Cuando es preciso estudiar en detalle una determinada región, se puede desmontar la placa y situar el array a 5 cm (el espaciado medio entre micrófonos) del dispositivo bajo ensayo.

A esa distancia tan corta, los micrófonos del array pueden detectar todas las amplitudes y la información de fase tanto de las ondas sonoras que se propagan como de las ondas evanescentes, lo que hace posible calcular una descripción completa del campo sonoro. Es la técnica de holografía.

Con estas técnicas, los rangos de frecuencia que se utilizan, no cubren todo el intervalo de frecuencia de interés para los ingenieros acústicos. La resolución del beamforming está relacionada con la longitud de onda del sonido y resulta más útil a altas frecuencias, mientras que la holografía se puede usar a bajas frecuencias, ya que su resolución viene dada por la distancia entre los micrófonos.

Sin embargo, para el ruido estacionario existe una solución llamada holografía de banda ancha. Con esta técnica, los datos se miden con el array a 10 cm del dispositivo bajo ensayo (el doble del espacio promedio entre micrófonos); es decir, a medio camino entre la posición ideal de la holografía y la del beamforming. A continuación, los datos se transfieren a una aplicación de posprocesado acústico de arrays, que se encarga de efectuar los cálculos de la holografía de banda ancha. Este algoritmo patentado genera unas estimaciones excelentes de los niveles de potencia sonora tanto a alta como a baja frecuencia.



La resolución del beamforming está relacionada con la longitud de onda del sonido y resulta más útil a altas frecuencias, mientras que la holografía se puede usar a bajas frecuencias, ya que su resolución viene dada por la distancia entre los micrófonos.



Cómo incorporar el uso de una cámara acústica a sus proyectos de I+D

En resumen, el kit BK Connect Acoustic Camera es una herramienta valiosa para la identificación de fuentes de ruido. Muy adecuada para pymes que deseen llevar a cabo tareas bien definidas. Tiene aplicaciones en un amplio espectro de sectores: proveedores de aislamiento acústico para la industria del automóvil, fabricantes de juntas de estanqueidad o fabricantes de ordenadores, bombas y herramientas eléctricas. La funcionalidad de la cámara acústica puede ampliarse, cuando sea preciso, utilizando un array más grande. También puede recurrirse a un posprocesado adicional, como la holografía de banda ancha, o puede utilizarse alguna de las numerosas aplicaciones de BK Connect, como la de Métricas de Calidad Sonora.

Acoustic camera array system
La cámara acústica se puede usar con otros arrays, como este de 106 canales, que se emplea para hacer mediciones en bombas hidráulicas.

Acoustic camera array systemAcoustic Camera utilizado en medidas de precisión del tamborileo de teclados.