CONTROL ACTIVO DEL RUIDO
por Emilio del Saz
Control activo del ruido
El Control Activo del Ruido (CAR), conocido también por sus siglas en inglés ANC (Active Noise Control), es una tecnología avanzada diseñada para mitigar el ruido no deseado. A diferencia de los métodos pasivos, que se basan en el aislamiento físico, el CAR utiliza electrónica y principios físicos para neutralizar el sonido.
1. Principios
El fundamento del CAR se basa en el principio de superposición. Este establece que, al generar un campo acústico secundario (o «antirruido») con la misma amplitud y una fase opuesta (desfasada ½ λ o 180 grados) al ruido primario (no deseado), se produce una interferencia destructiva que resulta en la cancelación de ambas señales. Aunque la cancelación total no es posible, se logran grandes atenuaciones.
Los sistemas de CAR deben ser adaptables debido a que las características acústicas de las fuentes de ruido y del ambiente (como frecuencia, amplitud, fase y velocidad del sonido) pueden variar con el tiempo. Para ello, emplean filtros digitales adaptativos que ajustan sus coeficientes para minimizar la señal de error.
Los componentes clave de un sistema CAR incluyen:
- Sensores de ruido primario/referencia: Captan el ruido no deseado.
- Controlador/Sistema adaptativo: Procesa la señal y calcula la acción de control.
- Actuador/Fuente secundaria: Genera el antirruido (e.g., altavoces o generadores de presión como el rotopulse).
- Sensores de error: Miden el ruido residual después de la acción de control para realimentar al controlador.
El CAR es más efectivo para ruidos de baja frecuencia (por debajo de los 500 Hz), especialmente ruidos constantes y periódicos. Se considera un complemento al control pasivo del ruido, el cual es más efectivo para frecuencias medias y altas, siendo la solución más apropiada una combinación híbrida.
2. Aplicaciones Industriales y Edificios
Las primeras aplicaciones de la cancelación activa del ruido se desarrollaron en los auriculares de los pilotos de aeronaves llegando incluso a la fórmula 1. Los Auriculares con cancelación de Ruido representan la aplicación más conocida y comercialmente exitosa, combinando tecnología activa y pasiva.
El CAR también ha demostrado ser una solución viable para el problema del ruido de baja frecuencia en diversos sectores.
- Aplicaciones en la Industria:
- Maquinaria Pesada: En fábricas y plantas industriales, el CAR se utiliza para reducir el ruido de equipos pesados como motores, ventiladores, extractores y transformadores, mejorando las condiciones laborales y protegiendo la salud auditiva de los trabajadores. Empresas japonesas han desarrollado soluciones activas para grúas y excavadoras, logrando reducciones significativas en bajas frecuencias.
- Integración en Equipos: La tecnología puede integrarse en sistemas de ventilación, compresores, chimeneas, bombas, túneles de viento, refrigeradores y lavadoras.
- Instalaciones Hidráulicas: Se ha aplicado exitosamente para la eliminación del ruido en el fluido que causa vibraciones indeseadas en la tubería, específicamente aguas abajo de una bomba radial de aceite. La acción de control se ejerce mediante un generador de ondas de presión de aceite acoplado a la tubería, conocido como rotopulse.
- Sistemas de ventilación y escape de gases: Se emplean silenciadores electrónicos basados en CAR para sistemas de escape de motores. Se han documentado reducciones de ruido de 20 a 30 dB en conductos industriales gracias a sistemas activos.
- Protección Auditiva Personal en pilotos: El CAR se utiliza en protectores auditivos como auriculares con cancelación de ruido.
- Transporte y Automoción: Se aplica en vehículos para reducir el ruido del motor, de rodadura y del viento, especialmente crítico en vehículos eléctricos y de pila de combustible por la ausencia de ruido del tren motriz. Hyundai logró una reducción de ruido de hasta 3 dB, optimizando el confort interior del vehículo.
- Aplicaciones en Construcción o Entornos Edificados:
- Mitigación del Ruido Ambiental Urbano: El ruido ambiental en grandes ciudades, rico en componentes de baja frecuencia (tráfico rodado, maquinaria industrial, turbinas, compresores y sistemas de ventilación y aire acondicionado), puede afectar a la población debido a la reducida eficacia de los dispositivos pasivos en bajas frecuencias. El CAR ofrece soluciones viables para este problema.
- Ventilación y climatización: El CAR es una solución potencial al dilema de la entrada del ruido en edificios a través de los conductos de ventilación y climatización, ya que permite controlar el ruido de baja frecuencia sin obstruir el flujo de aire.
- Pantallas o barreras de Ruido: El CAR se ha propuesto para su implementación como complemento a las pantallas o barreras de ruido pasivas.
- Ruido de Transformadores de Potencia y centros de transformación: Se ha demostrado la reducción del ruido de transformadores de potencia que generan principalmente tonos puros y armónicos relacionados con la frecuencia de oscilación de la red eléctrica.
3. Desafíos y Futuro
Retos Actuales
- Rango de Frecuencias:
- La eficacia del CAR disminuye notablemente en frecuencias superiores a 500 Hz.
- Complejidad y Costos:
- La implementación de sistemas en grandes espacios implica altos costos y diseños complejos.
- Dinámica del Entorno:
- Los cambios rápidos en el entorno acústico pueden superar la capacidad de adaptación del sistema.
- Selección de Transductores:
- Requiere una cuidadosa planificación para optimizar su ubicación y rendimiento.
Perspectivas Futuras
- Diseño de Ciudades y Edificios Inteligentes: Las ciudades futuras implementarán sensores y sistemas de monitoreo acústico para una gestión más eficiente del ruido, con mapas acústicos interactivos y sensores inteligentes. Los edificios se diseñarán con tecnologías acústicas avanzadas que reducirán el ruido de fondo, mejorando el confort y el bienestar. Las construcciones futuras podrían incluso ajustar automáticamente su acústica interna para adaptarse a diferentes usos, como en salas de conferencias. Se incorporará el concepto de paisajismo acústico en parques y espacios públicos.
- Avances en IA y Electrónica: La inteligencia artificial permitirá sistemas más inteligentes y personalizados, capaces de responder de manera efectiva a entornos cambiantes.
- Ciudades Inteligentes: La integración del CAR en el diseño urbano transformará la gestión del ruido a través de sensores acústicos y mapas interactivos.
- Transporte Silencioso: Vehículos eléctricos, trenes y aviones comerciales adoptarán sistemas más avanzados para reducir el impacto acústico.
En conclusión, el Control Activo del Ruido es una tecnología con un impacto significativo en la mejora del bienestar y la sostenibilidad. Su evolución continuará marcando la diferencia en cómo vivimos, trabajamos y nos movemos en un mundo cada vez más ruidoso.