Como funciona: La cancelación de ruido

Muchos productos ofrecen la maravillosa Cancelación de ruido, pero mucho cuidado, ya que algunos solo atenuan el ruido y no ocupan realmente ningún principio de cancelación.

La primera patente se dio en 1934 donde se describe como cancelar una señal sinusoidal en un ducto.

Primera Patente Cancelacion
Primera Patente Cancelación

¿Pero como se supone que funciona?

Un ejemplo simple de como funciona es el siguiente:

Señal Original
Señal Original

Si realizamos la inversión de fase, tendremos una señal idéntica, en termino de componentes de frecuencia, pero invertida en fase (como si los máximos fueran minimos, y los minimos máximos)

Señal Procesada
Señal Procesada

Cuando realizamos la suma de estas señales, obtenemos lo siguiente

Suma de Señales
Suma de Señales

Por lo tanto, y en teoría, eliminamos completamente el ruido, quedando la señal en 0, pero como no todo el mundo genera señales sinusoidales (de hecho el único instrumento que produce lo mas similar a un tono puro, es la flauta dulce).

Para lograr esto, debemos emitir la señal procesada de alguna manera, preferentemente por un altavoz que tenga la misma potencia que la señal que deseamos cancelar.

El problema, es que esta inversión de fase es imposible de obtener en la realidad, ya que debemos pasar por una serie de transductores que agregan un retraso a la señal, lo que hace que tengamos un desfase de tiempo, siendo absolutamente inútil nuestra cancelación.

Es por esto, que el cambio de fase se realiza mediante digitalización de la señal, la cual es luego atrasada (en tiempo) y reproducida.

Cancelacion de Ruido - HowStuffWork
Cancelacion de Ruido - HowStuffWork

Pero es posible obtener excelentes resultados en frecuencias bajas, ya que estas son muy estables y no varían bruscamente, por lo que podemos capturar la señal, vemos cual es su frecuencia, desfasamos la señal en tiempo y la reproducimos. Incluso un sistema muy rudimentario seria grabar la señal y reproducirla invertida, con un tiempo de retraso que seria el tiempo que se demora una onda de sonido (a 344 m/s) en recorrer la distancia entre el micrófono y el altavoz donde emitimos.

Esto cancelaría las señales estables en el tiempo, lo que se traduce a que básicamente cancelaríamos las bajas frecuencias.

Falsas Cancelaciones

Existen sistemas que se promocionan con “Cancelación de Ruido”, pero la verdad es que simplemente ofrecen una aislación frente al ruido externo. Es como taparte los oidos y que en la punta de los dedos tuvieras altavoces. Funciona, es cierto, pero no es lo que te vendieron.

En general, estos sistema son activos, lo que quiere decir que utilizan energía (ej. alimentación externa con baterías)

PREGUNTAS (pueden hacer las suyas en los comentarios y tratare de responderlas aqui).

¿Por que el ruido no se cancela completamente?

Como las señales son mas complejas, no es totalmente posible realizar una cancelación total, primero dado por que el sonido se transmite por el aire y por las estructuras, haciendo muy difícil predecir por donde pasara y que amplitud (en pascales) tendrá en el lugar que nos interesa. Es por esto que no podemos generar el silencio absoluto.

EXPERIMENTO

Un experimento practico que puedes realizar es con los altavoces de tu casa.

Reproduce algún archivo que tenga una señal sinusoidal, podría ser entre los 50 a 100 Hz (longitud de onda entre 60 y 30 cm respectivamente).

Luego cambia la polaridad de uno de los altavoces, cambiando las conexiones en la parte de atrás (donde va el rojo, pon el negro, donde va el negro, por en rojo, esto no debería dañar tus parlantes, pero si lo hace no me eches la culpa a mi).

Luego apunta los parlantes hacia ti, y aléjate poco a poco… en algún momento sentirás que baja drásticamente el nivel que estabas escuchando.

Ahí estas en un punto de cancelación de ruido.

Esto sucede mucho mas veces de lo que crees, ya que en las mesas de audio profesional, siempre encontraras un botón para invertir la fase de la señal, ya que si ubicas muchos micrófonos cerca de una fuente de sonido estos micrófonos en algún momento podrán captar justo señales invertidas, las que son notorias en las grabaciones.

Invertir Fase Sony Vegas
Invertir Fase Sony Vegas

19 pensamientos sobre “Como funciona: La cancelación de ruido”

  1. Pingback: Bitacoras.com
  2. Genial artículo, llevaba tiempo indagando en el tema. Quería un programa para cancelar el ruido usando el mircrófono del portatil pero ahora ya se que no se puede por el retraso 😉

    Deberías considerar el escribir un artículo en Wikipedia porque NO hay nada sobre el tema (Cada marca tiene un artículo sobre sus auriculares con la tecnología de cancelación de ruido, pero no hay nada propiamente sobre la tecnología)

    Sabes si hay algun integrado que

  3. Muchas gracias por el comentario demil133

    De integrados no se mucho (quizás buscas algunos que haga Delay o el desfase de la señal).

    De todas maneras me interesa el tema, si llegas a saber algún integrado que haga eso avísame, ya que tengo algunos proyectos en mente que me gustaría hacer.

  4. bueno mas q comentario es una pregunta que quiziera q me respondas o una duda, curiosidad q me dio ¿como puedo saber el tiempo en delay necesario para el desfase de señales en altavoces? claro no sin tener q invertir polaridades en los altavoces ah me olvidadva tengo ya como dato la longitud de onda…….. gracias..

  5. @Boris Muñoz R, Si ya tienes el dato de la longitud de onda, supongo que es porque quieres anular solo una frecuencia…
    En ese caso, es bastante simple

    La velocidad del sonido es 344 m/seg, la longitud de onda de tu frecuencia es 344/frecuencia, por ejemplo 100 Hz son 3.44 metros de longitud de onda, pero la verdad es que en este caso en particular no importa la longitud de onda, ya que estariamos haciendo “un paso de mas” porque con la frecuencia ya tenemos el tiempo ya que frecuencia = Hz = 1/seg

    Para cancelar una frecuencia, necesitamos desplazarla en 0.5*1/Frecuencia…osea, desplazar a la mitad de su tiempo, mas facil con un ejemplo. Tenemos la frecuencia de 100 Hz, en tiempo, esto seria 0.01 segundos, la mitad seria 0.005 segundos o 5 mseg.
    Un ejercicio practico seria que tenemos 2 parlantes emitiendo 100 Hz, muy cerca el uno del otro (en teoria estos parlantes deberian estar exactamente donde mismo, pero en la realidad eso no pasa y por eso debemos apuntarlos a un lugar) apuntando al mismo lugar (una de tus orejas por ejemplo, no las dos ya que la cancelacion se produce en un punto focalizado) y retrasamos la señal de uno de ellos en 5mseg.
    La cancelacion absoluta no ocurre porque los focos de los parlante estan levemente separados, pero seguramente (en el punto especifico que apunta) podremos escuchar una disminución notoria del nivel.

    Muchas gracias por tu comentario.

  6. hola… quisiera aclararme unas dudas acerca de la cancelacion del sonido, lei el texto y no se si lo saque del todo jaja porq creo que te voy a preguntar algo que quiza este contestado ahi arriba.¿Puedo, mediante algun programa, combinar todos los sonidos que pueda percibir el oido humano y luego realizar una inversion de fase para lograr crear un “silencio absoluto”, aunque el producto de la inversion de fase cae dentro de los sonindos que podemos escuchar, creo, entonces todos los sonidos que podemos oir serian una serie de señales con sus respectivas inversiones de fase siendo la totalidad de los sonidos que podemos escuchar un “sonido no “percibible”” osea un silencio absoluto para nosotros?. Tambien queria saber si por ejemplo si emitiendo un sonido ” 1 ” y emitiendo otro sonido que sea la combinacion del sonido ” 1 ” y sonido ” 2 ” se escucharia solo el primero. No se si me exprese bien porque no se hacerlo jajaj, desde ya muchisimas gracias porque es una excelente pagina

    saludos!!

  7. ahh y algo que me olvide si se puede evitar el retraso, teniendo dos parlanetes para cada oreja para que puedan emitirse los sonidos al mismo tiempo para cancelarse y asi no hay retraso.

  8. @cesar, gracias por la consulta cesar…
    Bueno, lo primero, sobre mezclar todos los sonidos posible.
    Eso ES imposible.
    Los sonidos se desarrollan a lo largo del tiempo, cuando un sonido es emitido, dura cierto tiempo y tiene ciertas características.
    Imagina el ladrido de un perro…Guau…luego, el perro no dice nada mas, digamos que eso duro solo 1 segundo.
    Si deseamos cancelar ese ruido, debemos emitir uno de igual duracion, pero con fase inversa.
    Pero eso solo se aplica para ese evento en particular.

    Lo que estas pensando tu, es un “archivo” o “sonido” que yo pueda emitir siempre, para asi cancelar todo el resto.
    Eso es imposible, no se puede, no existe ni existirá.
    Aqui puedes ver una explicacion adicional
    http://silencio.kyl.cl/antivuvuzelafiltercom-la-estafa-acustica-del-momento-vuvuzela/

    Sobre la segunda consulta, de 1+2
    Teoricamente, no deberia ser un problema, ya que el comportamiento deberia ser el de una suma simple
    Osea, tu emisor (parlante) emite A + B
    con otro dispositivo (parlante) emites -B
    Lo que llega a tu oido es A+B+-B = A
    Como digo, teoricamente no es una locura, pero puede ser que tu parlante al emitir ambos sonidos juntos se distorsione levemente y no sea exactamente A ni B, esto en el caso que sean muy similares los sonidos.

  9. muchas gracias por aclararme las dudas!! me interese en este tema porque necesito algo que me permita acercarme lo mas posible al “silencio absoluto” por una cuestion de que me cuesta muchisimo concentrarme para cualquier actividad que requiera mi maxima concentracion, como leer. Quisiera saber si podrias recomendarme algo para lograrlo. al principio buscaba orejeras de seguridad, pero segun lo que lei son efectivas para reducir o bloquear los sonidos que son nocivos para el oido, pero no me ayuda mucho con sonidos mas leves que me desconcentran =, no se si funcionaria tapones con orejeras o algunos audifonos con “cancelacion de ruido” mas orejeras y si se puede agregarle tapones tambien jajaj, suena muy exagerado mi objetivo y se que el problema no es el ruido en si pero hasta que consiga modificar con eficacia mi concentracion es lo unico que veo. devuelta muchas gracias y excelente pagina!!! muchisima suerte!

  10. muy bueno el articulo, tengo un problema hay mucho ruido por la urbanización donde vivo, solo quisiera saber si es posible colocar un microfono y utilizar algun sofware para inventir el sonido que esta entrando. y asi tener un poco de paz en mi casa.

  11. Estimado,
    Te cuento mi situación y dime si hay solución posible.
    Resulta que tengo una habitación de 6×10 mts que da a una avenida, por lo cual entra mucho ruido. ¿Existe la posibilidad de poner un microfono en la calle captando el ruido, y con un parlante (desde lo mas adentro de la habitacion apuntando hacia afuera y con los cables invertidos) repetir ese ruido cancelandolo?

  12. Hola! Muchas gracias por tu artículo y tu tiempo.

    Creo entender la teoría y el alcance de la misma, pero quería tu opinión sobre un hecho práctico. Estamos pensando mudarnos a una casa nueva que está muy bien pero tiene el inconveniente de tener un parking justo enfrente con un extractor constante y su consecuente zumbido. Yo que soy bastante maniático con el sonido (tengo mi nevera insonorizada…) me tira bastante para atrás la situación.

    Crees que podría anularlo capatando la señal con un micrófono e invirtiéndola en contrafase y luego sacarlo por altavoces? El zumbido es muy regular.

    De ser así cómo lo harías tú? Con una mesa de mezclas, un software…?

    Gracias por tu atención. Un saludo.

  13. Estimado Guillem, muchas gracias por tu comentario.

    La verdad es que el orden de como insonorizar la fuente es importante.
    Primero es atacar la fuente (ej. Insonorizacion a un motor)
    Si no fuera posible, atacar la fuente lo mas cerca posible (ej. Una barrera acustica)
    Si lo anterior no fuera posible, mejorar las ventanas (en algunos casos no es realista, porque uno debe tener la libertad de abrir su ventana)
    Y al final, usar un sistema como la cancelacion del ruido.

    ¿Porque?
    Por que es complejo, y poco practico

    La cancelacion de ruido funciona en un rango muy corto de espacio.
    Se podria pensar como una pequeña ‘burbuja’ donde puedo generar un menor nivel de ruido (por eso los audifonos estan comercialmente disponibles)

    Seria interesante de todas maneras experimentar con la cancelacion del ruido que hablas.
    Lo que haria, seria generar un ‘loop’ con algun software de audio…y repetir ese loop de manera infinita
    Pero debes tener alguna posibilidad de controlar el tiempo (en ralidad la fase de la señal)…porque debe estar excatamente sincronizado para cancelar el ruido.
    Por ejemplo, si emiten 1hz, significa que cada un segundo se repite un ciclo sinusoidal.
    Imagina que la señal real empieza en el segundo 0
    Si tu emites la señal en 0.5 seg, tendra dos señales con un retardo en tiempo que acusitcamente se sumaran (osea, tendras mas ruido)
    Si emites la señal inversa exactamente en un multiplo de la señal original, ej en el segundo 2, tendras una cancelacion perfecta del ruido.

    Por eso se usan DSP especiales, ya que la señal no tiene exactamente una sola frecuencia, y tienen tambien un microfono de correccion, ya que no todas las frecuencias tienen el mismo defase en tiempo.

    Lo mas realista, es informar al parking que hagan algo, que tienes un problema y te molesta en las noches.

    Pero de todas maneras me parece interesante, si tienes los conocimientos, poder experimentar con la emision de la señal por altavoces.
    Creo que el resultado sera restringido en el espacio que abarca (ej. Tu escucharas que hay menos ruido, pero una parsona al lado tuyo no,,.o incluso tu percibiras por un oido el cambio, pero no en ambos)

    Suerte y ojala resuelvas tu problema.

  14. Muchas gracias. Eres muy amable.

    Mañana voy a ver el piso de nuevo… Ya te contaré. He estado pensando como alternativa en poner una fuente o algo que distraiga el zumbido. Un cassette con cantos de ballenas sería incluso peor que el propio ruido… no?

    Gracias otra vez.

  15. Eso es enmascarar el ruido, para que no se escuche o no se entienda).

    En general se usa ruido blanco o rosa (como un antiguo televisor cuando mostraba estatica al no tener ninguna estacion), pero es necesario que el nivel de ruido de esa señal sea mayor que el que te molesta.

    En general no es recomendado porque generas mas ruido del que existe e incluso podria ser dañino.
    He leido que al tener ese ruido, uno esta en constante alerta, lo que a la larga no es bueno.

    Un ejemplo es cuando uno usa un ordenador en el trabajo esta durante todo el dia expuesto al ruido del ventilador, pero cuando se apaga te das cuenta que existia ese ruido, y la verdad, es mucho mas agradable cuando ese ruido desaparece.

    Saludos.

  16. Grabo un programa de radio desde mi casa. Tengo el problema de que no puedo grabar de noche porque en Puerto Rico existe una especie de rana que le llaman “coquí”, que emite un sonido muy particular que penetra el cuarto y se escucha en la grabación. Su sonido es algo así como una cigarra, pero en vez de ser constante tiene intervalos. Lo mismo sucede cuando pasan aviones o automóviles, pero es algo que puedo más o menos controlar porque espero a que pasen – que no es frecuente – y sigo grabando. He leído que el valor de la frecuencia del “coquí”es de 7,8 ciclos por segundo o hercios (Hz) ¿Qué me puede recomendar?

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