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El experimento de acústica que hacia con mis compañeros de colegio (sin que ellos supieran)

Hace mucho tiempo, recuerdo que en el colegio descubrí algo muy interesante, donde logre experimentar con mis compañeros sin que se dieran cuenta.

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Estábamos en clases de los mas tranquilos, haciendo algún trabajo del libro o ejercicios. Recuerdo que el ruido que había en la sala era muy poco, todos estábamos concentrados, pocos hablaban, todos estábamos haciendo algo. En un momento, cuando notaba que todos estaban en silencio, movía una silla o una mesa provocando un ruido que todos escucharan, pero que no asustara (ya había probado ruidos de ese tipo). Esta pequeña alteración provocaba que todos comenzaran a hablar un poco mas fuerte poco a poco, hasta que la profesora (o profesor) no tenia que hacer callar.

Este era mi pequeño experimento grupal secreto. Era muy entretenido ver como un pequeño ruido podía lograr que todos aumentaran sus emisiones de ruido (que hablaran mas fuerte) simplemente haciendo un poco mas de ruido que lo habitual.

Hasta el día de hoy (exactamente hoy, 19 de Junio de 2009), un amigo me comenta sobre el Efecto Lombard.

Descubierto por Étienne Lombard (otorrinolaringólogo y cirujano) en 1909, el Efecto Lombard es la tendencia involuntaria a aumentar el nivel de la voz a medida que aumenta el nivel de ruido que percibimos.

En mi “experimento” era muy parecido a lo que sucede en los coros, que es una especie de retroalimentación (o feedback) en los circuitos electrónico. Un pequeño cambio hacia variar todo y aumentaba el ruido.

Quizás esto de la acústica siempre estubo en mi cabeza, pero no supe de que se trataba hasta hoydia.

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