Facultad de Ciencias e Ingeniería
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Ítem Texto completo enlazado Implementación de un subwoofer activo a partir del estudio comparativo de diversas configuraciones para la reproducción de baja frecuencia en sistemas de alta fidelidad(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-05-29) Pinillos Borbor, Víctor Rodrigo; Moreno Ruiz, Jorge NéstorLa presente tesis consiste en el diseño e implementación de un subwoofer activo de alta fidelidad para cine en casa, el cual está conformado por un filtro activo pasabajos, un amplificador de poder, una fuente de poder, un altavoz y un gabinete acústico. Como requerimientos de diseño se estableció seleccionar un altavoz de un diámetro entre 10 y 12 pulgadas, una frecuencia de resonancia entre 30 y 40 Hz y un Qts no mayor a 0.45 y de preferencia entre 0.25 y 0.35. Además, la configuración del gabinete acústico debía ser seleccionad mediante comparación y por simulación en software. Una vez implementado el gabinete debía ser optimizado mediante análisis modal experimental. Por otro lado, el filtro pasabajos debía poseer frecuencia de corte variable en 70, 80, 100 y 120 Hz y ser de tipo Butterworth, Bessel o Linkwitz Riley. Finalmente, el amplificador de poder debía entregar al menos 50 W de potencia, tener una respuesta en frecuencia entre 20 Hz y 20 kHz y SNR no menor a 100 dB. El altavoz escogido fue el KFC XW 120 de 12 pulgadas de la serie Excelon de Kenwood, el cual posee una frecuencia de resonancia en 20.1 Hz y un Qts de 0.435. Una vez realizada las simulaciones en software se eligió la configuración reflectora de bajos para el gabinete acústico además de determinar que el volumen óptimo de la caja era de 56.6 L. Como material de construcción se hizo uso de MDF de 18 mm de espesor. Para el ducto se utilizó un tubo de PVC de 7.9 mm de diámetro y 55.9 cm de largo. Luego de haber realizado el análisis modal de la estructura, se utilizaron vigas de pino como elementos rigidizantes para optimizar el gabinete. En total se implementaron 6 PCB: 1 para el filtro pasabajos, 3 para el amplificador de poder, 1 para el regulador de ±15 V y 1 para la fuente de poder. Respecto al filtro pasabajos, se implementó en base a la red de cruce Linkwitz Riley de 4to orden (LR4) y con las frecuencias de corte establecidas en los requerimientos. Para proteger a la señal de audio de ruido electromagnético, el PCB del filtro pasabajos fue instalado dentro de una caja de aluminio. Por otro lado, para el amplificador de poder el diseño se basó en el integrado LM3886. Se implementó un amplificador tipo AB de 68 W de potencia de salida máxima. Además, se agregó una etapa de filtro subsónico con frecuencia de corte en 18 Hz y pendiente de 26 dB/oct. Para alimentar al circuito se implementó una fuente lineal que entregara ±34.56 V. además de un regulador que entregara ±15 V. Se realizaron mediciones de respuesta en frecuencia a los PCB implementados. Los resultados arrojaron para el caso del filtro pasabajos un error máximo de 2.08 % en las frecuencias de corte establecidas. Para el caso del amplificador las mediciones mostraron que se consiguió magnitud y fase constante en el ancho de banda de trabajo del subwoofer. Además, a partir de la medición de SNR obtuvimos una diferencia de 90 dB entre el nivel de la señal y el noise floor. Así mismo, también se obtuvo 100 dB en la medición de THD. La medición de la respuesta acústica del sistema total estableció un ancho de banda de entre 30 Hz y 100 Hz. Todos los resultados de las mediciones arrojaron valores aceptables para una unidad de subwoofer de alta fidelidad.Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de una red de cruce activa de tipo y orden variable para altavoces(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012-09-18) Erquínigo Agurto, Ronal Arturo; Moreno Ruíz, Jorge NéstorLa presente tesis consiste en el desarrollo de un prototipo de red de cruce, la cual tendrá características tales como el ser de 3 vías, con salidas para bajos, medios y agudos; el implementar más de un tipo de alineamiento, los cuales serán de tipo Butterworth y Linkwitz - Riley hasta cuarto orden; y el de tener frecuencias de corte configurables. Todas estas características la harían compatible con redes de cruce comerciales. El diseño del circuito implementado está basado en bloques de filtros bajo topologías de filtros analógicos, tal como la topología Sallen-Key. Se utiliza para esto amplificadores operacionales con características adecuadas para audio, así como condensadores y potenciómetros digitales. Estos últimos permitirán obtener diferentes frecuencias de corte, así como los dos tipos de alineamientos mencionados. El control de los potenciómetros lo realiza un microcontrolador, el cual identifica mediante pulsadores la función que el usuario desea implementar. La variación del orden de los filtros hasta cuarto orden se consigue mediante la conexión en cascada de bloques de primer y segundo orden que conforman el circuito. Esta conexión se realiza de forma mecánica mediante configuraciones de jumpers. Se implementa el diseño en una tarjeta doble capa y se realizan sobre este pruebas para identificar las respuestas en frecuencia y el espectro de ruido de fondo en cada salida del circuito. La prueba de respuesta en frecuencia permite identificar las diferentes configuraciones de alineamiento, orden y frecuencias de corte programadas; mientras que la medición del espectro del ruido de fondo permite realizar la caracterización Señal a Ruido del Circuito. Los resultados del prototipo son buenos, consiguiéndose errores aceptables para el uso en audio profesional respecto a las funciones implementadas, así como una relación Señal a Ruido adecuada, la cual se optimizó blindando la tarjeta. Se incluye en los anexos sets de mediciones completas que pueden ser de utilidad para personas que en futuros trabajos requieran revisar esta tesis.Ítem Texto completo enlazado Estudio de la influencia de la pastilla piezoeléctrica en el sonido amplificado de una guitarra acústica con cuerdas de nylon(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-11-09) Torres Vargas, Julián AlejandroEl presente trabajo consiste en un estudio sobre la influencia de una pastilla piezoeléctrica en la calidad del sonido de una guitarra clásica. El mismo fue realizado íntegramente en el laboratorio de Acústica de la Pontificia Universidad Católica del Perú, y está conformado por las siguientes partes: i) El Capítulo 1 describe la problemática que motiva la realización del estudio, la cual consiste en la pérdida de calidad en el timbre de la guitarra clásica, al utilizar para su amplificación o grabación una pastilla piezoeléctrica, en lugar de un micrófono. Se define el problema como una decoloración del sonido natural de la guitarra por parte de la pastilla. ii) El Capítulo 2 abarca todos los conceptos teóricos involucrados en la investigación realizada. Se incluyen brevemente conceptos a cerca del funcionamiento del instrumento y de la pastilla, así como conceptos relacionados al análisis de señales, y el procesamiento de las mismas utilizando filtros digitales. iii) El Capítulo 3 trata sobre la realización de las mediciones realizadas en el laboratorio, las cuales persiguen los objetivos de la investigación: Encontrar la razón por la que la pastilla piezoeléctrica afecta en gran manera el timbre natural de una guitarra clásica, así como proponer la solución a este problema. A lo largo de este capítulo se expone la metodología utilizada en cada medición, así como las gráficas pertinentes de los resultados obtenidos. Se realiza también un análisis en base a cada gráfica presentada. Finalmente, se propone la corrección de la influencia de la pastilla piezoeléctrica en el sonido de la guitarra a través del procesamiento de la señal de la pastilla. Este procesamiento se lleva a cabo de dos formas alternativas: a) Utilizando filtros disponibles en programas editores de audio, y b) procesando la señal con filtros creados por el autor, con ayuda del software científico Matlab. iv) El Capítulo 4 complementa el análisis realizado en el capítulo 3, con respecto a las mediciones y los resultados obtenidos, y a los filtros utilizados en el procesamiento de la señal. Se incluye también una encuesta que evalúa cualitativamente la mejora obtenida al aplicar los diferentes filtros obtenidos. Finalmente, se culmina este capítulo con un análisis de los costos de la investigación realizada. v) El Capítulo 5 presenta las conclusiones del estudio realizado, las cuales siguen los lineamientos de los objetivos planteados. En este capítulo se concluye: a) Con respecto a la pastilla piezoeléctrica, que la razón por la que influye negativamente en la calidad sonora de la guitarra, es debido a su respuesta en frecuencia y a su ubicación, sobre el puente de la guitarra; b) el método más certero para la realización de las mediciones consiste en excitar el puente de la guitarra con ruido blanco, empleando un actuador, de manera que se pueda medir las señales de entrada y salida de la guitarra y pastilla respectivamente; c) La calidad del sonido de la pastilla, una vez procesado con el filtro FIR obtenido con Matlab es muy cercana (sino superior) a aquella obtenida con el programa editor de audio. vi) El Capítulo 6 contiene unos breves párrafos a cerca del trabajo futuro, teniendo como punto de partida la investigación realizada. Se mencionan aspectos como el desarrollo de filtros digitales en procesadores digitales de señales (DSPs), que puedan implementar la solución en tiempo real, y ser ofrecidos en el mercado. Se menciona también la implementación de la solución con filtros analógicos. Asimismo, la corrección del sonido de la pastilla se propone aplicando micrófonos pequeños de mediana calidad al interior de la boca de la guitarra, con el fin de que complementen la señal entregada por la pastilla, al captar principalmente las bajas frecuencias del instrumento, que son la principal carencia del transductor.