INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL -...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ÉLECTRICA.

UNIDAD ZACATENCO

“DISEÑO DE UN SISTEMA DE AUDIO DISTRIBUIDO, BASADO EN UN SISTEMA DE VOLTAJE CONSTANTE

PARA LOS LABORATORIOS DE LA ESIME ZACATENCO”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

P R E S E N T A N

GARCÍA MARTÍNEZ PABLO CESAR VIVAS PADILLA JOSÉ MANUEL

A S E S O R E S

ING. ILHUICAMINA SERVÍN RIVAS ING. JOAQUIN CONTRERAS ESTRADA

MÉXICO, D.F, 2011

Diseño de un sistema de audio distribuido, basado en un sistema de voltaje constante para los Laboratorios de Acústica de la ESIME Zacatenco

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INDICE

Pág.

Objetivo 5 Justificación 5 Antecedentes 6 CAPITULO 1: MARCO TEÓRICO 8

1.1. Conceptos generales 8 1.1.1. Sonido 8

1.1.1.1. Características físicas 8 1.1.1.1.1. Frecuencia 8 1.1.1.1.2. Amplitud 8 1.1.1.1.3. Intensidad 8 1.1.1.1.4. Timbre 9 1.1.1.1.5. Velocidad 9 1.1.1.1.6. Tono 9

1.1.2. Ruido 9 1.1.2.1. Tipos de ruido según la intensidad y el periodo 9

1.1.2.1.1. Ruido continuo o constante 9 1.1.2.1.2. Ruido fluctuante 10 1.1.2.1.3. Ruido impulsivo 10

1.1.2.2. Tipos de ruido según su frecuencia 10 1.1.2.2.1. Ruido blanco 10 1.1.2.2.2. Ruido rosa 10

1.1.3. Voz humana 10 1.1.3.1. Los tipos de voz y las cuerdas vocales 11

1.1.4. Micrófono 11 1.1.5. Altavoz 11

1.1.5.1. Conexión de altavoces 12 1.1.6. Transformador 12 1.1.7. Amplificador 13

1.2. Sistemas de audio distribuido 13 1.2.1. Funcionalidad 13 1.2.2. Componentes principales de un sistema de audio distribuido 14 1.2.3. Funcionamiento de un sistema de voltaje constante 14 1.2.4. Tipos de voltaje constante 15 1.2.5. Ventajas de las líneas de 70 V 16 1.2.6. Amplificador de voltaje constante 17 1.2.7. Altavoces con transformador acoplado 18 1.2.8. Funcionamiento de un transformador con diferentes cargas 18


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1.3. Inteligibilidad de la palabra 19 1.3.1. Pérdida de articulación de las consonantes 19 1.3.2. Causas que pueden reducir la inteligibilidad 22

1.4. Instalación de altavoces en recintos cerrados 24 1.5. Complementos del audio distribuido 26

1.5.1. Alarma 26 1.5.2. Ambientación sonora 26

CAPITULO 2 DISEÑO DEL SISTEMA DE AUDIO DISTRIBUIDO 27

2.1 Criterios a considerar 27 2.1.1 Equipamiento de audio 29 2.1.2 Conexión de altavoces 29 2.1.3 Elección de altavoces en alta impedancia 30

2.2 Determinación de ruido de fondo 30 2.2.1 Ubicación de aéreas para medir ruido de fondo 31 2.2.2 Cálculos de ruido de fondo para planta tercer nivel 33

2.2.2.1 Cálculo del promedio del nivel de presión acústica (NPA) 34

2.2.3 Cálculos de ruido de fondo para planta segundo nivel 36 2.2.3.1 Cálculo del promedio del nivel de presión acústica (NPA) 37

2.3 Criterios de valoración para la elección de equipo 38 2.3.1 Parámetros de postura 40

2.3.2 Elección de altavoces 41 2.3.2.1 Elección de altavoz de rejilla de plafón 41 2.3.2.2 Elección de altavoz colgante 43

2.2.4 Determinación de la distribución de altavoces 44 2.4 Experimento con prototipo 45

2.4.1 Material 45 2.4.2 Desarrollo del prototipo 45 2.4.3 Comprobación de distancia entre altavoces 46

2.4.3.1 Consideración de los criterios de superposición, para nuestro diseño 49

2.4.4 Prueba de potencias 50 2.4.4.1 Consideración de potencia 51

2.4.5 Comprobación de voltajes 54 2.5 Distribución del diseño 57

2.5.1.1 Distribución de altavoces 57 2.5.2 Distribución de altavoces en tercer nivel 58 2.5.3 Distribución de altavoces en segundo nivel 59 2.5.4 Elección de potencia para cada altavoz 61 2.5.5 Cobertura de tercer nivel 62 2.5.6 Cobertura de segundo nivel 63 2.5.7 Equipo de procesamiento 63

2.5.7.1 Control de señales 64 2.5.8 Amplificadores 65


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2.5.9 Micrófono 67 2.5.10 Cuarto de control 68

2.6 Instalación e interconexión 70 2.6.1 Cable 70 2.6.2 Colocación de altavoces y trayectorias de instalación de ductos 71 2.6.3 Conexión de altavoces 72 2.6.4 Instalación de amplificadores 74 2.6.5 Instalación de micrófono 75 2.6.6 Instalación del selector de canales 76

2.7 Tendencias de los sistemas de audio distribuido 77 2.7.1 Sistema de audio distribuido multizona 77 2.7.2 Sistema de audio distribuido IP 78 2.7.3 Sistema de interfonía IP 80

3 ANÁLISIS ECONÓMICO 81 3.1 Costos de material y equipo 81 3.2 Costos de ingeniería y mano de obra 82 3.3 Costo total del proyecto 83

4 CONCLUSIONES 84

5 REFERENCIAS 85

6 ANEXOS 86


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Objetivo

Diseñar un sistema de audio distribuido, utilizando el sistema de voltaje constante, para los Laboratorios de la Academia de Acústica de la ESIME, Zacatenco, capaz de brindar servicio de música ambiental, voceo y alarma para estos espacios, así como la realización de un prototipo para la demostración del sistema.

Justificación

La intención del proyecto es implementar un sistema de audio distribuido capaz de brindar un servicio de voceo, ambientación y sistemas de alarma, en los Laboratorios de Acústica, de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Zacatenco.

Este proyecto será diseñado pensando en las necesidades que existen en una comunicación más accesible entre los diferentes espacios de la Academia de Acústica. Considerando la nueva distribución de áreas de los Laboratorios de Acústica, ya que es de gran importancia que existan en ciertos lugares servicio de voceo en todas las áreas de trabajo y con un sistema de alarma integrado para prevención de accidentes en caso de siniestros. Además aprovechando el sistema, también se ambientará musicalmente estos espacios, con fin de ayudar a la relajación o al confort de maestros y alumnos.


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Antecedentes

Los sistemas de voltaje constante se comenzaron a dar a conocer a fines del año 1920 y comienzos de 1930, siendo tomado este sistema de distribución como estándar en Estados Unidos por la "American Radio Manufaturers Association” en Julio de 1949.

Los sistemas de voltaje constante fueron creados con el propósito de poder conectar altavoces a una gran distancia del amplificador y/o conectar una gran cantidad de altavoces a un solo amplificador. Fueron desarrollados para permitir un diseño e instalación fácil de cualquier sistema de sonido distribuido, siendo los más comunes los de 25 V, 70.7 V y 100 V. La gran mayoría de los sistemas de distribución fabricados en Estados Unidos hacen empleo de líneas de 70.7 V, en cambio en Europa son más comunes las líneas de 100 V.

El sistema de voltaje constante, es el método más utilizado en la actualidad para lograr sistemas de audio distribuido eficientes, que surgen con la demanda de diseñar técnicas de conexión de gran cantidad de altavoces en una línea, para la intercomunicación, ambientación, sistemas de alarma y voceo. Son utilizados principalmente para el refuerzo sonoro de lugares públicos, donde la necesidad de cubrir grandes extensiones de área no puede ser realizada por otros sistemas de audio en forma tan eficiente.


Este tipo de sistemas ha tenido un auge muy importante en su aplicación ya que actualmente se pueden encontrar en hospitales, aeropuertos, central de autobuses, hoteles, centros comerciales y empresas. En la Fig. 1 se muestra un esquema básico de un sistema de voltaje constante.

Fig. 1 Diagrama de un sistema de línea de 70 V.

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1 Marco Teórico

1.1 Conceptos generales

1.1.1 Sonido

Es una alteración en presión, que se propaga en un medio elástico.

1.1.1.1 Características físicas

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse subjetivamente especificando tres características de su percepción: el tono, la intensidad y el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o forma de onda. El ruido es un sonido complejo, una mezcla de diferentes frecuencias o notas sin relación armónica.

1.1.1.1.1 Frecuencia

Es una relación de repetición de ciclos en un fenómeno periódico. Es la inversa del período. Su unidad es el Hz. Está basada en la frecuencia de 440 Hz; esta frecuencia también recibe el nombre de altura tonal.

1.1.1.1.2 Amplitud

La amplitud de una onda de sonido es el grado de movimiento de las moléculas de aire en la onda, que corresponde a la intensidad del enrarecimiento y compresión que la acompañan.

1.1.1.1.3 Intensidad Acústica

La intensidad acústica en un punto, en una dirección determinada, es la energía acústica media transmitida por unidad de tiempo en la dirección considerada por unidad de superficie normal a dicha dirección en ese punto.


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1.1.1.1.4 Timbre

El timbre es la cualidad de la sensación sonora que permite establecer la proveniencia de los diferentes sonidos y ruidos.

1.1.1.1.5 Velocidad

La frecuencia de una onda de sonido es una medida del número de vibraciones por segundo de un punto determinado. La distancia entre dos compresiones o dos enrarecimientos sucesivos de la onda se denomina longitud de onda. El producto de la longitud de1cf onda y la frecuencia es igual a la velocidad de propagación de la onda, que es la misma para sonidos de cualquier frecuencia (cuando el sonido se propaga por el mismo medio a la misma temperatura).

1.1.1.1.6 Tono

Es una característica que da una sensación definida de frecuencia, está comprendido dentro del margen audible entre 20 y 20000 Hz.

1.1.2 Ruido

Sonido no deseado por el perceptor, que interfiere en la percepción del sonido que se está interesado en percibir.

Se pueden hacer dos clasificaciones diferentes de ruido acústico, las mismas se podrían hacer con cualquier otro ruido

1. En función de la intensidad en conjunción con el periodo.

2. En función de la frecuencia.

1.1.2.1 Tipos de ruidos según la intensidad y el periodo

1.1.2.1.1 Ruido continuo o constante

El ruido continúo o constante es aquel ruido cuya intensidad permanece constante o presenta pequeñas fluctuaciones (menores a 5 dB) a lo largo del tiempo. Una cosa bastante importante es que el ruido es homogéneo y superficial es un sinónimo a sonido.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_sonido

http://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%ADodo_de_oscilaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_continuo



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1.1.2.1.2 Ruido fluctuante

El ruido fluctuante es aquel ruido cuya intensidad varía a lo largo del tiempo. Las fluctuaciones pueden ser periódicas o aleatorias.

1.1.2.1.3 Ruido impulsivo

El ruido impulsivo es aquel ruido cuya intensidad aumenta bruscamente durante un impulso. La duración de este impulso es breve, en comparación con el tiempo que transcurre entre un impulso y otro. Suele ser bastante más molesto que el ruido continuo.

1.1.2.2 Tipo de ruido según su frecuencia

1.1.2.2.1 Ruido blanco

Se refiere a la señal cuyo espectro es por bandas de octavas tiene una pendiente de +3 dB/octavas.

1.1.2.2.2 Ruido rosa

Este ruido tiene un espectro por bandas de octava con una pendiente de 0 dB/octavas.

1.1.3 Voz humana

La voz humana consiste en un sonido producido por un ser humano usando las cuerdas vocales, para hablar, cantar, reír, llorar, gritar, etc. La voz humana es específicamente la parte de la producción de sonido humano en la que las cuerdas vocales son la fuente primaria de sonido. Hablando de forma general, la voz se produce en cuatro partes: pulmones, cuerdas vocales y 'articuladores'. Los pulmones deben producir un flujo de aire adecuado para que las cuerdas vocales vibren (el aire es el combustible de la voz). Las cuerdas vocales son los vibradores, unidades neuromusculares que realizan un 'ajuste fino' de tono y timbre. Los articuladores (tracto vocal) consisten en lengua, paladar, mejilla, labios, etc. y articulan y filtran el sonido.

Las cuerdas vocales, en combinación con los articulares, son capaces de producir grandes rangos de sonidos. El tono de la voz se puede modular para sugerir emociones tales como ira, sorpresa, o felicidad. Los cantantes usan la voz (música) humana como un instrumento para crear música.

http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_fluctuante


http://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_impulsivo


http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido

http://es.wikipedia.org/wiki/Ser_humano

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuerdas_vocales

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuerdas_vocales

http://es.wikipedia.org/wiki/Pulmones

http://es.wikipedia.org/wiki/Tono_(m%C3%BAsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Timbre_(ac%C3%BAstica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Lengua

http://es.wikipedia.org/wiki/Paladar

http://es.wikipedia.org/wiki/Mejilla

http://es.wikipedia.org/wiki/Labio

http://es.wikipedia.org/wiki/Emoci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Ira

http://es.wikipedia.org/wiki/Sorpresa

http://es.wikipedia.org/wiki/Felicidad

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsica


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1.1.3.1 Los tipos de voz y las cuerdas vocales

Hombres y mujeres tienen tamaños diferentes de cuerdas vocales. La voz de los hombres adultos tienen habitualmente un tono más bajo y tienen cuerdas más grandes a diferencia de las mujeres que tienen un tono más alto y cuerdas más delgadas.

En ambos sexos, las cuerdas se encuentran dentro de la laringe. Están sujetas en su parte de atrás (la parte más cercana a la espina dorsal) al cartílago aritenoide y a la parte delantera (la parte debajo de la barbilla) al cartílago de la tiroides. No tienen borde externo ya que se funden con un lado del tubo mientras que los bordes internos están sueltos para poder vibrar libremente.

La diferencia en tamaño de las cuerdas vocales masculina y femenina hace que se tengan distintos tonos de voz.

1.1.4 Micrófono

Es un transductor electroacústico que recibe una señal acústica (a su entrada) y proporciona a la salida oscilaciones eléctricas equivalentes.

1.1.5 Altavoz

Transductor electroacústico que opera desde un sistema eléctrico a un sistema acústico, concebido para radiar al espacio potencia acústica (sonido).

http://es.wikipedia.org/wiki/Laringe

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cart%C3%ADlago_aritenoide&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Cart%C3%ADlago_tiroides


1.1.5.1 Conexión de altavoces

La impedancia de los altavoces conectados en serie es la suma de las impedancias instaladas, como se muestra en la Fig. 1.1.

Fig. 1.1 Conexión en serie

La impedancia de los altavoces conectados en paralelo es la resultante de la división de la impedancia nominal del altavoz por el número de altavoces (cuando todos los altavoces tienen la misma impedancia), Fig. 1.2.

Fig. 1.2 Conexión en paralelo

1.1.6 Trasformador

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna.

La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Los transformadores reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

Los transformadores están basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce.

Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

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http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencial

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro


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1.1.7 Amplificador

Un amplificador es un circuito electrónico que normalmente forma parte de los equipos de audio. Su función es incrementar la intensidad de corriente, la tensión o la potencia de la señal que se le aplica a su entrada, obteniéndose la señal aumentada a la salida. Para amplificar una señal es necesario obtener la energía de una fuente de alimentación externa.

1.2 Sistema de audio distribuido

Los sistemas de audio distribuido están diseñados para sonorizar varios espacios, siempre y cuando se esté dispuesto a sacrificar calidad por cantidad. Estos sistemas ofrecen una manera económica de distribución de audio.

Los sistemas de audio distribuido están compuestos por una o varias fuentes de audio que se amplifican y salen a través de una línea de voltaje constante que distribuirá la señal a las diferentes zonas a sonorizar.

Las aplicaciones y ventajas de manejar audio distribuido son muchas, algunos ejemplos reales se encuentran en centros comerciales, hospitales, cines, escuelas, y lugares de gran concurrencia.

1.2.1 Funcionalidad

Un sistema de distribución de audio de voltaje constante es realmente muy sencillo de implementar, una vez que se entiende el concepto básico.

La mayoría de los amplificadores de audio pueden manejar una impedancia de salida de hasta 4 Ω (a veces 2 Ω). Sin embargo, casi todos los altavoces tienen una impedancia de 8 Ω (a veces 4 Ω). Una vez que se conectan dos altavoces de 8 Ω en paralelo, se alcanza el límite de 4 Ω del amplificador. Si se les conecta en serie, se obtendrán 16 Ω que es una impedancia segura para el amplificador, pero ineficaz en términos de transferencia de potencia.

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Voltaje

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_alimentaci%C3%B3n


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1.2.2 Componentes principales de un sistema de audio distribuido

1) Amplificador con salida de voltaje constante: Se trata de un amplificador que se utiliza para conectar todos los altavoces. Una salida de línea (o auxiliar) o fuente principal se conecta a la de entrada auxiliar en el amplificador.

2) Atenuadores locales (controles de volumen): Aunque estos componentes son opcionales, son usados con mucha frecuencia para ajustar el volumen en cada espacio de forma independiente. 3) Transformadores de voltaje constante: Este es el componente que aumenta la impedancia del altavoz, permitiéndole conectarse a un gran número de altavoces en paralelo usando el mismo amplificador de distribución. El transformador tiene un lado primario consistente de varios cables que representan diferente potencia y un lado secundario con dos cables.

4) Altavoces: Son los que cubrirán de sonido cada espacio. Existen diferentes tipos de colocación y distribución.

1.2.3 Funcionamiento de un sistema de voltaje constante

Las empresas de energía eléctrica desarrollaron una excelente idea para disminuir la pérdida de potencia en las líneas de energía, la cual ha sido aplicada al audio. Cuando trasladan energía de un lugar a otro, atravesando cientos de kilómetros de cable, minimizan la pérdida de potencia, producto de la resistencia del cable, elevando el voltaje y disminuyendo la corriente. De esta manera se resolvió el problema de distribución, pero entendiendo bien que lo que realmente se quería distribuir era potencia y no voltaje. Como el valor de la potencia no cambia con las variaciones de los valores del voltaje y la corriente, siempre que se mantenga su razón, se pueden variar sus valores sin producir cambios en el valor de la potencia. Por ejemplo, 100 W son siempre 100 W, si uno recibe 10 V y 10 A, en términos de potencia va a ser lo mismo recibir 100 V y 1 A.

La idea de las compañías eléctricas, fue utilizar un transformador elevador en la estación generadora y luego un transformador reductor en el lugar receptor de la energía. Esto reduce la pérdida de potencia, debido a que la pérdida se produce por la resistencia que presenta el conductor al paso de la corriente, aumentando la pérdida con el cuadrado de la corriente.


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La misma solución fue aplicada al audio, con el nombre de sistema de voltaje constante. En forma análoga a lo que hicieron las compañías eléctricas, en este sistema se le acopla un transformador elevador a la salida del amplificador (estación generadora) y un transformador reductor en la entrada de cada altavoz (estación reductora).

1.2.4 Tipos de voltaje constante

Hay dudas sobre cuál es el origen del término, aunque probablemente derive de que los diferentes amplificadores que se utilizan tienen la misma tensión eléctrica de salida, que suele ser de 100 V en Europa y 70,7 V (que se suele escribir simplemente como 70 V) en los EUA. A veces también reciben el apelativo de "sistemas de alta impedancia" ya que los altavoces utilizados pueden llegar a impedancias de incluso varios miles de ohms (Ω), en comparación con los sistemas de baja impedancia en los que es raro ver una carga superior a los 16 Ω. También se habla de "sistemas de línea distribuida" así como de "sistemas de línea de 100 V" (o 70 V), lo que da lugar a la abreviatura de "sistemas de línea".

Los 100 ó 70 volts son voltajes altos teniendo en cuenta que los altavoces suelen ser de baja potencia. Para conseguir estos voltajes altos con amplificadores que no los generan con su electrónica de potencia, se utiliza un transformador elevador a la salida de cada canal del amplificador. Aquellos amplificadores que están diseñados específicamente para líneas de voltaje constante lo llevan integrado, aunque en ocasiones se utilizan también transformadores externos acoplados a amplificadores convencionales. Estos transformadores elevadores habitualmente cuentan con varios bobinados que permiten obtener salida tanto de 70 V como de 100 V, y a veces también de 25 V, que es una tensión baja usada en los EUA porque permite una seguridad eléctrica menor a efectos legales. Menos común aún es el uso de líneas de 50 V.

Si se pudiera elegir entre 70 o 100 V elegiremos usar líneas de 100 V, ya que el mayor voltaje permitirá reducir las pérdidas del cable o utilizar cable de menor calibre, (y por tanto de menor costo). Para casos extremos, la mayor parte de los amplificadores para aplicaciones de voltaje constante que cuentan con dos o más canales permiten juntar dos canales en modo puente, obteniendo 140 V o 200 V de salida, en cuyo caso la potencia de los altavoces será cuatro veces más de lo que indique su posición para el voltaje sin puentear; por ejemplo, la posición de 15 W para 100 V correspondería a 60 W para 200 V, debiéndose evitar que pueda haber personas que, desconociendo el modo puente del sistema, seleccionen las posiciones de mayor potencia de los altavoces.


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1.2.5 Ventajas de las líneas de 70 V

1. Minimizar las pérdidas del cableado o reducir el costo de la instalación.

Las pérdidas de potencia del cable son función de la corriente al cuadrado y por lo tanto se puede elevar el voltaje reduciendo así significativamente la intensidad de corriente que viaja por la línea de altavoces, y reducirlo al llegar al altavoz; con ello se habrá conseguido reducir la pérdida de potencia producida por el cable, o bien se podrá usar un cable de menor calibre. Es un proceso similar al del transporte de la electricidad por parte de las compañías eléctricas, que la transportan a varias decenas de miles de volts y luego la reducen a 230 V o 115 V (con lo cual la corriente sube) al llegar a nuestras casas.

2. Permitir la conexión de muchos altavoces de poca potencia

Con impedancias como 8 ó 16 Ω resulta difícil conectar un gran número de altavoces en paralelo, y las conexiones en serie se evitan, ya que el fallo de una unidad repercute en todas las demás. Sin embargo, en los sistemas de voltaje constante se pueden llegar a conectar varios altavoces en paralelo.

3. Cálculo sencillo de la instalación

Calcular la potencia del amplificador necesario es sencillo: sólo hay que sumar la potencia de entrada de cada una de los altavoces conectadas a una misma línea y elegir un amplificador que tenga una capacidad potencia de salida igual o superior (añadiendo opcionalmente un factor de sobredimensionado). En este sentido es igual que la instalación eléctrica de un domicilio; solamente hay que asegurarse de que la potencia disponible de la línea sea suficiente para la suma de aparatos conectada a ella.


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4. Flexibilidad

Los transformadores de los altavoces, para líneas de voltaje constante suelen permitir elegir entre varias potencias de entrada. Ello permite seleccionar diferentes niveles para diferentes zonas de forma simple. Se puede jugar con las potencias de entrada de un sistema para dar más volumen a unas zonas y menos volumen a otras de forma sencilla. Por ejemplo, podría asignarse a la sección juvenil de una zona comercial más potencia que a las áreas destinadas a un público adulto que no desea escuchar música a un volumen tan elevado. Y esos ajustes podrían cambiarse fácilmente si cambiasen las necesidades de volumen en cada zona.

1.2.6 Amplificador de voltaje constante

Los amplificadores de voltaje constante no desarrollan siempre un voltaje constante en su salida como se podría pensar, por lo que el término “voltaje constante” puede ser confuso, lo que en verdad sucede es que el amplificador desarrolla el voltaje indicado en sus especificaciones cuando entrega toda la potencia en su salida. Por ejemplo, un amplificador de voltaje constante de 70.7 V funciona a ese voltaje cuando opera con todo su potencia, por lo que el término más correcto podría ser “amplificador de alto voltaje”.

Se debe considerar, por ejemplo, en el caso de un amplificador de 70.7 V, que el amplificador puede alcanzar un nivel máximo de 100 V en su salida, por lo que el término 70.7 V se refiere a un valor RMS (valor efectivo), pero es comúnmente llamado amplificador de 70 V.

Los amplificadores de voltaje constante utilizan un transformador elevador acoplado a su salida. Gracias a esto, se logra disminuir la corriente que circula en la línea, obteniendo como resultado una pérdida mucho menor.

En caso de utilizar un amplificador de potencia que no ha sido diseñado para funcionar en un sistema de voltaje constante, es necesario acoplarle un transformador de voltaje a su salida en forma externa. Los transformadores que se utilizan para esto, son transformadores que están especialmente diseñados para esta función, los que se caracterizan por tener varios terminales de salida, cada uno destinado para un voltaje constante diferente.


Fig. 1.3 Diagrama de una trasformador acoplado a la salida de un Amplificador

Normalmente, en los amplificadores de voltaje constante se puede seleccionar el voltaje en el que se desea que trabajen. Los más comunes son 25 V, 70.7 V, 100 V, además de poseer una salida para conectar cargas de 8 Ω.

Se debe considerar que el voltaje de salida será el mismo para amplificadores de voltajes iguales, pero de potencias distintas. Esto quiere decir, que si se tienen diferentes amplificadores que entregan potencias distintas - por ejemplo uno de 500 W, otro de 100 W y uno de 10 W – pero diseñados para un mismo voltaje - por ejemplo 70 V - el voltaje máximo que presentará cada uno en su salida será 70 V.

1.2.7 Altavoces con trasformador acoplado

Los transformadores acoplados a los altavoces poseen varias terminales, cada una de diferente color. Donde cada terminal posee características propias en cuanto a la potencia que consumen y su impedancia.

1.2.8 Funcionamiento de un transformador con diferentes cargas

En muchos casos se debe acoplar un transformador externo a un altavoz común, por lo que se debe tomar en cuenta el valor de la impedancia del altavoz para determinar el funcionamiento que presentará el transformador. Los transformadores a veces no indican en sus especificaciones su funcionamiento con diferentes cargas, por lo que se deben determinar los cambios que sufrirá el transformador.

• Transformador con un secundario de 2 Ω

i) Conectando un altavoz de 2 Ω al secundario, el transformador consumirá la potencia indicada en sus especificaciones.

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ii) Conectando un altavoz de 4 Ω al secundario, el transformador consumirá la mitad de la potencia indicada en sus especificaciones.

iii) Conectando un altavoz de 8 Ω al secundario, el transformador consumirá una cuarta parte de la potencia indicada en sus especificaciones.


i) Conectando un altavoz de 2 Ω al secundario, el transformador consumirá 2 veces la potencia indicada en sus especificaciones.

ii) Conectando un altavoz de 4 Ω al secundario, el transformador consumirá la potencia indicada en sus especificaciones.

iii) Conectando un altavoz de 8 Ω al secundario, el transformador consumirá la mitad de la potencia indicada en sus especificaciones.


i) Conectando un altavoz de 2 Ω al secundario, el transformador consumirá 4 veces la potencia indicada en sus especificaciones.

ii) Conectando un altavoz de 4 Ω al secundario, el transformador consumirá 2 veces la potencia indicada en sus especificaciones.

iii) Conectando un altavoz de 8 Ω al secundario, el transformador consumirá la potencia indicada en sus especificaciones

Nota: La potencia que consuma el transformador de la línea de potencia no debe exceder por ningún motivo la potencia máxima indicada en el transformador ya que podría dañar el sistema o los trasformadores de los altavoces.


1.3 Inteligibilidad de la palabra

La inteligibilidad de la palabra se puede definir como el conjunto de cualidades que ha de poseer el sonido que se recibe de un orador o de un sistema de “refuerzo de voz”, para que la comprensión de la información que contiene sea óptima, siendo uno de los parámetros que más se relaciona con el diseño de un sistema de audio, por lo que es importante ser capaz de predecirla antes de la implementación.

La pérdida de articulación de consonantes que se abrevia %ALCons y es uno de los métodos que se utilizan para medir la inteligibilidad de la palabra en una instalación electroacústica. Los resultados se expresan en % de pérdida de consonantes, ya que son estas letras las que determinan principalmente el significado de las palabras.

1.3.1 Pérdida de articulación de las consonantes

Haciendo uso de la teoría acústica estadística, Peutz dedujo que el valor de %ALCons en un

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punto dado se podía determinar a partir de las expresiones:

(1.1)

Dónde:

D2: Distancia desde el altavoz al auditor más lejano (pies)

T60

: Tiempo de reverberación (segundos)

V: Volumen de la habitación (pies cúbicos)

Q: Directividad del orador del sistema altavoces

M: es la Dc modificada (normalmente toma el valor 1)

Usualmente él %ALCons se calcula en la banda de 2kHz, por tratarse de la banda de máxima contribución a la inteligibilidad de la palabra.

La inteligibilidad ha sido clasificada según el valor del porcentaje de %Alcons. Según Peutz, los porcentajes límites para pasar de un estado a otro son:

QM VT D 656 %ALCons

2602=


Tabla 1.1 Calidad de inteligibilidad

Comparando los valores recomendados por Peutz con los datos conocidos de muchas instalaciones, un %Alcons de un 15 % es considerado como un valor límite para un trabajo práctico.

Se puede apreciar que la ecuación que propuso Peutz no considera el ruido de fondo. Para corregir esto se puede usar el gráfico de la Figura 1.4, el cual muestra la Alcons en función del T

60 y de la relación señal ruido (S/N).

Figura 1.4 Efecto de la señal /ruido en la Alcons

21

Como la inteligibilidad de la palabra depende directamente del tiempo de reverberación, la Tabla 1.2 indica la inteligibilidad que se puede lograr con diferentes T

60, la que se muestra

a continuación.


Tabla 1.2 Inteligibilidad alcanzable con distintos T60

1.3.2 Causas que pueden reducir la inteligibilidad

Hay seis factores clave que determinan directamente la pérdida de inteligibilidad en una instalación de audio distribuido:

1. Que el nivel de sonido producido por la instalación no sea suficientemente grande en relación con el ruido ambiente.

2. Que el nivel tiempo de reverberación de la sala sea grande, por ejemplo de 2 a 3 segundos.

3. Que el nivel oyente esté muy alejado del altavoz, por lo que oirá un mayor porcentaje de sonido reverberante.

4. Mala alineación de los parlantes.

5. Reflexiones en objetos muy próximos al altavoz (hasta 1m.)

6. Reflexiones de gran energía que lleguen retrasadas más de 50 o 100 metros respecto al sonido directo. Se considera “eco”.

Las recomendaciones apropiadas para evitar o reducir estos factores negativos serán:

22

Elegir la potencia de instalación y la disposición y rendimiento de los altavoces de forma que el sistema de audio distribuido supere en 10 a 25 dB del nivel sonoro del ruido ambiente.


23

Si el tiempo de reverberación es muy grande habrá que utilizar parlantes con alta directividad (Q) como columnas, bocinas o agrupaciones de parlantes y concentrar el haz sonoro sobre la audiencia, manteniendo la distancia altavoz – oyente lo más corta posible.

Reducir las distancias altavoz – audiencia.

Cuando se instalen dos o más altavoces juntos, es muy importante que sus centros acústicos queden alineados, es decir, a la misma distancia del área de escucha.

• Evitar que el haz sonoro de cualquier altavoz choque con objetos próximos (paredes, columnas, techos, etc.)

No enfocar el haz sonoro hacia grandes objetos reflectantes (paredes, cristaleras, etc.) que puedan retornar un eco. Esto ocurre si la reflexión recorre una trayectoria más larga que la del sonido directo en 17 m o más.

La banda comprendida entre 300 Hz y 3000 Hz es fundamental; dentro de esta gama las frecuencias cercanas a 2000 Hz son las que aportan el mayor porcentaje de información.


24

1.4 Instalación de altavoces en recintos cerrados

En la variedad de recintos cerrados, existen instalaciones que varían enormemente. La altura de techo, volumen, materiales, recubrimientos, nivel de ruido, etc., obligan a considerar diversas soluciones.

Antes de proceder a la instalación, habrá que considerar:

Distancia entre amplificador y altavoces para realizar la instalación en Z baja o en Z alta.

Configuración de la sala. Nivel de sonido en el recinto y calidad deseada para seleccionar el tipo de altavoz a usar: esfera colgante, columna sonora, proyector, caja acústica.

Reverberación del local y ruido ambiental. para instalar más o menos altavoces y situación de los mismos. En locales muy reverberantes y ruidosos habrá que distribuir más altavoces, de manera que todos los oyentes estén situados dentro de la radiación directa de al menos un altavoz.

Necesidades en cuanto a palabra, música, micrófonos, etc., para seleccionar los modelos más adecuados de amplificadores, micrófonos, etc.

Para evitar la retroalimentación y la generación de oscilaciones no se deben situar nunca los micrófonos dentro del haz de radiación directa de los altavoces. La distribución regular de altavoces debe proporcionar un nivel de sonido aproximadamente en toda la zona de audiencia. Se deben evitar reflexiones que provoquen que el mensaje hablado sea ininteligible. Todo los oyentes deben estar dentro del haz directo de sonido de al menos un altavoz. Si existe un orador se debe colocar uno o varios altavoces cerca de su posición para identificar en el mismo lugar al orador y la fuente sonora.

El altavoz de techo es una solución generalmente válida para cualquier recinto, siempre que la altura de techo no sea excesiva (máximo. 4 metros). Para calcular el número de altavoces se puede considerar como norma general que la distancia entre altavoces debe ser el doble de la altura que hay entre un plano imaginario situado entre el oído de los oyentes y el techo. La colocación en el techo podrá ser en zig-zag o en una malla rectangular. La potencia de los altavoces se selecciona en función del nivel de volumen deseado. La gama de altavoces de techo comprende toda clase de tamaños y potencias para todo tipo de instalaciones.


25

En locales de grandes dimensiones y sobre todo si los techos son altos, como ocurre en la mayoría de las iglesias, se recomienda el uso de columnas sonoras en las paredes o en las columnas. En este tipo de recintos que habitualmente están recubiertos de materiales muy poco absorbentes y por lo tanto presentan problemas de reverberación, hay que tratar de evitar el efecto de la misma, ya que de lo contrario la palabra puede llegar a ser ininteligible por acumulación de señales acústicas reflejadas.

Para evitar la resonancia, las columnas deben instalarse bajas (el centro de la columna a unos 2 m del suelo como máximo) y dirigidas hacia la zona de audiencia para evitar la dispersión del sonido hacia arriba. Con el fin de evitar tener que dar mucho volumen, es necesario aumentar el número de columnas de forma que todos los oyentes tengan una o dos columnas cerca para que estén situadas dentro de la radiación directa de los altavoces y puedan oír a muy bajo volumen, con lo que la reverberación será mucho menor.

Existen ciertos tipos de altavoces especiales para recintos particularmente grandes, donde no hay columnas centrales, y resonantes (pabellones, polideportivos, naves, etc.) de tipo esfera sonora colgante. Las zonas que queden pobres o deficientemente sonorizadas, siempre pueden complementarse con pequeñas columnas.

La potencia del amplificador dependerá del nivel de sonido deseado en el recinto. Viene determinado por el nivel de ruido de fondo, así como del tipo de altavoces que se utilicen.


26

1.5 COMPLEMENTOS DEL AUDIO DISTRIBUIDO

1.5.1 Sistema de alarma

Un sistema de alarma es un elemento de seguridad pasiva. Esto significa que no evitan una situación anormal, pero sí son capaces de advertir de ella, cumpliendo así, una función disuasoria frente a posibles problemas. Por ejemplo: La intrusión de personas, el inicio de un incendio, el desbordamiento de un tanque, la presencia de agentes tóxicos, cualquier situación que sea anormal o riesgos para el usuario.

Son capaces además de reducir el tiempo de ejecución de las acciones a tomar en función del problema presentado, reduciendo así las pérdidas materiales y de vidas.

1.5.2 Ambientación sonora

El ambiente sonoro es lo que da cuerpo al sonido. Lo contextualiza, permitiendo al oyente situarse.

La ambientación sonora es la recreación de un paisaje sonoro. Sin embargo, aunque lo sonoro siempre hace referencia a un entorno real, la ambientación sonora puede ser la recreación de un espacio que no existe, fruto de la fantasía de quien lo diseña.

La ambientación puede ser:

1. Objetiva: Reproduce los sonidos tal y como se escucharían en el ámbito donde la escena tiene lugar.

2. Representativa: Sin ser los sonidos que habría, se escucharían en el ámbito donde la escena tiene lugar, hacen alusión a los mismos y permiten representarlos.

3. Subjetiva: El entorno sonoro ya no es un entorno real, sino un entorno imaginado.

http://es.wikipedia.org/wiki/Seguridad

http://es.wikipedia.org/wiki/Sonido

http://es.wikipedia.org/wiki/Paisaje_sonoro


27

2 DISEÑO DEL SISTEMA DE AUDIO DISTRIBUIDO

2.1 Criterios a considerar

A la hora de efectuar nuestra instalación de audio distribuido con línea de 70 V, naturalmente, se consideran las condiciones ambientales y el entorno en que se realizará la instalación, mostrando los espacios considerados en la Figura 2.1.

Un sistema de este tipo pretende reproducir una señal sonora para que sea escuchada en una zona amplia. El oído humano responde a un conjunto de frecuencias entre 20 Hz y 20000 Hz (20 KHz). La mayor parte de las instalaciones de audio distribuido se utilizan solo para difusión de la palabra o para música con calidad media, por lo que es suficiente trabajar en una banda de frecuencia entre 100 Hz y 10 KHz para asegurar una calidad aceptable del mensaje reproducido1.

Es importante para que el sistema obtenga una distribución de sonido lo más uniforme posible en el área de audiencia, por lo que los altavoces deben ser colocados sobre el área a sonorizar para evitar zonas con alto nivel de salida, que provocarían molestias al oyente en las proximidades de los altavoces. También se debe evitar zonas con poco nivel. Cuando el sistema se aplique a la reproducción de la palabra se tiene que asegurar que la inteligibilidad sea buena para una comprensión del mensaje. Para ello se busca reducir el ruido de fondo.

1http://saltronic.wordpress.com/2009/03/19/manual-practico-para-instalaciones-de megafonía-y-pa/ Manual práctico para instalaciones de megafonía y PA 19 Marzo 2009, Día de consulta 20 de noviembre del 2010, a las 10:49pm.

http://saltronic.wordpress.com/2009/03/19/manual-practico-para-instalaciones-de-megafonia-y-pa/


Tercer nivel Segundo nivel

Ubicación Ubicación

Laboratorio 2 Laboratorio de Acústica Musical

Almacén Cubículos

Cubículos Laboratorio de

Metrología Acústica

Cámara sonoamortiguada y

reverberante

Estudio de grabación

Aula 1 Pasillo

Aula 2

Pasillo

Fig. 2.1 Puntos en los que se indican las ubicaciones de las distintas áreas en las que se propone instalar el sistema de audio distribuido.

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2.1.1 Equipamiento de audio

Como se señalo en el capitulo I un sistema de audio distribuido se compone de los siguientes equipos:

• Fuente de señal. • Preamplificador/mezclador. • Amplificador de potencia. • Transformadores • Altavoces.

La fuente de señal genera una señal eléctrica de audio, el preamplificador/mezclador adapta la señal eléctrica de audio de salida de las fuentes a los niveles de entrada de la etapa de potencia. También mezcla las señales de varias fuentes y ofrece a la salida una única señal. La etapa de potencia amplifica la señal y alimenta a los altavoces, que reproducen el sonido, como se muestra en la Figura 2.2.

Fig.2.2 Componentes de un sistema de audio distribuido

2.1.2Conexión de altavoces

Para el diseño se utilizará una línea de alta impedancia (Z alta ó línea de 70V). Como se expuso anterior mente, esta técnica permite conectar altavoces a grandes distancias con cables de menor sección transversal. La salida de bajo voltaje de un amplificador de audio es convertida a una señal de alto voltaje. En el altavoz un transformador de línea convierte la señal al voltaje original. Requiere el uso de un transformador de línea para cada altavoz o el uso de altavoces con transformador incorporado.

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30

2.1.3Elección de altavoces en sistemas de alta impedancia La elección de este sistema ayudará a eliminar el cálculo de impedancias y montajes de altavoces con conexión serie-paralelo. Todos los altavoces se conectan en paralelo a los dos cables de la salida del amplificador. La potencia de salida del amplificador debe ser igual a la suma de las potencias de los transformadores de los altavoces; como se indica en la ecuación (2.1)

P salida amplificador = P altavoces (2.1)

La suma de las potencias seleccionadas en los transformadores de los altavoces debe ser igual a la potencia entregada por el amplificador. Con esta configuración se protege a los altavoces de posibles daños producidos por frecuencias amplificadas fuera del ancho de banda de trabajo:

P salida amplificador > P* altavoces (2.2)

P= Potencia seleccionada en el altavoz, debe ser inferior a potencia la máxima de salida del amplificador (se aconseja la mitad).

2.2 Determinación de ruido de fondo

Como ya se ha mencionado, para poder determinar un diseño de audio distribuido más confiable se considera de gran importancia conocer el entorno donde se va a trabajar, considerando como parte importante la medición de ruido de fondo en las aéreas a sonorizar. Estas mediciones se hicieron en horarios en los que se encontraba el edifico más concurrido de actividades dentro y fuera de los salones, laboratorios y cubículos.

En las tablas de medición 2.1, 2.2 y 2.3 se observan los resultados de valores de los niveles sonoros donde se tomaron las lecturas.

Se midió en las zonas más vulnerables al ruido de fondo con el fin de superarlo, ya que en esos lugares existe mayor actividad tales como fueron pasillos, laboratorios y pasillos de cubículos de la Academia de Acústica de la ESIME Zacatenco. Dichas mediciones se realizaron con un sonómetro marca TES, modelo1352 previamente calibrado a 94 dB, donde se obtuvieron muestras en intervalos de 5 segundos durante 1 minuto en cada área.


2.2.1 Ubicación de aéreas para medir él ruido de fondo

Planta tercer nivel

Como se puede apreciar en la Figura 2.3 se pueden precisar las áreas del tercer nivel donde se trabajará, mismas que sirven para identificar los parámetros en las es tablas 2.1, 2.2 y 2.3.

Fig. 2.3 Distribución de áreas y puntos de mediciones tercer nivel.

Los números muestran los distintos puntos donde se tomaron las mediciones de nivel de ruido de fondo en dBA la cuales se tomaron después de la remodelación. Las mediciones se realizaron en los puntos donde se encuentra el mayor nivel de presión acústica debido al ruido de fondo de las áreas, para que con base en estas mediciones se puedan establecer los niveles de presión acústica que proporcionará el sistema, para que se tenga la mejor apreciación sonora en la música ambiental y la mejor inteligibilidad posible en el voceo.

Es importante mencionar que para las lecturas en los laboratorios del tercer nivel solo se tomó en cuenta la medición de un laboratorio ubicado en el tercer nivel de la academia de Acústica ya que las condiciones son muy similares con respecto a su estructura y distribución del otro. Dichas mediciones son una muestra estadística razonablemente significativa, ya que las condiciones de ruido son un promedio del comportamiento del ambiente a sonorizar.

Para los salones se consideró el nivel de ruido de fondo tomado en el pasillo, en los puntos 1 y 2 que se muestra en la Figura 2.3. Como se puede observar, estas lecturas fueron tomadas cerca de las puertas de los salones; se realizaron las mediciones con alumnos en clase y cuando se encontraban en los pasillos y a su vez cuando los salones estaban sin clase.

31


Planta segundo nivel

Como se puede apreciar en la Figura 2.4 se precisan los puntos donde se realizaron las mediciones de ruido de fondo.

Se puede observar que las mediciones en el estudio de grabación no fueron necesarias, ya que en esa parte solo se trabajará el sistema de alarma, por ser un área destinada a realizar grabaciones de audio y en las que cualquier ruido ajeno a la grabación que se esté realizando pueda afectar el trabajo realizado por las personas que se encuentren ocupando esta área.

En cuanto a los laboratorios de Metrología Acústica y Acústica Musical, no se pudieron considerar mediciones de presión acústica del ruido de fondo, debido a que cuando se realizaron éstas, los salones no se encontraban aun en condiciones, pero posteriormente se realizaron pruebas con un prototipo del diseño propuesto. Se considero el promedio de las demás mediciones realizadas y los criterios de valoración de las demás mediciones.

Fig. 2.4 Puntos donde se tomaron las mediciones de ruido de fondo

Los números muestran los distintos puntos donde se tomaron las mediciones de nivel de ruido de fondo con el sonómetro.

32


33

2.2.2 Cálculos de ruido de fondo promedio para la planta del tercer nivel.

Para hacer los cálculos del ruido de fondo promedio de la Tabla 2.1 primero se realizaron las mediciones correspondientes a los puntos mencionados del tercer nivel, para después realizar el cálculo.

Lecturas de mediciones de ruido de fondo

Las lecturas tomadas de ruido de fondo de los distintos puntos son mostradas en las tablas 2.1, 2.2 y 2.3.

Tiempo (s) Punto 1(dBA) Punto 2(dBA) Punto 3(dBA) Punto 4(dBA) Punto 5(dBA) 5 54.4 60.8 55.8 38.2 50.7

10 55.9 61.3 53 53.6 54.1 15 55.8 52.5 54.5 51.2 57 20 57.7 55.5 49.8 54.9 70.1 25 53.6 54 57.7 57.3 56.8 30 56.4 54.7 58.1 51 61.4 35 58.2 58 59.8 54.1 54.7 40 55.7 55.6 57.8 49.4 53.7 45 61.1 52.8 55.9 48.6 50.3 50 59.6 63.4 53.8 60 59.4 55 61.2 54.5 58.8 60.8 57.4 60 59.1 56.2 52 50.9 53.6

Tabla 2.1 Lecturas de ruido de fondo en pasillo (tercer nivel)

Tiempo (s) L1 (dBA) L2 (dBA) L3 (dBA) 5 54.4 55.2 50.2

10 55.3 55.7 51 15 52.2 57.5 50.6 20 54.4 53.8 52.8 25 55.3 53 52 30 54 60.8 56 35 55.9 61.1 54.4 40 55.4 54.4 61.2 45 52.1 66.1 55.9 50 55.9 55.0 52.8 55 52.5 56.5 59 60 52.9 57.7 56.4

Tabla 2.2 Lecturas de ruido de fondo en el laboratorio (tercer nivel)


Tiempo (s) C1 (dBA) 5 40.5

10 42.1 15 39.7 20 42.8 25 43.5 30 39 35 40.1 40 41.3 45 42.2 50 39.7 55 40.8 60 38.9

Tabla 2.3 Lecturas de ruido de fondo en el pasillo de cubículos (tercer nivel)

2.2.2.1 Cálculo del promedio del nivel de presión acústica (NPA)

Para calcular el promedio del nivel de presión acústica de la Tabla 2.1, correspondiente a cada área, se utilizará la fórmula 1:

(1)

Dónde:

Nivel de presión acústica promedio

n = Corresponde al total de muestras por área.

Lpi = Nivel de ruido medido en cada intervalo.

Cálculo para pasillo

En el siguiente procedimiento se muestra como se obtuvo el promedio por área, aplicando la fórmula (1).

Promedio del área 1 que corresponde al ruido de fondo del pasillo del tercer nivel

NPAP1 =

34


NPAP1

=

= 58 dBA

De manera similar se obtuvieron los siguientes resultados usando el procedimiento anterior, por lo tanto se omite el desarrollo de los mismos.

Promedio área 2 (Figura 2.3)

= 58 dBA


= 56 dBA


= 55 dBA


= 61 dBA

En la Tabla 2.4 se muestran los promedios redondeados a enteros, por simplicidad y comodidad.

Punto 1(dBA) Punto 2(dBA) Punto 3(dBA) Punto 4(dBA) Punto 5(dBA)

Promedio 58 58 56 55 61 Tabla 2.4 Resultado de los promedios (tercer nivel)

Para los siguientes cálculos solo se muestran valores promedios de ruido de fondo de los laboratorios y cubículos; los resultados se obtuvieron con el procedimiento mencionado anteriormente.

Resultados de las lecturas de ruido de fondo de los valores promedios para un laboratorio del tercer nivel.

Solo se hicieron medidas de un laboratorio en el tercer nivel, ya que las dimensiones y distribución de los laboratorios son similares.

L1 (dBA) L2 (dBA) L3 (dBA) Promedio 54 59 56

35

Tabla 2.4a Resultado de los promedios en laboratorios (tercer nivel)


36

Resultados de los cálculos de los valores promedios para pasillos de cubículos del tercer nivel.

C1 (dBA) Promedio 41

Tabla 2.4b Resultado del promedio en pasillo de laboratorios (tercer nivel)

2.2.3Cálculos de ruido de fondo para la planta del segundo nivel Los siguientes cálculos y desarrollos, para los resultados de las tablas 2.5 y 2.6 se obtuvieron con los procedimientos similares a los seguidos para encontrar el promedio del nivel de ruido de fondo del tercer piso, sólo que en este caso se consideran las aéreas del segundo piso.

Lecturas de mediciones de ruido de fondo

En la Tabla 2.5 y 2.6 se observan las lecturas tomadas en los distintos puntos del pasillo y cubículos, del segundo nivel.

Tiempo (s) Punto1(dBA) Punto 2(dBA) Punto 3(dBA) 5 51.3 55.2 59.9

10 55.2 55.4 48.1 15 56.5 41.1 48.7 20 57.4 50.5 58.6 25 68.3 53.1 47.6 30 53.4 51.6 48.4 35 59.5 49.6 52.7 40 58 53.6 53.5 45 62.3 51.3 51.9 50 59.6 49.6 53.6 55 72.9 50.6 59.6 60 57.7 58.8 50.7 Tabla 2.5 Lecturas de ruido de fondo en el pasillo del segundo nivel


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Tiempo (s) C2 (dBA) 5 56.1

10 51.6 15 46.3 20 52.3 25 55.1 30 49.1 35 48.2 40 47.5 45 53.2 50 48 55 52.5 60 49.3

Tabla 2.6 Lecturas de ruido de fondo en cubículos

2.2.3.1 Cálculo del promedio del nivel de presión acústica (NPA)

En las tablas 2.7 y 2.8 se encuentran los promedios del nivel de presión acústica calculados con el procedimiento realizado anteriormente para el cálculo del tercer nivel.

Cálculo de los valores promedio.

Punto1(dBA) Punto 2(dBA) Punto 3(dBA) Promedio 64 53 55

Tabla 2.7 Valores de los promedios de ruido de fondo para los puntos del pasillo del segundo nivel

C2 (dBA) Promedio 52

Tabla 2.8 Valores de los promedios de ruido de fondo de los cubículos del segundo nivel


2.3 Criterios de valoración para la elección de equipo

De los parámetros medidos respecto al ruido de fondo se pueden obtener los valores máximos y mínimos de NPA para calcular los valores promedio y así determinar el tipo de altavoz que se recomienda que se use para el sistema.

La Tabla 2.9 muestra los valores de nivel de presión acústica máximos, mínimos y promedios.

3er Nivel NPAmax (dBA) NPAmin (dBA) Promedio (dBA) Punto 1 61 53 58 Punto 2 63 52 58 Punto 3 59 50 56 Punto 4 60 38 55 Punto 5 70 50 64 2do Nivel NPAmax(dBA) NPAmin (dBA) Promedio (dBA)

Punto1 73 51 64 Punto 2 59 50 53 Punto 3 60 48 55

Tabla 2.9 Valores máximos, mínimos y promedios del NPA.

Tomando como referencia la norma mexicana NOM-011-STPS-2001, “Condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se genere ruido” especificada en el anexo 1, indica el nivel de presión acústica máximo permitido en ponderación “A” establecido en la Tabla 2.10.

Tabla 2.10 Valores máximos, mínimos y promedios del NPA

De la Tabla 2.9 se tienen promedios de NPA menores a los 65 dBA por lo tanto es importante considerar que en el ambiente pueden existir picos superiores a los 73dBA; sin embargo auxiliándose en los límites máximos permisibles de la Tabla 2.10 y considerando que el sistema estará funcionando de forma alternada se establece un criterio expresando que si se quiere superar en 10 dBA. el ruido de fondo, el sistema podrá trabajar sin afectar la audición de los escuchas.

38


39

Como dato importante, el oído humano percibe el doble de la sensación auditiva al aumentar 10 dB de la referencia que se tenga. De esta forma se proponen niveles de sonorización

La Tabla 2.10 proporciona los NPA propuestos para los altavoces respecto al promedio de la tabla 2.9.

3er nivel Nivel propuesto (dBA) Punto 1 68 Punto2 68 Punto 3 66 Punto 4 65 Punto 5 74

L1 64 L2 69 L3 66 C1 51

2do nivel Nivel propuesto (dBA) Punto 1 74 Punto 2 63 Punto 3 65

C2 62 Tabla 2.11 NPA propuestos

De la Tabla 2.10 se observa que el NPA propuesto para los altavoces oscila entre los 51 a los 74 dB por lo tanto se propondrán altavoces que serán nivelados en rangos de 70 y 75 dB, se toma en cuenta que en horas de clases existen picos de 75 y 80 dB, es necesario aclarar que no es recomendable sonorizar con más de 80 dB ya que los usuarios pueden tener repercusiones en su audición si se exponen a periodos de extensos.

Para comenzar a realizar el diseño es necesario determinar cuáles son las áreas que deben quedar cubiertas por el patrón de radiación del altavoz. Para esto será necesario conocer parámetros del ángulo de cobertura del altavoz, o en su defecto el área efectiva según los casos que satisfagan situaciones como la postura de las personas, es decir si se encuentran de pie o están sentadas, con esta información se determina si lo propuesto del diseño cumple con el objetivo de procurar un sistema de ambiente agradable.


2.3.1 Parámetros de postura

Se considera que las medidas de piso al techo de los laboratorios son de 2.67 m en laboratorios del segundo nivel y 3.33 m en laboratorios del tercer nivel, y que las personas se mantendrán sentadas, tomando en cuenta que la distancia del altavoz al conducto auditivo de las personas será de 1.30 m como se muestra en la Figura 2.6.

Fig. 2.6 Postura del individuo sentado

Para los pasillos se consideran sus medidas reales, las cuales indican que del piso al plafón existe una distancia de 2.67 m y del piso al canal auditivo en promedio, una persona se encuentra una distancia de 1.60 m, como se muestra en la Figura 2.7.

Fig. 2.7 Postura de individuo parado

40


2.3.2 Elección de altavoces

Para lograr una mejor distribución del sonido es necesario tomar en cuenta los siguientes parámetros:

• Nivel de ruido ambiente • Área a sonorizar • Colocación adecuada de los altavoces según su patrón de radiación.

De acuerdo con estos puntos se conoce el nivel de ruido ambiente del área a sonorizar así como sus medidas que ayuda al cálculo para la distribución de altavoces.

La distribución por área de cada altavoz va en función de las Figuras 2.6 y 2.7 donde se aprecia las condiciones y posturas de las personas expuestas a este proceso.

Para este diseño de audio distribuido se ha elegido una serie de altavoces maraca ASAJI, una empresa mexicana dedicada a la distribución de equipo de sistemas de audio distribuido que ofrecen un punto de equilibrio entre costos y rendimiento.

Las condiciones de los pasillos de la academia de acústica mantienen un diseño con falso plafón que facilita en montaje de los altavoces que estarán expuestos a una altura de 2.67 m los cuales tienen como objetivo mantener un grado de inteligibilidad alrededor de su ángulo de cobertura bajo las condiciones establecidas en los criterios de valoración para elección del equipo.

2.3.2.1 Elección de altavoz de rejilla de plafón

Para determinar el correcto funcionamiento y elección del altavoz se realizaron las pruebas correspondientes para él altavoz ASAJI modelo 1370 el cual tiene una sensibilidad de 91 dB a 1 W, 1 m y 1 kHz de frecuencia cuyas especificaciones se muestran en el Anexo 2.

Fig. 2.7a Altavoz de plafón ASAJI 1370

41


La Figura 2.8 muestra el análisis para los pasillos, salones y cubículos de la academia de acústica que cuentan con un falso plafón, en donde irán colocados este tipo de altavoces.

Fig. 2.8

La ley cuadrática inversa indicará que al duplicar una distancia existirá una pérdida de 6 dB, esta ley solo se cumple para campos abiertos, en el caso de este proyecto se tiene una aproximación en cálculos debido a que existen reflexiones en las áreas a sonorizar.

Por formula (2) se puede determinar el NPA ( ) que se requiere según una escala logarítmica entre las relaciones de las distancias.

(2)

Dónde:

Desarrollando la formula (2) se tiene:

42


Lo anterior indica que el nivel de presión acústica del 1370 llegará al conducto auditivo con 90.4 dB para una persona que se encuentra de pie considerando la sensibilidad del altavoz, lo cual indica que se tiene una tolerancia de ajuste al ruido propuesto a través de la ganancia del amplificador para poder logar el nivel de presión acústica con el que radiará cada altavoz.

2.3.2.2 Elección de altavoz colgante

A diferencia del análisis anterior, ahora cambian las condiciones estructurales y dimensionales, ya que las aéreas de los laboratorios del tercer nivel no cuentan con falso plafón, por lo tanto se propone un altavoz maraca ASAJI modelo 1366 cuyas especificaciones se muestran en el Anexo 3.

Fig. 2.8 a Altavoz ASAJI 1366

La Figura 2.9 muestra el análisis para los laboratorios del tercer nivel, cuyos espacios no cuentan con plafón.

Fig. 2.9 Análisis para áreas sin plafón

Retomando la ecuación (2) se tiene:

43


De la misma forma que en los pasillos, este altavoz cumple con lo que se propone para el diseño de distribución en los laboratorios bajo condiciones de que los usuarios estarán sentados, manejando una tolerancia para igualar o superar el nivel de presión acústica propuesto.

2.2.4 Determinación de la distribución de altavoces

La distribución de los altavoces dependerá del ángulo de cobertura y del área activa del altavoz, es decir el área donde el nivel de presión acústica no tenga una caída de 6 dB respecto a su máximo nivel central como se muestra en la Figura 2.10.

Fig. 2.10 Área activa de un altavoz

Como se observa la distribución dependerá de la separación entre altavoces y la altura ala que serán colocados. Para determinar el área de cobertura se realizaron experimentos y pruebas en los altavoces ASAJI para demostrar la funcionabilidad y eficacia en nuestro sistema de manera práctica.

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2.4 Experimento con prototipo

En este apartado se hace uso de un prototipo muestra, para la comprobación del diseño, con el uso de los altavoces propuestos en el proyecto, realizando todas las pruebas en el laboratorio de metrología de la academia de acústica de la ESIME Zacatenco.

2.4.1 Material

Para el prototipo se utilizaron los siguientes materiales:

• Tres altavoces de rejilla de plafón maraca ASAJI modelo 1370. • Un amplificador Sound Track profesional PA amplifier SAP-40CD, con línea de

70V. • Un sonómetro TES-1352 previamente calibrado. • 15 m de cable calibre AWG 18.

2.4.2 Desarrollo del prototipo

Se hace uso del amplificador Sound Track profesional PA amplifier SAP-40CD y de un sonómetro TES-1352 previamente calibrado en ponderación A, con los cuales se realizarán las pruebas pertinentes para comprobar la efectividad y cobertura de los altavoces propuestos.

Amplificador Sound Track profesional Sonómetro TES-1352 PA amplifier SAP-40CD

Altavoz de rejilla de plafón modelo 1370

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2.4.3 Comprobación de distancia entre altavoces

El experimento consiste en excitar un altavoz ASAJI 1370 (altavoz propuesto en el diseño) a una altura de 2.67 m q corresponde a la altura del piso al techo del laboratorio de metrología y medir el nivel de presión acústica con ponderación A, a diferentes distancias, como se muestra en la Figura 2.11; de la distancia del piso al conducto auditivo promedio se obtuvo una distancia de 1.6 m.

La prueba se realizó con ruido rosa a fin de mantener el nivel de presión acústica lo más constante posible en el altavoz, y así poder medir los decaimientos de la presión acústica en decibeles, en diferentes posiciones del laboratorio.

Se utilizó una cinta acoplada a un transportador para poder medir distancia de cobertura en diferentes posiciones como se muestra en la Figura 2.11b.

Figura 2.11a Mediciones en laboratorios.

Figura 2.11b Medición de cobertura del altavoz con ángulo

Las mediciones se hicieron bajo los siguientes parámetros.

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Para validar las especificaciones del altavoz que proporcionó al fabricante, se varió la posición correspondiente al oyente con el sonómetro en diferentes posiciones tratando de conservar el nivel de presión acústica a en un rango de -6 dB, es decir, una vez encontrado una pérdida de -6 dB se consideró como el punto máximo de cobertura para una distancia dada del altavoz al conducto auditivo.

Figura 2.11c Verificación de sensibilidad del altavoz mostrada en sonómetro

Hecho lo anterior, se midió con el transportador colocado en el mismo punto del altavoz el ángulo marcado con el lazo, y posterior mente la distancia del altavoz hacia el punto del oyente donde se tuvo una pérdida en 6 dB, para nuestro caso la variación fue de 91 dB a 0° en el centro, hasta alcanzar un nivel de 85 dB a 65° con 3m de distancia.

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Las mediciones resultantes se expresan en la Figura 2.12:

Figura. 2.12 Nivel de presión acústica a diferentes posiciones del oyente.

En la Figura 2.12, se puede observar que se tiene una pérdida en 6 dBA a 3 m de distancia del centro del altavoz al conducto auditivo del escucha, por lo tanto esta será el área afectiva de cobertura del altavoz, para este caso en especial, dicha área se cumple para una distancia de 3 m a un ángulo de 65°, para obtener el ángulo total solo se duplica esta radiación obteniendo una cobertura neta de 130°, para lo que corresponde a la distancia del piso al conducto auditivo del oyente.

Nótese que los niveles de presión acústica de la Tabla 2.9 propuestos son menores a 91 dB por lo tanto se considera variar la potencia o ajustar el nivel de volumen para superar el ruido de fondo especificado en 10 dBA para cada área.

En realidad los niveles de presión acústica medidos resultan en promedios de 65 dBA máximos, se consideró que el sistema estará trabajando con un rango de 70 a 75 dB máximo.

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91 dBA 88 dBA 85 dBA

80 dBA


2.4.3.1 Consideración de los criterios de superposición, para nuestro diseño

Una vez determinada la distancia de cobertura del altavoz se continúa con la evaluación del altavoz el cual es ajustado a un nivel de presión acústica de 70 y 75 dB, que corresponden a los niveles que se proponen para el diseño.

Con los datos obtenidos y recordando que el ángulo de cobertura del altavoz proporcionado por el fabricante es de 130°, se estableció que la radiación del altavoz será de 5 a 6 metros a lo largo con un área de 19.63 m2 y 28.27 m2 consecutivamente.

Para decidir si la distancia entre altavoces será de 5 o 6 metros se considera los criterios de superposición límite con límite (limite perimetral) y superposición mínima como se muestra en la Figura 2.13.

Figura 2.13 Criterios se superposición

Como se observa en la superposición límite con límite la distancia entre altavoces seria de menor de 6 m dado que la radiación del altavoz cubre como máximo un radio de 3 m con una pérdida de -6 dB, con la desventaja de que fuera del perímetro existe un nivel de presión acústica menor a -6 dB, es decir estará en el límite del nivel de presión acústica del sistema.

Como segunda alternativa se tiene la superposición mínima la cual muestra una intersección que ofrece que el nivel de presión acústica sea lo más uniforme posible en el área de radiación, con la desventaja de que en la las áreas intersectadas de la radiación del altavoz existirá un nivel de presión acústica mayor; para el caso de este sistema el radio de radiación del altavoz sigue siendo de tres metros, pero la separación entre cada altavoz cambia a 5 m, por lo que existirá una intersección de 1 m en el centro de la misma.

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Superposición límite con límite Superposición mínima


De ambos criterios se eligió el de superposición límite con límite con una distancia entre altavoces de 5 m ya que al tener más de esta distancia el sistema no se encontrara en óptimas condiciones, y en este prototipo se apreció que considerando este criterio el sistema puede trabajar a nivel de presión acústica aceptable.

2.4.4 Prueba de potencias

Se realizaron pruebas de potencia según las configuraciones del altavoz ASAJI 1370 considerando que para mantener el sistema en tolerancia la pérdida en el área a sonorizar no debe estar por debajo de los 6 dB del NPA radiado por el altavoz. En la Figura 2.14a se observa que el altavoz trae la configuración para la elección de potencias y en la Figura 2.14b se observa el transformador acoplado al altavoz para línea de 70 V, con cables de colores para las distintas configuraciones de potencias.

Figura 2.14 Selección de potencia a la que se maneja el altavoz

Figura 2.14b Color de cables para seleccionar la potencia de operación del altavoz

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Por las dimensiones del área a sonorizar y conservando las distancias entre altavoces, para el laboratorio se propone sonorizarlo a una distancia de 6 m entre cada altavoz con dos unidades ASAJI 1370 a 80 dB.

De las pruebas de potencia del altavoz se obtuvo lo siguiente:

A 0.75 W de potencia se mantiene un nivel de presión acústica adecuado pero no suficiente para mantener la tolerancia del sistema; para conservar estos parámetros es necesario aumentar el número de altavoces lo que significa mayor costo.

A 1.5 W de potencia se experimentó que la configuración cumplió con tolerancia del sistema a través de 2 altavoces obteniendo una desventaja con la saturación del amplificador, lo cual puede perjudicarlo teniendo como consecuencia que el equipo se dañe.

A 3 W de potencia se mantiene la el nivel de presión acústica en tolerancia con dos altavoces y el amplificador mantiene una carga a menos del 70 % de su capacidad por lo que hace factible el desempeño del mismo en el sistema.

2.4.4.1 Consideración de potencia

Con los criterios tomados anteriormente se considera usar los altavoces a 3 W de potencia, que es la potencia suficiente para brindar la cobertura requerida Figura 2.15.

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Figura 2.15. Colocación de los altavoces en el laboratorio


Una vez elegida la potencia se prosigue a un segundo experimento para comprobar que lo propuesto se cumple a un nivel de volumen aceptable, sin poner en máxima salida de volumen al amplificador.

Nuevamente se utilizó una señal de ruido rosa en formato WAV ya que es un formato de audio digital normalmente sin compresión de datos y esto hace que no tenga pérdida de calidad y así pueda ser usado para el prototipo, a manera de seguir tratando de mantener un NPA lo más uniformemente posible y poder observar y medir con más facilidad las atenuaciones.

Se inició con un NPA de 85 dB, y como resultado de las mediciones a lo largo de la sala se observó que en general, el nivel se conservó hasta una caída de 5 dB, es decir, en las esquinas del laboratorio se pudo captar una NPA de 80 dB lo cual indica que en todo el laboratorio no existe una pérdida mayor a 6 dB, por lo que el NPA está en el rango de cobertura del altavoz, estas pruebas se realizaron en diferentes laboratorios de acústica y se mantuvo una pérdida de presión acústica aceptable, y así mantener el criterio propuesto para la distancia entre altavoces.

Posteriormente se realizó el mismo experimento a 80 dB arrojando mínimos de hasta 75 dB en promedio, mismos que no sobrepasan los 6 dB de atenuación.

Figura 2.16 Verificación de pérdida de nivel de presión acústica

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De los experimentos anteriores de detectaron pérdidas en las esquinas de los laboratorios de 6 dB, lo que indica que hay puntos que pueden llegar a estar en el límite del rango establecido pero siguen superando el ruido de fondo de manera significativa como se muestra en la Figura 2.16. Por lo tanto se puede decir que los criterios propuestos pueden mantener el sistema en tolerancia para la cobertura del altavoz a cualquier nivel de volumen.

Por último se realizó una prueba la cual indicará la potencia máxima de nuestro amplificador y de igual manera la sensibilidad de este.

Parar obtener la potencia máxima del amplificador se utilizó una carga resistiva de 4Ω, ya que con esta carga se puede calcular la sensibilidad de nuestro amplificador ya que es la carga que maneja el amplificador por default. Se hizo una conexión del generador de señales (con una señal de 1000 Hz como referencia) al amplificador, y del amplificador a la carga resistiva de 4 Ω, y se conectó un osciloscopio Tektronix TDS 1002 en la conexión del amplificador y la carga, posteriormente se varió la atenuación del generador de frecuencia hasta llegar a saturar al amplificador, esto se observó en el osciloscopio al deformar la señal senoidal que proporciona el generador.

Figura 2.16a Pantalla de osciloscopio que muestra condiciones máximas de saturación del amplificador.

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Con los datos obtenidos en el osciloscopio que se tiene que la señal de salida maneja un

voltaje 15.3 V y haciendo uso de la ecuación se obtiene la potencia máxima del amplificador, por lo que la potencia es de 58.52 W.


2.4.5 Comprobación de voltajes

La comprobación de voltaje se realizó para verificar que la tensión que genera la salida del amplificador se mantiene constante en todos los altavoces que alimenta el amplificador.

En esta comprobación se utilizó un generador de señales Protek Audio Generador mod. B-850 conectado a la entrada de nuestro amplificador, generando una señal senoidal a un voltaje de 36 mV (a una amplitud de 108 mVpp) manejando diferentes frecuencias por bandas de octava. El amplificador se manejó a su máxima ganancia.

Figura 2.17a Construcción de equipo para comprobación de voltaje

Se realizó la medición de voltaje en la entrada del trasformador del altavoz en un rango de octavas para determinar la caída de tensión según la frecuencia a un nivel máximo de ganancia del altavoz, como se muestra en la Tabla 2.17.

Figuras 2.17b Comprobación de voltaje

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Tabla 2.17. Medición de voltaje en altavoces

De esta tabla se aprecia que el voltaje que proporciona el amplificador se mantiene casi constante a lo largo de los componentes del sistema, con unas mínimas variaciones. De esta comprobación se demuestra que el voltaje que proporciona el amplificador si es capaz de alimentar a nuestro sistema por igual en cada unidad de altavoz.

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Frecuencia (Hz)

Voltaje de salida

amplificador (V)

Voltaje en transformador de

altavoz 1 (primario/secundario)

(V)



(V)



(V) 16 15.38 15.38 1 15.37 1 15.38 1

31.5 18.75 18.70 1.27 18.73 1.26 18.73 1.27

63 20.65 20.63 1.46 20.62 1.45 20.62 1.45

125 21.2 21.2 1.48 21.2 1.47 21.2 1.47

250 21.37 21.37 1.48 21.36 1.48 21.36 1.48

500 21.69 21.69 1.52 21.68 1.52 21.68 1.53

1000 21.64 21.64 1.5 21.64 1.4 21.63 1.4

2000 21.25 21.25 1.49 21.24 1.48 21.24 1.48

4000 19.33 19.33 1.33 19.32 1.32 19.31 1.32

8000 14.28 14.28 0.96 14.28 0.96 14.27 0.95

16000 8.36 8.36 0.52 8.36 0.52 8.36 0.52


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Posteriormente se realizó un experimento para observar en qué momento se obtienen los 70 V; con el generador de frecuencia a diferentes frecuencias y con el amplificador a su máxima ganancia, se conectó un multímetro Fluke mod. 115 en la salida del amplificador y se varió la atenuación del generador de señales hasta conseguir los 70 V en el multímetro; posteriormente se observó con el multímetro el voltaje de salida en el generador que indicó 95 mV.

Por lo tanto esta prueba indica que para que el amplificador entregue los 70 V, se necesita una entrada al amplificador de 95 mV sin importar la frecuencia.

Por último se realizó una prueba de inteligibilidad del prototipo, conectando al amplificador un micrófono STEREN mod. MIC-105; de esta prueba se observó que al enviar un mensaje a un nivel de presión acústica moderado, se escucha perfectamente lo dicho en tal mensaje, y con esta prueba se puede apreciar que la inteligibilidad de la palabra en el sistema experimentalmente es aceptable.


2.5 Distribución del diseño

Con las pruebas hechas en el prototipo, se puede realizar un mejor diseño basado en los experimentos y resultados que se obtuvieron, con el fin de demostrar la funcionalidad del equipo a proponer.

Es de gran importancia mencionar que el sistema contara con un selector de canales con el fin de que cada área pueda controlar lo que está escuchando.

Una vez homogenizando los resultados se expresa un patrón a seguir para todo el diseño, se considera la separación entre altavoces previamente justificada que cumple en un rango de altura de 2.5 a 3 m, como se muestra en la Figura 2.18.

Figura 2.18 Separación entre altavoces.

2.5.1 Distribución de altavoces

Bajo los criterios propuestos se realizará la distribución de los altavoces por área del diseño a proponer manteniendo las medidas y distancias con fin de que el proyecto cumpla con todas los objetivos propuestos.

Figura 2.19 Vista de altavoces montados en los pasillos

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2.5.2 Distribución de altavoces en tercer nivel

La distribución de los altavoces se basa en una distancia de 5 m entre ellos, en el pasillo las dimensiones contemplan un largo de 25.93 m, por lo que para esta área solo se colocaron 3 altavoces ASAJI, modelo 1370. Debido a que nuestro objetivo es mantener uniformidad en los laboratorios de la academia, y no en pasillos; sin embargo en los pasillos se colocarán altavoces de una manera distribuida menos uniforme con fin de cubrir la zona, sin gastar recursos innecesarios.

En los laboratorios se colocaran altavoces ASAJI, modelo 1366, los cuales conservan las mismas características que los modelo 1370, con la diferencia de que estos altavoces están diseñados para interiores donde no existe un plafón donde pueda ser montado, como en el caso de esta área, es por eso que los 1366 serán sujetados al techo con una barra metálica de 50 cm de largo a una distancia de 5 m entre altavoces, por las dimensiones del lugar se considera suficiente la aplicación de dos altavoces por laboratorio.

En el área de cubículos se contemplan dos altavoces 1370 los cuales son suficientes para cubrir el área con un volumen agradable para los profesores manteniendo la inteligibilidad a la hora de recibir comunicados importantes.

Para las aulas solo se contemplará 1 altavoz por aula, debido a que en este diseño su aplicación será utilizada como un sistema de emergencia y voceo, sin considerar la música ambiental.

Para el tercer nivel se propone mantener el sistema funcionando de manera óptima con 6 altavoces modelo 1366 y 5 altavoces modelo 1370.

En la Figura 2.20, se muestra la distribución de los altavoces por modelo para el tercer nivel.

Figura 2.20 Distribución por tipo del altavoz.

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La Figura 2.21, muestra el montaje y la distribución de los altavoces físicamente en el área de trabajo.

Figura2.21 Montaje físico de altavoces en el tercer nivel

2.5.3 Distribución de altavoces en el segundo nivel

Para el segundo nivel nuevamente contemplan los criterios de distancia, y por dimensiones se tiene una colocación de 3 altavoces ASAJI modelo 1370 en el pasillo, con el propósito que se mencionó anteriormente para esa misma zona en el tercer nivel.

En los laboratorios del segundo nivel se cuenta con plafón, por lo tanto se hacen recomendables los altavoces ASAJI modelo 1370; mismos que son distribuidos para mantener un volumen lo más uniforme posible a través de dos altavoces por laboratorio.

Lo cubículos para el segundo nivel estarán auxiliados por dos altavoces 1366, (ya que al igual que los laboratorios no cuentan con plafón), los cuales se encargaran de brindar este servicio a los profesores.

Finalmente en el estudio de grabación se colocara tres altavoces modelo 1370 los cuales son colocados en la entrada al laboratorio, cabina de control y sala de video, solo como sistema de emergencia, para las personas que se encuentran en estas zonas, ya que al ser este un laboratorio destinado a la realización de grabaciones de audio y video, no se podrá implementar música ambiental ya que se estaría repercutiendo directamente a las grabaciones.

Para este segundo nivel se requerirán 2 altavoces modelo 1366 y 10 altavoces modelo 1370.

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En la Figura 2.22, muestra la distribución de los altavoces para el segundo nivel.

Figura 2.22 Distribución de altavoces segundo nivel

La Figura 2.23, muestra el montaje y distribución de los altavoces de como quedarían físicamente en el área de trabajo.

Figura 2.23 Distribución física del segundo nivel

En la Figura 2.24 se muestra una vista del segundo nivel de cómo quedara montado el altavoz sobre el plafón en los pasillos, así como su distribución.

Figura 2.24

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2.5.4 Elección de potencia para cada altavoz

El diseño propuesto anteriormente está basado en el prototipo que se desarrolló donde se pretende que el nivel de presión acústica (NPA) emitido por los altavoces supere el ruido de fondo existente en cada zona a sonorizar. Con estos se realizó la elección de potencias adecuadas a la cual se conectan los transformadores de nuestros altavoces.

Las Tablas 2.25 y 2.26 muestran las potencias de los altavoces por nivel.

Tabla 2.25 Tabla de potencias del 3er nivel.

3er Nivel N° de altavoces

Potencia por altavoz (w)

Potencia total (w)

Pasillos 3 3 9 Laboratorios 4 3 12

Aulas 2 3 6 Cubículos 2 1.5 3

Potencia Total 30W

Tabla 2.26 Tabla de potencias del 2do nivel

2do Nivel N° de altavoces

Potencia por altavoz (w)

Potencia total (w)

Pasillos 3 3 9 Laboratorios 4 3 12

Cubículos 2 1.5 3 Estudio Grab. 3 3 9

Potencia Total 33W

Por lo tanto con las Tablas 2.25 y 2.26 se puede determinar la potencia de salida del amplificador, que se debe considerar para el diseño, y este debe ser igual a la suma de la potencia de los transformadores de los altavoces:

P salida amplificador = P altavoces (2)

P = 9 W + 12 W + 6 W + 3 W + 9 W + 12 W + 3 W + 9 W

P = 63 W


La suma de las potencias seleccionadas en los transformadores de los altavoces debe ser igual o menor preferentemente, a la potencia entregada por el amplificador. Por lo que se puede determinar que si el sistema opera con una potencia de 63 W, el amplificador comercial que se utilizara debe ser igual o superior a la potencia de salida, para que el diseño funcione correctamente y no se dañe el amplificador por esta causa.

Nota: en los cubículo se maneja una potencia de 1.5 W por altavoz ya que es un área donde los niveles de ruido de fondo son más bajos.

2.5.5 Cobertura del tercer nivel

En la Figura 2.27 se observa que la circunferencia en color azul cielo representa el patrón de cobertura de los altavoces que es de 2.5 m de radio. Logrando conservar con esto un nivel de presión acústica en un rango de 6 dB en pérdida, es decir conservando el criterio de superposición límite a límite, en los laboratorios, que es la parte del objetivo de nuestro proyecto.

Figura 2.27 Vista de cobertura para el tercer nivel

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2.5.6 Cobertura de segundo nivel

En la Figura 2.28 se puede apreciar nuevamente que la circunferencia en color azul cielo representa la cobertura de los altavoces conservando un nivel de presión acústica en un rango de 6 dB en pérdida, es decir conservando el criterio de superposición mínima.

Figura 2.28 Vista de cobertura del segundo nivel

De las Figuras 2.27 y 2.28 se observa que el diseño que se propone cumple con los requerimientos de sonorización para un sistema de audio distribuido siendo inteligible y conservando los niveles propuestos.

2.5.7 Equipo de procesamiento

Una matriz de audio es un dispositivo electrónico que posee un N número de entradas de audio y M número de salidas de audio. Su función es administrar las señales de las fuentes de audio que recibe en su entrada y asignarlas a sus diferentes salidas. Como fuente de audio se considerara un reproductor de CD, un reproductor mp3, o probablemente la transmisión de ESIME radio y un sistema de voceo en caso de emergencia mediante la utilización de un micrófono.

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2.5.7.1 Control de Señales

El control de señales en el sistema es importante, su principal objetivo es permitir a los usuarios conmutar las diferentes señales de audio y tener acceso a diferentes fuentes sonoras. Este selector estará configurado a fin de dejar un canal en silencio, mismo que puede ser aprovechado para aquellos usuarios que no deseen tener un ambiente musical. Es importante saber que este canal contendrá solo una señal de alarma y de voceo disparada por el amplificador que controla este sistema, a su vez este selector contiene un atenuador de volumen el cual se recomienda no llegar a la atenuación total con el fin de no perder la señal de alarma o algún posible comunicado importante.

Para logar lo anterior se eligió el selector de programas ASAJI 1141 que permite a un altavoz con trasformador de línea de 70 V, seleccionar por medio de un interruptor la señal de música que proviene de la salida de cada amplificador, tiene como característica una selección de hasta tres canales por medio de una llave rotativa.

Cuenta con un atenuador de volumen por pasos para un máximo de 10 W RMS de carga en la línea de 70 V.

Figura 2.29 Selector de programa ASAJI 1141

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Dicho sistema dependerá de 3 amplificadores (uno por canal) interconectados como se observa de manera general en la Figura 2.30.

Figura 2.30 Esquema de interconexión del selector de canales

En el sistema se proponen 11 selectores de canales por los dos niveles, uno por cada área a sonorizar excluyendo los pasillos.

2.5.8 Amplificadores

Una vez que ya se conoce la carga total del sistema en watts se procede a la elección de un amplificador que pueda mantener una salida en potencia mayor a la carga del sistema.

De las Tablas 2.25 y 2.26 se puede tener un panorama de la carga del sistema por áreas dando como resultado una carga total por los dos niveles que conforman el área de acústica de la ESIME ZACATENCO de 63 W.

Con estos datos se puede elegir un amplificador cuya potencia de salida sea mayor a 63 W.

Uno de los puntos importantes a tratar en este proyecto es implementar un sistema de alarma por lo que los requerimientos en la elección del amplificador se hace más estricto ya que el amplificador propuesto debe contar con una señal de alarma que optimice tiempos en caso de un siniestro así como un sistema que sea efectivo en la conmutación de señales que den prioridad a micrófonos o señales de alarma que ayuden a una mejor difusión del siniestro dado.

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Debido a la utilización de un selector de 3 canales se requieren 3 amplificadores ya que cada señal pose un canal independiente.

Comercialmente no existen amplificadores de 63 W por lo tanto se proponen tres amplificadores de 100 W, los cuales manejaran señal de alarma y el sistema de prioridad.

Estos amplificadores son marca ASAJI móldelo 1040 de 100 W

Figura 2.31 Amplificador ASAJI 1040

Las especificaciones de este amplificador se muestran en el Anexo 4.

La interconexión general de los amplificadores y selectores de canales se muestran en la Figura 2.32.

Figura 2.32 Conexión general entre amplificadores y control de canales.

Para más detalles pasar al apartado de instalación.

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2.5.9 Micrófono

Para la selección del micrófono, Se sigue considerando a la empresa ASAJI, la cual sus productos cumplen con todas las expectativas propuestas. Por lo que el micrófono de voceo que se utilizara es de esta misma marca, modelo 1622 y modelo 1605, cuyas especificaciones vienen en el Anexo 5 y 6.

Se usaran dos micrófonos en el sistema uno que se encontrar ubicado en el almacén cerca de la matriz de audio, para el operador y otro micrófono de pared colocado la biblioteca de la academia de acústica ubicada en el segundo nivel.

El propósito de la colocación de estos dos micrófonos, es que en esas dos aéreas se encuentra de manera constante al personal, de manera que el voceo pueda ser utilizado en cual quiera área sin tener que trasladarse de un área a otra para poder vocear. Además de que ambos micrófonos cuentan con la misma característica de tener interruptor voz-música.

Figura2.33a Micrófono Modelo 1622 Figura 2.33b Micrófono modelo 1605

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2.5.10 Cuarto de control

Para albergar los dispositivos de control que administrarán nuestro sistema es necesario que sea un sitio donde solo pueda tener acceso personal capacitado para la operación y control del mismo.

La elección de este lugar se hiso a través de un análisis a toda el área de trabajo con el fin de seleccionar un lugar apropiado para su mejor operación. Comprendiendo esto se puede proponer que la mejor opción se encuentra en el almacén del tercer nivel debido a que este sitio tiene el control de acceso restringido para el encargado del área.

Figura 2.34 Área de procesamiento y control

En este sitio se instalara un rack de con 3 amplificadores donde se concentraran las señales que se desean trasmitir así como periféricos tal sea el caso de reproductores de CD, mp3 etc.

También se equipará con un micrófono para voceo cuya prioridad sea la principal ya que aquí se concentran las alarmas para el sistema en caso de siniestro.

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2.6 Instalación e interconexión

2.6.1 Cable

Para la instalación de cable del sistema se basa en la siguiente tabla de longitudes máximas de cable para sistemas de 70 V obtenida en la investigación. Para esta tabla se considera una pérdida de nivel de presión acústica de 1 dB, que es la pérdida aceptable para nuestro sistema.

Tabla 2.35 tabla de longitudes de cable para sistemas de 70 V

En la instalación se requiere de 600 metros de cable para conectar perfectamente el sistema ya tomando en cuenta las conexiones entre elementos del sistema y dividiendo esta distancia de cable total en 3 partes iguales, ya que el sistema cuenta con selectores de 3 canales independientes.

De la potencia total del sistema, se tiene que los altavoces manejan potencias de 3 W y 1.5 W y el total de altavoces requeridos es de 23 de los cuales 19 serán configurados a 3 W y 4 a 1.5 W por lo que la potencia total del sistema es de 63 watts.

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Con estos datos de la distancia de cable requerido y con la potencia total del sistema, de la tabla se seleccionará el tipo de cable según las especificaciones que requiere el proyecto.

De la Tabla 2.35 se toma la potencia total máxima de 125 W ya que el sistema requiere 63 W. Con este dato consideramos tomar la distancia máxima que indica la Tabla 2.35, como el sistema requiere de 200 m por canal, se considera la distancia máxima de 210 m. Por los parámetros obtenidos anteriormente se requiere cable calibre AWG del numero 16 con una sección transversal de 1.31 mm2, con resistencia de 2.49 Ω para una sección de 100 m.

2.6.2 Colocación de altavoces y trayectorias de la instalación de ductos.

Conociendo las dimensiones físicas de cada espacio a sonorizar de la academia de Acústica, se realizaran los planos a cada piso para mostrar la colocación de altavoces y trayectoria que ha de seguir la tubería en cuyo interior se introducirá el cable para la conexión de altavoces y todas las entradas y salidas que se requieran para el diseño. Se utilizara tubería delgada de 1”, pegada al techo, posteriormente se bajarán los cables por tubería flexible.

La Figura 2.36 muestra con color verde la trayectoria de la tubería que seguirá nuestro

Diseño y colocación del equipo par la sonorización del tercer nivel.

Figura 2.36 Distribución de tubería en tercer nivel

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La Figura 2.37 muestra en color verde la trayectoria de la tubería del diseño, así como la colocación del equipo par la sonorización en segundo nivel.

Figura 2.37 Distribución de tubería en segundo nivel

2.6.3 Conexión de altavoces

Una de las ventajas de un sistema con línea de 70 V es que no se requiere calcular la impedancia del sistema, por lo tanto las conexiones serán en paralelo ya que cada altavoz contiene su propio trasformador de línea correspondiente como se muestra en la Figura 2.38.

Figura 2.38 Conexión en paralelo

Para la instalación de todo el sistema los altavoces deben estar conectados en paralelo con su respectivo amplificador, respetando de manera estricta la polarización ya que una mala polarización podría tener consecuencias como la cancelación de frecuencias especialmente bajas o dañar el amplificador.

Es necesario recordar a la hora de instalar que no se debe sobrepasar la potencia RMS del amplificador.

Antes de conectar los altavoces se recomienda verificar el aislamiento entre las líneas y la tierra física, lo anterior se realiza para asegurar que el sistema de conexión sea balanceado,

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de no ser así existe alto riesgo de generar oscilaciones ultrasónicas en el sistema que podrían dañar la etapa de salida de los amplificadores que no cuenten con protección adecuada.

Instalación del altavoz ASAJI 1370

Para el montaje del altavoz ASAJI 1370 se debe hacer conforme a lo siguiente:

Figura2.39 Instalación del altavoz 1370

Figura 2.40 Perforaciones para montar el altavoz 1370

Hecho lo anterior se hace la configuración del trasformador ajustando la potencia según sea requerida a la línea del amplificador.

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Instalación del altavoz ASAJI 1366

Para este altavoz se consideran los mismos parámetros técnicos como ajuste de potencia y polarización mencionadas anteriormente con el 1370 con la diferencia de que este altavoz va montado sobre una barra de metal o algún soporte que lo mantenga fijo al techo como se muestra en Figura 2.41.

Figura 2.41 Altavoz ASAJI 1366

2.6.4 Instalación de amplificadores

Los amplificadores seleccionados cuentan con salidas externas para interconectar amplificadores en cascada lo cual aporta un beneficio en el sistema de alarma.

Se pretende que la interconexión de los micrófonos tanto del almacén como de la biblioteca llegue a uno de los amplificadores a sus canales prioritarios asignando como primera prioridad el micrófono de almacén y como segunda prioridad el micrófono de la biblioteca, recordado que este último es usado para el voceo de llamadas y mensajes entre profesores.

Cada amplificador tendrá una señal de salida a la línea de 70 V, las idea de interconectar el 1094 a los 1040 donde un amplificador 1040 será usado para las señales o programas como pueden ser radio ESIME o cualquier dispositivo reproductor de música, mientras que el otro 1040 solo esperara la señal de alarma del 1094 cuando ente envié esta señal, es decir quién escoja la señal de este amplificador tendrá un silencio total del sistema con el beneficio de que si ocurre un siniestro será alertado por este mismo canal.

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La configuración se puede mostrar el la Figura 2.42

Figura 2.42 Diagrama de interconexión de amplificadores y micrófonos

2.6.5 Instalación de micrófono

La instalación de los micrófonos será directa con el amplificador 1094 el cual contiene dos entradas de micrófono con prioridad 1 y 2 según la elección de que micrófono tendrá más prioridad será la conexión en la entrada requerida, la conexión es simple y también se puede observar en la Figura 2.36.

Nota: Para una mayor inteligibilidad se recomienda mantener una distancia adecuada en el micrófono de 5 a 10 cm evitando hacer contacto con la boca.

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2.6.6 Instalación del selector de canales

Se recomienda no sobrepasar el nivel máximo de atenuación de potencia y seguir el esquema de conexión marcado en la Figura 2.43.

Figura 2.43 conexión del selector de canales

Como se muestra en la Figura 2.43 la conexión es sencilla y cada canal se conecta a un amplificador.

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2.7Tendencias de los sistemas de audio distribuido.

2.7.1 Sistema de audio distribuido multizona

Un sistema de audio distribuido multizona, permite disfrutar diferentes fuentes de sonido en diferentes partes de un espacio dividido en áreas o zonas, ofreciendo en cada una de estas áreas o zonas un manejo personalizado de la fuente musical con ajuste de volumen y voceo.

En los sistemas tradicionales de audio distribuido para varias zonas de un espacio, solo es posible tener una fuente de sonido en todo el espacio, aquellos que no querían escuchar esta fuente, la única posibilidad que tenían era "apagar" el volumen de la zona en que se encontraran. Era imposible cambiar la fuente.

Con este sistema de última generación, se pueden escuchar diversas fuentes (DVD, CD, Radio, TV, IPod, Computador, MP4) en cada zona y con su propio nivel de volumen. Así cada zona puede decidir que quiere escuchar y en que volumen sin afectar las demás, en estos sistemas se puede tener acceso desde un iPhone, iPod touch y computadores Mac y PC desde una fácil interfaz gráfica.

En estos sistemas se encuentra equipo muy sofisticado para su control de audio como lo son amplificadores con un gran número de canales, pantallas táctiles y micrófonos con selectores de zonas donde se pretenda mandar el mensaje; por lo que estos sistemas de audio distribuido multizona son muy costos.

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Figura 2.7.1 Esquema de un sistema de audio distribuido multizona


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2.7.2 Sistema de audio distribuido IP

Un sistema de audio distribuido IP es un sistema que integra difusión y lectura de mensajes de texto con mensajes hablados por los interlocutores deseados. Se soportan distintos motores lingüísticos para poder reproducir los mensajes de texto en diferentes idiomas, permitiendo una total integración con cualquier tipo de sistema que genere información contextual. Esta integración se realiza con equipos interfaz que alimentan al sistema de audio distribuido los mensajes adecuadamente formateados para su transmisión y posterior lectura.

La distribución de datos de ambos tipos de mensajes se realiza a través de redes que soporten el protocolo TCP/IP.

Los elementos básicos del sistema de audio distribuido IP son:

- Gestor central de audio distribuido IP. - Reproductor de audio distribuido IP para instalación fija. - Equipamiento de amplificación y sonorización.

En el despliegue del sistema, se pueden llegar a conectar tantas estaciones de gestión como equipos interfaces o reproductores como sean necesarios, utilizando un solo servidor de difusión para todo el sistema.

Un sistema de audio distribuido de uso general, con prestaciones adicionales específicas de seguridad permite abordar con éxito cualquier tipo de instalación. Las centrales de otencia y los pupitres de control contienen conectividad vía Ethernet y permiten descentralizar totalmente la instalación del sistema, controlarla y configurarla desde cualquier punto de la red.


La escalabilidad del sistema, la facilidad de integración en redes basadas en protocolo TCP/IP ya implementadas, la capacidad de poder leer mensajes de texto en distintos idiomas, la conectividad que posee con otros sistemas ya implementados que ofrecen información textual y las amplias opciones de configuración de los reproductores a las que van dirigidos los mensajes, convierten a los sistemas por IP en un sistema más flexible y avanzado de audio distribuido existente.

Figura 2.7.2 Esquema de un sistema de audio distribuido IP

La concepción del sistema permite desde instalaciones básicas de PA (escuelas, gasolineras, tiendas...) hasta las más complejas (túneles, centros comerciales...), sin límites en zonas, puntos de avisos o potencia.

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2.7.3 Sistema de Interfonía IP

Los sistemas de Interfonía IP son nuevos sistemas que presentan grandes ventajas respecto a los tradicionales. La calidad no se degrada con la distancia, se pueden integrar en diversas aplicaciones de control en lugar de ser dispositivos independientes e incluso, se pueden incorporar a las centralitas IP.

La alimentación se puede realizar a través del estándar PoE (Power over Ethernet), simplificando la instalación y el mantenimiento de los dispositivos. También representa una importantísima ventaja el hecho de utilizar cableado estructurado y la posibilidad de utilizar fibra óptica para cubrir grandes distancias.

Dentro de sus elementos se tiene un pupitre Interfonía de sistema de intercomunicación en voz alta para instalaciones con múltiples accesos que notifica llamadas mediante tono o voz y respuesta manos libres con pulsador para llamada a central que puede incorporar función de privacidad.

Interfonos de entrada para montaje en superficie aptos para instalación en intemperie. Video portero de comunicación manos libres para responder a puerta con memoria de imágenes y comunicación, que pueden para reproducir mensajes de voz en entrada y salida, y pueden estar diseñados con led’s de iluminación, transferencia de llamada y estaciones para varias puertas.

Figura 2.7.3 Esquema de un sistema interfonía IP

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3 Análisis Económico

El análisis económico del proyecto es un aspecto importante ya que en esta parte se determina la factibilidad financiera de todo el desarrollo del proyecto. Aspectos importantes a considerar Para iniciar un análisis económico se debe considerar aspectos como:

• Recursos humanos • Costos de ingeniería (diseño del proyecto) • Materiales y equipo a usar (costos directos e indirectos) • Tiempos de trabajo

Los tiempos de trabajo son una parte importante dentro del proyecto ya que de aquí depende el ajuste financiero del presupuesto otorgado para el mismo. 3.1 Costos de material y equipo

La tabla 3.1 muestra el precio unitario por equipo a usar

Tabla 3.1. Precio unitario del equipo En la Tabla 3.2 se muestra los materiales y sus costos respectivos que se proponen para el proyecto.

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Producto Precio por unidadAmplificador (1040) 5,440.40$ Altavoz (1366) 893.20$ Altavoz (1370) 324.80$ Micrófono 2,163.40$ Cable (royo de 300 m) 1,345.60$ Selector de música (1141) 800.40$ Canaletas (m) 35.96$ Tubería PVC (tira de 6m) 116.79$ Conexión de tubos 66.12$


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Tabla 3.2. Análisis económico de materiales y equipo

Marca Modelo Cantidad Cuantificación Precio sin IVA Precio con IVAASAJI 1040 3 Amplificador 14,070.00$ 16,321.20$ ASAJI 1366 20 Altavoz 15,400.00$ 17,864.00$ ASAJI 1370 8 Altavoz 2,240.00$ 2,598.40$ ASAJI 1622 1 Micrófono 1,865.00$ 2,163.40$ CONDUMEX NA 1 metros 1,160.00$ 1,345.60$ ASAJI 1141 13 Selector 8,970.00$ 10,405.20$ ACOME NA 40 metros 1,240.00$ 1,438.40$ COVAL NA 34 metros 3,423.12$ 3,970.82$ COVAL NA 26 piezas 1,482.00$ 1,719.12$

Total en costos 44,945.00$ 50,697.80$

TuberíaConexión de tubos (T)

Micrófono con pedestalCable AWG 16Selector de música (tres canales)Canaletas

Altavoz (Rejilla de Plafón)Altavoz (Ultra‐Sphere)

EquipoAmplificador Mezclador

GASTOS EN MATERIAL

De la Tabla 3.2 se puede observar que el costo del proyecto en materiales y equipos es de $50, 697.80 pesos. 3.2 Costos de ingeniería y mano de obra. Para determinar el costo de la mano de obra es necesario determinar un cronograma de actividades para poder fijar los salarios por trabajador de acuerdo a los tiempos determinados. El cronograma de la Tabla 3.3 muestra que el proyecto se logra de manera efectiva en un tiempo de 5 semanas.

Tabla 3.3. Cronograma del proyecto

Actividadplaneación del proyectoLevantamiento del áreaDiseño del proyectoPropuestas de materiales y equipoCotización de materialesPedido de materialesLlegada de materialesInstalación de ductos y canaletascableado instalación de altavoces y bajadasInstalación de equipo de de procesamientoPruebas de funcionabilidadEntrega del proyectoSupervisión del proyecto

Semana 1 Semana 2 Semana 3 semana 4 Semana 5

Cronograma del proyecto


De la tabla 3.4 se muestra el costo total de la mano de obra del proyecto.

Concepto Precio unitario Referenciado a Unidades Costo por conceptoIngeniería del proyecto 15,514.20$ 1 Ingeniero 3 46,542.60$ Instalación de ductos y canaletas 60.00$ 1 m 200 12,000.00$ Instalación de altavoces 150.00$ 1 altavoz 28 4,200.00$ Instalación de controles (bajadas) 75.00$ 1 Control 13 975.00$

Total 63,717.60$

Tabla 3.4 Costos de mano de obra

De la Tabla 3.4 se tiene que el costo de ingeniería es elevado comparado con el costo de materiales, para fines académicos este será el costo de la ingeniería debido a la participación de 3 personas. En un ejemplo real solo se necesita un ingeniero para este proyecto por lo que se contempla un sueldo de 15,514.20 pesos.

CargoQuincenas trabajadas

Salario por trabajador

N° de Trabajadores Total

Ingeniero diseñador 3 15,514.20$ 3 46,542.60$ Instalador 1 3,447.60$ 5 17,238.00$

Tabla 3.5 Tiempos de trabajo

En la Tabla 3.5 se muestra el tiempo trabajado y el total de honorarios por los trabajadores del proyecto.

Si se quisieran fijar los salarios de todos los trabajadores referenciados al salario mínimo actual del DF tipo A se tendría la siguiente tabla.

Tabla 3.6 Salarios propuestos.

Es necesario mencionar que los instaladores no trabajarán por salario mínimo. El costo de sus honorarios va en función de las instalaciones que hagan a los precios fijados en la Tabla 3.4

3.3 Costo total del proyecto

Costo de mano de obra $ 63,717.60 Costo de equipo y material

$ 50, 697.80

Costo total del proyecto $114,415.40 Tabla 3.7 Costo del proyecto

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Cargo Salario mínimoN° de salariosmínimos por día

Salario por día, por trabajador

Salario quincenal

Ingeniero diseñador 57.46$ 6 344.76$ 5,171.40$ Instalador 57.46$ 4 229.84$ 3,447.60$


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4 Conclusiones

La elaboración de este proyecto permitió comprobar que un sistema de voltaje constante de 70 V, es un sistema capaz de cumplir con la necesidad de voceo y música ambiental a un precio aceptable en comparación con los nuevos sistemas multi-zona que son muy costos.

La elaboración de un prototipo fue de gran ayuda, ya que con éste se observó claramente el funcionamiento real que tiene el equipo que se propuso y así, con certeza se demuestra el desempeño del diseño.

Se resolvió la incógnita de si realmente el voltaje se mantiene constante en todo el sistema, para lo cual se comprobó que de la salida de nuestro amplificador hacia todos nuestros altavoces se mantiene constante el voltaje y está en función de la frecuencia ya que se observó que al cambiar la frecuencia cambia el voltaje de salida de nuestro amplificador. Como se pudo apreciar en el prototipo para conseguir 70 V en nuestro sistema, es necesario tener una entrada de voltaje máxima hacia el amplificador audio sin pasar a la saturación del amplificador.

Del objetivo se puede concluir que se cumple con la elaboración de un sistema de voceo y música ambiental contemplando los criterios propuestos por los diseñadores, de esta manera se logró una uniformidad de NPA y la inteligibilidad en las salas prioritarias.

Por último se puede decir que este es proyecto no solo puede pertenecer a un espacio académico, sino también puede desarrollarse otros espacios, de igual manera en cualquier lugar donde se requiriera un sistema de voceo y música ambiental a un precio económico y con una calidad de audio aceptable.


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5 Referencias

“Anteproyecto de diseño de un sistema de megafonía para el laboratorio de acústica”

Rivera Delgado Sergio Ariel, Cesar Vega Beltrán

Dirigida por: Dra. Itzalá Rabadán Malda

2010

Beranek Leo L, Acústica.

Segunda Edición. 1969 Edit. Hispano

Recuero López Manuel, Acondicionamiento acústico

Edit. Paraninfo 2000.

Recuero López Manuel, Ingeniería acústica

Edit. Paraninfo 2000.

Portales:

http://www.doctorproaudio.com/doctor/temas/cable.htm

Fecha de consulta: 01 de agosto de 2010

http://hometech.com.mx/articulos.php?id_sec=8&id_art=374&id_ejemplar=24

Fecha de consulta: 11 de septiembre de 2010

http://www.ickrom.com.mx/info/informacion_tecnica/sistemas_de_audio_de_instalaci.php

Fecha de consulta: 10 de noviembre de 2010


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6 Anexos

Anexo 1

NORMA OFICIAL MEXICANA-NOM-011-STPS-2001,

CONDICIONES DE SEGURIDAD E HIGIENE EN LOS CENTROS DE

TRABAJO DONDE SE GENERE RUIDO

Que con fecha 6 de julio de 1994 fue publicada en el Diario Oficial de la Federación la Norma Oficial Mexicana NOM-011-STPS-1993, Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se genere ruido; Que esta dependencia a mi cargo, con fundamento en el artículo cuarto transitorio primer párrafo del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo, publicado en el Diario Oficial de la Federación el 21 de enero de 1997, ha considerado necesario realizar diversas modificaciones a la referida norma oficial mexicana, las cuales tienen como finalidad adecuarla a las disposiciones establecidas en el ordenamiento reglamentario mencionado; Que con fecha 26 de septiembre de 2000, en cumplimiento de lo previsto en el artículo 46 fracción I de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, la Secretaría del Trabajo y Previsión Social presentó ante el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral, el anteproyecto de modificación de la presente Norma Oficial Mexicana, y que el citado Comité lo consideró correcto y acordó que se publicará como proyecto en el Diario Oficial de la Federación; Que con objeto de cumplir con lo dispuesto en los artículos 69-E y 69-H de la Ley Federal de Procedimiento Administrativo, el anteproyecto correspondiente fue sometido a la consideración de la Comisión Federal de Mejora Regulatoria, la que dictaminó favorablemente en relación al mismo; Que con fecha 4 de mayo de 2001, en cumplimiento del Acuerdo del Comité y de lo previsto en el artículo 47 fracción I de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, se publicó en el Diario Oficial de la Federación el Proyecto de Modificación de la presente Norma Oficial Mexicana, a efecto de que, dentro de los 60 días naturales a dicha publicación, los interesados presentaran sus comentarios al Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral; Que habiendo recibido comentarios de cuatro promoventes, el Comité referido procedió a su estudio y resolvió oportunamente sobre los mismos, publicando esta dependencia las respuestas respectivas en el Diario Oficial de la


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Federación el 27 de diciembre de 2001, en cumplimiento a lo previsto por el artículo 47 fracción III de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; Que en atención a las anteriores consideraciones y toda vez que el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral, otorgó la aprobación respectiva, se expide la siguiente: NORMA OFICIAL MEXICANA-NOM-011-STPS-2001, CONDICIONES DE SEGURIDAD E HIGIENE EN LOS CENTROS DE TRABAJO DONDE SE GENERE RUIDO Establecer las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se genere ruido que por sus características, niveles y tiempo de acción, sea capaz de alterar la salud de los trabajadores; los niveles máximos y los tiempos máximos permisibles de exposición por jornada de trabajo, su correlación y la implementación de un programa de conservación de la audición. 2. Campo de aplicación Esta Norma rige en todo el territorio nacional y aplica en todos los centros de trabajo en los que exista exposición del trabajador a ruido. 3. Referencias Para la correcta interpretación de esta Norma deben consultarse las siguientes normas oficiales mexicanas vigentes: NOM-017-STPS-1993, Relativa al equipo de protección personal para los trabajadores en los centros de trabajo. NOM-026-STPS-1998, Colores y señales de seguridad e higiene e identificación de riesgos por fluidos conducidos en tuberías.


LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES DE EXPOSICION Este Apéndice establece los límites máximos permisibles de exposición de los trabajadores a ruido estable, inestable o impulsivo durante el ejercicio de sus labores, en una jornada laboral de 8 horas, según se enuncia en la Tabla 1.

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Tabla 1

Nivel de ruido efectivo en ponderación A (NRE): es el valor de ruido no atenuado por el equipo de rotación auditiva. Tiempo máximo permisible de exposición (TMPE): es el tiempo bajo el cual la mayoría de los trabajadores pueden permanecer expuestos sin sufrir daños a la salud. Anexo 2


Anexo 3

Anexo 4

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Amplificador Modelo 1040

Amplificador Mezclador de Audio de 100 Watts R.M.S.

• Balance óptimo entre costo y beneficio. • Excelentes características técnicas • Fácil operación e instalación • Cuentan con protecciones electrónicas contra corto-circuito,

circuito abierto y sobrecargas. • Transformador toroidal • Máxima confiabilidad que caracteriza a los productos ASAJI


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CARACTERISTICAS MODELO 1040

Potencia nominal 100 W max. (RMS) Terminales de salida 4, 8, 16 Ohms y 70 V Salida de línea 300mV

Impedancia de salida de línea 10 kOhms

ENTRADAS

Música 1 música 100mV Central telefónica -------

Micrófono 3 micrófonos 1.5mV Impedancia de entrada

Impedancia de entrada para Música Mayor a 500kOhms Impedancia de entrada para Micrófono 8k2 a 1kHz Rango dinámico en la entrada de micrófono 40 dB

Control de tonos Bajos +/- 12dB

Agudos +/- 12dB Filtro subsónico En las 3 entadas de micrófono

Unidad reproductora -------

Relación señal a ruido con los controles de volumen al mínimo Mejor que 75 dB Distorsión a plena potencia (1kHz) Menor al 1.5% Respuesta de frecuencia (medida a -6dB de la potencia nominal) (50 a 15000)Hz Control Maestro -------

Consumo en la red de alimentación 15 W mínimo

220 W máximo Tensión de alimentación 127 V.C.A. 60 Hz

Fusible 2 Amp. S.B. Peso neto aproximado 5Kg (10.5 lb) Dimensiones (L x A x F) (400x90x305) mm

(153/4"x 31/2" x12")in


Anexo 5

Anexo 6

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