Analizador de Componentes Espectrales del Sonido

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TESIS PROFESIONAL 
ANALIZADOR DE 
COMPONENTES ESPECTRALES 
DEL SONIDO  EMPLEANDO 
INSTRUMENTACION VIRTUAL 
 
 
 LAURA GABRIELA REZA PALACIOS 
Academia de Acústica 
Departamento de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica 
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Zacatenco. 
Unidad “Adolfo López Mateos” 
Instituto Politécnico Nacional 
C.P. 07380 México D.F.  
México, 
 
 
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Analizador  de  Componentes  Espectrales  del  Sonido 
empleando Instrumentación Virtual 
 
© LAURA GABRIELA REZA PALACIOS, 2009 
Tesis  profesional, 2009 
 
Academia de Acústica  
Departamento  de  Ingeniería  en  Comunicaciones  y 
Electrónica 
Escuela  Superior  de  Ingeniería  Mecánica  y  Eléctrica, 
Zacatenco. 
Unidad “Adolfo López Mateos” 
Instituto Politécnico Nacional 
C.P. 07380  México D.F.  
México. 
 
Tel.  55 57 29 60 00   Ext. 54616 y  54652 
 
 
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Analizador  de  Componentes  Espectrales  del  Sonido  empleando 
Instrumentación Virtual. 
LAURA GABRIELA REZA PALACIOS 
Academia de Acústica 
Departamento  de Ingeniería  en Comunicaciones y Electrónica 
Escuela Superior de  Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Zacatenco 
Unidad “Adolfo López Mateos” 
Instituto Politécnico Nacional 
 
 
 
 
Resumen 
Actualmente  el  rápido  avance  tecnológico  ofrece  sofisticados 
programas  y  dispositivos  digitales  que  excluyen  al  investigador 
del proceso de análisis y lo relegan únicamente al papel de usuario 
y consumidor de tecnologías extranjeras. 
Si  bien,  es  de  gran  utilidad  el  conocer  los  dispositivos  de 
vanguardia, el investigador esta obligado a desarrollar tecnologías 
propias  que  eviten  altos  costos,  y  cuyo  manejo  implique  una 
preparación  y  conocimiento  que  impulse  al  desarrollo  de 
tecnología nacional. 
Se  busca  implementar  un  instrumento  digital  de  medición  y 
análisis en el cual los alumnos de la especialidad de Acústica en la 
carrera de Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones encuentren 
un útil apoyo para estudios e investigaciones, así también, pueden 
en un  futuro colaborar en  la optimización y actualización de este 
instrumento. 
 
 
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Reconocimientos  
Gracias  a  las  personas  que  han  estado  involucradas  en  la 
realización de esta Tesis, tanto familiares como amigos y maestros, 
todo su apoyo, comprensión  y confianza me ha servido mucho. 
En  especial  quisiera  hacer  un  reconocimiento  a mis  padres  que 
siempre han brindado  lo mejor de ellos mismos, a mi esposo que 
nunca dudo de mí y a mi duraznito por el último empujón. 
 
 
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Contenido  
 
  Pág. 
Introducción.  9 
Justificación.  11 
Objetivo.  12 
Capítulo I   
       1.1 El Sonido. Medición y Análisis.  13 
              1.1.1 La Frecuencia.  13 
              1.1.2 La Amplitud.  14 
              1.1.3 El Timbre.  16 
       1.2 La Audición.  16 
              1.2.1 El Oído como Analizador de 
                       Frecuencias. 
 
19 
              1.2.2 El Campo Auditivo.  20 
       1.3 Las Curvas de Ponderación.  22 
       1.4 Instrumentos de Medición.  23 
              1.4.1 El Sonómetro.  25 
              1.4.2 El Espectrómetro.  26 
       1.5 Filtros.  28 
              1.5.1 Filtros Activos.  28 
              1.5.2 Características de Respuesta 
                       de un Filtro. 
 
32 
       1.6 Instrumentación Virtual.  35 
              1.6.1 LabVIEW.  36 
 
 
 
 
8 
 
 
Capítulo II. Desarrollo del    Proyecto.   
 
       2.1 Obtención y Cálculo de Datos.  38 
              2.1.1 Obtención de la Señal.  38 
              2.1.2 Implementación de Filtros.  41 
              2.1.3 Cálculo del Nivel de Presión 
                        Sonora. 
 
42 
       2.2 Presentación de los Resultados.  43 
       2.3 Panel de Control.  44 
              2.3.1 Controles de Entrada.  45 
              2.3.2 Ventanas de Resultados.  48 
              2.3.3 Gráficas de Resultados.  49 
Capítulo III. Pruebas.   
       3.1 Cálculos.  50 
       3.2 Equipo.  53 
       3.3 Calibración y Pruebas.  57 
              3.3.1 Volumen del Micrófono.  59 
              3.3.2 Pruebas para determinar el 
                       Volumen del Micrófono. 
 
61 
              3.3.3 Cálculo de P0.  62 
       3.4 Costos.  66 
Conclusiones.  68 
Bibliografía.  69 
 
 
 
 
9 
Introducción. 
Los instrumentos de medición se emplean para determinar valores 
de los parámetros que conformen un fenómeno determinado para 
su  estudio,  análisis    y  comprensión;  así  una  vez  asimilado  el 
conocimiento  se  está  en  condiciones  de  proponer  formas  y/o 
métodos para optimizar el desarrollo de   dicho fenómeno, o bien, 
minimizar  errores y en lo posible eliminar fallas. 
Un ingeniero en Acústica que domine en profundidad los aspectos 
matemáticos, que aprenda todos los métodos básicos de medida y 
que posea    los  instrumentos necesarios para ello, sólo necesita  la 
experiencia  de  cada  día  con  sistemas  reales  para  convertirse 
rápidamente en un verdadero experto en Acústica. 
Si bien el oído humano continúa siendo el más delicado y versátil 
instrumento de audio disponible para la detección de un efecto, la 
subsiguiente medida de este efecto genera los datos que permiten 
a la mente humana evaluar y descubrir las interrelaciones que, de 
otro modo, quedarían ocultas a los sentidos. Se ha establecido con 
mucha razón que cuando algo se puede medir, se sabe algo sobre 
ello, de lo contrario, el conocimiento será hipotético. 
Uno  de  los  instrumentos  de medición más  importantes  para  el 
ingeniero  en Acústica  es  el  sonómetro  que da medidas de  nivel 
sonoro;  si a  éste  se  le  implementa una  etapa que pueda analizar 
por bandas de frecuencia una señal, se esta hablando entonces, de 
un analizador de componentes espectrales del sonido. 
Los analizadores espectrales han sido largamente empleados y han 
evolucionado  junto  con  la  tecnología,  en  sus  inicios  se  tenían 
 
 
10 
analizadores  implementados  puramente  con  dispositivos 
analógicos  cuyo  funcionamiento  se  basaba  en  bancos  de  filtros 
pasa bandas con detectores y a  la salida de cada uno de ellos un 
graficador que presentara  los resultados obtenidos. Ahora, con el 
desarrollo  de  la  tecnología  digital  y  la  aparición  de 
microprocesadores cada vez más potentes, se  tienen analizadores 
de  frecuencia  íntegramente  digitales;  además,  debido  a  la 
velocidad de operación de los componentes microelectrónicos, son 
capaces de procesar la información de la señal conforme ésta varía, 
es decir, en tiempo real. 
En  la  presente  Tesis  se  desarrolla  el  trabajo  de  investigación 
realizado  para  el  diseño  de  un  analizador  de  componentes 
espectrales del sonido empleando una computadora personal y el 
software de análisis  “Lab View 7.0”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Justificación. 
Los analizadores espectrales actuales son microcomputadores con 
una arquitectura y diseño específico, orientado a realizar tareas de 
procesamiento  digital  de  señales,  pero  al  ser  desarrollados  por 
grandes  compañías  transnacionales  el  uso  de  dichos 
microcomputadores presupone una preparación y  conocimientos 
de  características propias  y  técnicas de procesamiento digital de 
señales que cada fabricante da a su equipo. 
Se  busca  diseñar  un  analizador  de  componentes  espectrales  del 
sonido  íntegramente  digital,  con  la  finalidad  de  mejorar 
características  de  rapidez  y  precisión.  De  esta  manera  queda 
implementado un instrumento digital de medición y análisis en el 
cual  los alumnos de  la   especialidad de Acústica en  la carrera de 
Ingeniería  en  Electrónica  y  Comunicaciones  encontraran  un  útil 
apoyo para estudios e investigaciones, así también, pueden en un 
futuro  colaborar  en  la  optimización  y  actualización  de  este 
instrumento. 
 
 
 
 
 
12Objetivo. 
Diseñar  un Analizador  de  Componentes  Espectrales  del  Sonido 
empleando Instrumentación Virtual. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Capitulo I. 
1.1 El Sonido. Medición y Análisis.  
El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por el 
movimiento ondulatorio de un medio  elástico. Este  fenómeno  se 
presenta  debido  a  cambios  rápidos  de  presión  generados  por  el 
movimiento vibratorio de un  cuerpo. La onda del  sonido es una 
onda longitudinal. 
A medida que  la energía del movimiento ondulatorio se propaga 
alejándose  del  centro  de  la  perturbación,  las  moléculas 
individuales del medio elástico que transmite el sonido se mueven 
hacia delante y   atrás, de  forma paralela  (colineal) a  la dirección 
del movimiento ondulatorio. Por tanto, una onda de sonido es una 
serie de compresiones y enrarecimientos sucesivos del aire. Cada 
molécula  individual  transmite  la energía a  las moléculas vecinas, 
pero  una  vez  que  pasa  la  onda  de  sonido,  las  moléculas 
permanecen en la misma posición. 
Cualquier  sonido  sencillo,  como  una  nota  musical,  puede 
describirse en su  totalidad especificando  tres características de su 
percepción: el  tono,  la sonoridad y el  timbre. Estas características 
corresponden  exactamente  a  tres  características  físicas:  la 
frecuencia,  la  amplitud  y  la  composición  armónica  o  forma  de 
onda. 
1.1.1 La Frecuencia. 
La frecuencia de una onda de sonido es la medición del número de 
vibraciones por segundo de un punto determinado. La unidad de 
 
 
14 
medida de  la frecuencia es Hertz (Hz); una frecuencia de 1 Hertz 
es aquella que tiene 1 ciclo u oscilación por segundo. La unidad de 
medición  recibe  este nombre  en honor  al  físico  alemán Heinrich 
Rudolf  Hertz,  el  primero  en  demostrar  la  naturaleza  de  la 
propagación de  las  ondas  electromagnéticas. En  la  Figura  1.1  se 
muestran  cuatro  ondas  con  diferentes  frecuencias  pero  con  la 
misma amplitud. 
1.1.2 La Amplitud. 
Es  la  característica  de  las  ondas  sonoras  que  determina  la 
sonoridad,  es  decir,  el  volumen.  La  amplitud  es  la  distancia 
máxima  que  un  punto del medio  en  que  se  propaga  la  onda  se 
desplaza de la posición de equilibrio; esta distancia corresponde al 
grado de movimiento de las moléculas de aire en una onda sonora. 
 
Figura 1.1:  Cuatro ondas con diferentes frecuencias pero misma 
amplitud. 
 
 
15 
Al aumentar su movimiento, se golpea el tímpano con una fuerza 
mayor, por lo que el oído percibe un sonido más fuerte.  
La  amplitud  de  la  onda  (dB)  o  sonoridad  (Phones)  se mide  en 
decibeles (dB). La escala de sensación sonora es logarítmica, lo que 
significa que un aumento de 10 dB corresponde a una  intensidad 
10 veces mayor. 
En la Figura 1.2 se muestran cuatro ondas con la misma frecuencia 
pero distintas amplitudes entre ellas. 
 
 
 
Figura 1.2:  Cuatro ondas con diferentes amplitudes y misma frecuencia. 
 
 
16 
1.1.3 El Timbre. 
Es  la  característica  del  sonido  que  permite  distinguir  los  tonos 
producidos por  instrumentos distintos aunque  las ondas  sonoras 
tengan  la  misma  amplitud  y  frecuencia.  Los  armónicos  son 
componentes  adicionales  de  la  onda  que  vibran  a  múltiplos 
enteros  de  la  frecuencia  principal  y  dan  lugar  a  diferencias  de 
timbre. 
1.2 La Audición. 
La  audición  es  el  resultado  de  una  serie  de  procesos  acústicos, 
mecánicos,  hidráulicos,  nerviosos  y  mentales  dentro  de  la 
combinación oído / cerebro que dan a una persona la impresión de 
sonido.  La  impresión  que  un  humano  recibe  no  es  idéntica  a  la  
forma  de  onda  acústica  verdadera  presente  en  el  canal  auditivo 
porque parte de la entropía de la onda se pierde. 
La agudeza del oído humano es asombrosa, ya que puede detectar 
cantidades minúsculas de distorsión  y  aceptar un  enorme  rango 
dinámico. El único criterio de calidad de que se dispone consiste 
en  el  hecho  de  que  si  el  oído  es  incapaz  de  detectar  distorsión 
alguna, se dice que el sonido es perfecto. Por  tanto, el criterio de 
calidad  es  completamente  subjetivo  y  sólo  se  puede  comprobar 
mediante pruebas de audición. 
El oído se divide en tres zonas llamadas: oído externo, oído medio 
y oído interno; de acuerdo a su ubicación en el cráneo. 
 
 
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Oído  Externo.  Consta  del  pabellón  u  oreja,  y  el  canal  auditivo 
externo. En esta parte  los sonidos penetran al oído a  través de  la 
oreja y chocan con el tímpano haciéndolo vibrar. 
Oído Medio.   Está ubicado  en  la  caja  timpánica, y  lo  integran  el 
tímpano, los huesecillos u oscículos, y la trompa de Eustaquio. Del 
 
Figura 1.3:  Corte transversal del oído derecho, en el cual se muestran las 
partes anatómicas más representativas del aparato auditivo. 
 
Figura 1.4:  Oído Externo 
 
 
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oído  externo  llega  la  onda  sonora  a  través  del  tímpano  que  al 
vibrar  hace  que  los  huecesillos  se muevan.  La  finalidad  de  esta 
cadena es convertir vibraciones de gran amplitud y poca presión, 
como las hay en el tímpano, en vibraciones de pequeña amplitud y 
mayor presión, requeridas en el líquido que llena el oído interno.  
 
Oído Interno.   Está constituido por el  laberinto, cavidad ósea que 
contiene  a  los  canales  semicirculares,  el  vestíbulo  y  la  cóclea  o 
caracol.  Los  canales  semicirculares  son  el  órgano  sensor  del 
sistema  del  equilibrio.  El  vestíbulo  comunica  los  canales 
semicirculares  con  el  caracol  y  al  mismo  tiempo  comunica  el 
caracol con la caja timpánica a través de dos orificios denominados 
ventana  oval  y  ventana  circular.  El  estribo,  última  pieza  de  la 
cadena de huecesillos, se encuentra adherida a la ventana oval del 
oído  interno.  Los  movimientos  del  estribo  producen 
desplazamientos del  líquido en el oído  interno que estimulan  las 
terminaciones  nerviosas  o  células  ciliadas,  emitiendo    un  pulso 
eléctrico.  Este  pulso  eléctrico  es  enviado  a  través  del  nervio 
auditivo al cerebro para ser procesado. 
 
Figura 1.5:  Oído Medio 
 
 
19 
 
Figura 1.6:  Oído Interno 
 
1.2.1 El Oído como Analizador de Frecuencias. 
La cóclea o caracol (oído interno), contiene a la Membrana Basilar 
que es una membrana elástica sobre la que se encuentra el órgano 
de  Corti,  una  estructura  que  contiene  a  las  células  ciliadas  o 
pilosas.  Las  células  ciliadas  se  comportan  como  diminutos 
micrófonos, generando pulsos eléctricos (denominados potenciales 
de  acción)  de  unos  90mV  como  respuesta  a  la  vibración.  Estos 
pulsos  son  enviados  al  cerebro  a  través  de  las  células  nerviosas 
(neuronas) reunidas en el nervio auditivo. 
La membrana  Basilar,  varía  en masa  y  rigidez  a  lo  largo  de  su 
estructura,  mide  alrededor  de  35mm  de  longitud  y  tiene  unos 
0.04mm de ancho en su zona basal  (la más próxima a  la base del 
caracol)  y  unos  0.5mm  en  la  zona  apical  (próxima  al  vértice  o 
ápex). La zona más angosta (basal) es  ligera y   rígida, así que sus 
frecuencias  de  resonancia  serán  altas;  mientras  que  en  la  zona 
apical, la membrana es pesada y suave por lo cual resuena a bajas 
frecuencias. 
 
 
20 
Cuando  la  perturbación  es  periódica,  tal  como  sucede  con  una 
vibración  sonora,  la  membrana  comienza  a  vibrar  con  una 
envolvente  cuyo  máximo  se  produce  en  cierta  posición  que 
depende de la frecuencia del sonido, como se muestra en la Figura 
1.7. Esto confiere al oído  interno una cualidad analítica que es de 
fundamental importancia en la discriminación tonal del sonido. 
1.2.2 El Campo Auditivo. 
Se define como umbral de audibilidad, para un tono puro de una 
frecuencia dada, a la mínima presión sonora eficaz que puede ser 
oída,  en  ausencia  de  todo  ruido  de  fondo.  El  umbral  auditivo 
representa la presión sonora mínima que produce la sensación deaudición. 
 
Figura 1.7:  Ubicación de frecuencias de resonancia en la Membrana 
Basilar 
 
 
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En  el  campo  auditivo  el  rango  de  frecuencias  audibles  para  un 
humano va de los 20 Hertz a los 20,000 Hertz (en la teoría), pero el 
oído no es  igualmente sensible a  todas estas frecuencias. Las más 
audibles  son  las  ubicadas  en  la  parte  media  del  espectro, 
aproximadamente entre 1,000 Hertz y 5,000 Hertz. 
El  oído  es  menos  sensible  para  frecuencias  bajas  y  altas.  Esta 
característica de menor agudeza para  tonos graves  favorece en el 
enmascaramiento de los sonidos que produce el cuerpo humano. 
Se denomina enmascaramiento a la reducción total o parcial de la 
sensibilidad de  un  oyente  para  percibir  un determinado  sonido, 
provocado por la presencia simultánea de otro. Cuando un sonido 
hace  que  otro  sea menos  audible, porque  ambos  se producen  al 
mismo  tiempo,  se  dice  que  se  produjo  un  fenómeno  de 
enmascaramiento.  El  sonido  cuyo  umbral  de  audibilidad  se  ha 
modificado  se  denomina  sonido  enmascarado  y  al  otro,  sonido 
enmascarante. 
 
Figura 1.8:  Gráfica que muestra diferentes rangos audibles  
 
 
22 
1.3 Las Curvas de Ponderación. 
El  oído  humano  presenta  una  respuesta  subjetiva  de  manera 
logarítmica a diferentes  frecuencias; así pues, para el estudio del 
proceso de audición se necesitaba de un instrumento de medición 
capaz  de  reflejar  con  una  única  cifra  la  sensación  de  sonoridad 
producida por un sonido cualquiera. Para  lograr esto se propuso 
intercalar un filtro que imitara la respuesta del oído humano, esto 
es,  acentuara  las  frecuencias  en  las  que  el  oído  es más  sensible 
(frecuencias  medias)  y  atenuara  aquellas  en  las  que  es  menos 
sensible (frecuencias altas y bajas). 
Existen  tres  redes  de  ponderación:  A,  B  y  C  (Figura  1.9),  Sus 
unidades son: “dB(A)´s”, “dB(B)´s” y “dB(C)´s” respectivamente. 
Las curvas A, B y C son aproximaciones inversas de las curvas de 
Fletcher y Munson de 40, 70 y 100 fons, las cuales se pretendía que 
fueran realizables con redes eléctricas sencillas.  
 
Figura 1.9:  Curvas de Ponderación  
 
 
23 
A partir de  lecturas  empleando  las  redes de ponderación puede 
obtenerse  cierta  información  respecto  a  la  distribución  espectral 
del ruido. Si el nivel sonoro es el mismo para las redes A, B y C, la 
energía sonora es posiblemente predominante para las frecuencias 
superiores a 500 Hertz. Si el nivel es el mismo para las redes B y C, 
el sonido predominante está comprendido entre las frecuencias de 
150 y 1000 Hertz. Finalmente si el nivel sonoro es mayor con la red 
C, el sonido predominante está en  las  frecuencias  inferiores a  los 
150 Hertz.  
Muchas  investigaciones  han  revelado  que  las  cifras  medidas 
intercalando  la  curva  de  ponderación  “A”  estaban  muy  bien 
correlacionadas  con  el  daño  auditivo  experimentado  por  las 
personas  expuestas  a  ruidos  intensos  durante  períodos 
considerables  de  tiempo,  como  suele  ocurrir  en    ambientes  de 
trabajo en  la  industria;  también se correlacionan con  la sensación 
de  molestia  y  la  interferencia  a  la  palabra  causadas  por 
determinados ruidos. Es por esto que dicha curva de ponderación 
“A”  se  ha  popularizado  y  adoptado    en  numerosas  normas  y 
legislaciones. 
 La  curva  “B” no  se utiliza  actualmente y  es difícil de  encontrar 
instrumentos que  la  incluyan. La curva “C” sí viene  incorporada 
en varios instrumentos, ya que algunas especificaciones requieren 
la  lectura  en dB(C)´s;  además,  la  comparación de mediciones  en 
dB(A)´s y dB(C)´s permite determinar si existen o no componentes 
de baja frecuencia importantes. 
1.4 Instrumentos de Medición. 
Las  mediciones  acústicas  tienen  como  finalidad  determinar  las 
características  de  las  ondas  sonoras  en  el  aire  (para  calibrar  la 
 
 
24 
calidad  acústica  de  los  recintos)  y  la  percepción  que  un  oyente 
experimentará  en  tales  recintos,  como  lo  es  la  sensación  de 
incomodidad  ante  sonidos  no  deseados  (sonidos  interferentes  y 
ruido). 
Uno  de  los  parámetros  fundamentales  que  inciden  sobre  la 
percepción de una onda sonora es el nivel acústico. El objetivo de 
la medida  del  nivel  acústico  es  determinar  la  sensación  que  un 
sonido  produce  en  un  oyente.  El  concepto  fundamental  es  la 
presión sonora, definida como la variación dinámica de la presión 
atmosférica provocada por una onda sonora, es decir, la diferencia 
entre  la  presión  de  un  punto  y  la  presión  estática  (debida  a  la 
presión atmosférica) en el mismo punto. 
Las unidades empleadas son las de presión: 
1Pa = 1 N/m2  
Debido al amplio margen de variación que puede experimentar la 
presión sonora se hace difícil en muchas ocasiones manejar estas 
unidades  y  en  la  práctica  se  utiliza  el  nivel  de  presión  sonora, 
conocido por las siglas NPS, que se define como: 
NPS (dB)  =  20 log P/P0 
Donde P0 es igual a 20 μPa. 
Las aplicaciones prácticas de la medida del nivel sonoro se pueden 
dividir en tres apartados: medida de  la sensación sonora, medida 
del aislamiento y medida del ruido interferente. 
 
 
 
25 
1.4.1 El Sonómetro. 
El instrumento normalmente empleado para la medición del nivel 
de presión sonora es el sonómetro (Figura 1.10), suele ser de tamaño 
reducido y está compuesto por un micrófono omnidireccional de 
condensador,  un  preamplificador,  un  amplificador,  una 
ponderación  de  frecuencia,  un  control  de  rango  de  nivel, 
ponderación temporal y un sistema de visualización que puede ser 
un medidor de aguja o un visualizador digital. 
 
Para  una  ponderación  en  frecuencia,  el  sonómetro  posee  filtros 
que  se  pueden  intercalar  a  voluntad  para  realizar  medidas 
ponderadas.  Estos  filtros,  denominados  A,  B  y  C,  tienen  la 
finalidad  de  que  la medida  objetiva  tomada  con  el  instrumento  
corresponda  lo  más  posible  con  la  impresión  subjetiva  que 
experimenta el oyente. 
 
Figura 1.10:  Sonómetros.  
 
 
26 
1.4.2 El Espectrómetro. 
Un analizador de espectros tiene una estructura similar a la de un 
medidor de nivel sonoro  (Figura 1.11), en el cual se reemplaza el 
filtro de ponderación por uno o más  filtros pasa‐banda,  es decir 
filtros que permiten pasar las señales comprendidas en una banda 
relativamente estrecha de  frecuencias y rechazan  las restantes. Al 
ser estos filtros muy selectivos en frecuencia, permiten un análisis 
detallado del contenido espectral del ruido. 
Existe  la  posibilidad de medición del  nivel  en  toda  la  banda de 
frecuencias o por sección, para poder medir el nivel en bandas de 
octava  o  de  1/3  de  octava  mediante  filtros  conmutables,  con 
frecuencia central en cada una de las octavas o tercios de octava. 
 
 
Figura 1.11:  Analizador de Espectros. 
 
 
27 
Existen dos tipos de analizadores de espectro: 
Analizador en tiempo real de un canal o dos por banco de 
filtros en paralelo. Éstos son una serie de analizadores que 
no realizan un barrido frecuencial sino que obtienen todo el 
espectro  simultáneamente,   mediante  filtros y un detector 
de nivel por cada filtro. Se suelen utilizar para señales que 
varían  rápidamente  en  amplitud  o  en  contenido 
frecuencial. 
Analizadores  por  medio  de  FFT.  Estos  analizadores 
utilizan el algoritmo de  la transformada rápida de Fourier 
para calcular el espectro de bloques de datos de la muestra 
de  longitud  finita  (típicamente  1024  ó  2048 muestras). La 
gran  ventaja  de  estos  analizadores  es  la  posibilidad  de 
efectuar un acercamiento gráfico de una zona concreta en 
el espectro obtenido. 
Un  analizador de  espectro puede utilizarse para determinar qué 
banda de frecuencia o componente contribuye en mayor medida al 
nivel de presión sonora con ponderación “A”. 
Los analizadores de espectro se pueden clasificaren analizadores 
de tiempo real y de tiempo diferido. Los de tiempo real obtienen el 
espectro  completo  instantáneamente,  salvo  el  retardo  combinado 
del filtro pasa‐banda y del filtro pasa‐bajos del conversor de valor 
eficaz. Los de  tiempo diferido  requieren  almacenar una muestra 
del  sonido  a  analizar,  que  luego  será  procesada  por medio  de 
distintos  recursos;  entre  éstos  están  los  analizadores  de  bandas 
seleccionables,  utilizados  en  combinación  con  un  grabador  de 
instrumentación. 
 
 
28 
1.5 Filtros. 
1.5.1 Filtros Activos. 
En  los  filtros  se  usan  dispositivos  activos  como  transistores  o 
amplificadores operacionales y redes RC pasivas. Los dispositivos 
activos  proporcionan  ganancia  de  voltaje  y  las  redes  pasivas 
proporcionan  selectividad  de  frecuencia.  En  términos  de  su 
respuesta general, hay cuatro categorías básicas de filtros activos: 
pasa‐bajas, pasa‐altas, pasa‐banda y supresor de banda. 
 Respuesta  del  Filtro Pasa‐Bajas. La  banda de  paso del  filtro  pasa‐
bajas básico se define desde 0 Hertz hasta la frecuencia de corte, fc, 
en donde el voltaje de salida es el 70.7% del voltaje de la banda de 
paso, como  se  indica en  la Figura 1.12.a. La banda de paso  ideal 
mostrada  por  la  región  sombreada  dentro  de  la  línea  punteada 
tiene una atenuación instantánea en fc. El ancho de banda de este 
filtro es igual a fc. 
AB = fc 
En la Figura 1.12.b se muestran las curvas de respuesta de un filtro 
pasa‐bajas ideal, con varias razones de caída.  
 
 
29 
 
Respuesta del Filtro Pasa‐Altas. Una respuesta de un filtro pasa‐altas 
es  aquella  que  atenúa  significativamente  a  todas  las  frecuencias 
menores a la frecuencia de corte que es, por supuesto, la frecuencia 
en la cual el voltaje de salida es el 70.7% del voltaje de la banda de 
paso,  como  se muestra  en  la  Figura  1.13.a.  La  respuesta  ideal, 
mostrada en  la región sombreada dentro de  las  líneas punteadas, 
tiene una  caída  instantánea    en  fc,  la  cual,    por  supuesto,  no  es 
posible  obtener.  Es  posible  obtener  razones  de  caída  de  20 
dB/década/polo. En la Figura 1.13.b se ilustran respuestas del filtro 
pasa‐altas con varias razones de caída. 
 
Figura 1.12:  Respuestas de un Filtro Pasa‐Bajas. 
a)Respuesta de un filtro Pasa Bajas donde fc es un 70.7% 
del voltaje de entrada. 
b)Respuestas de filtros Pasa Bandas con diferentes razones 
de caída.  
 
 
30 
 
Respuesta  del  Filtro  Pasa‐Banda.  Un  filtro  pasa‐banda  permite  el 
paso  de  todas  las  señales  localizadas  dentro    de  una  banda 
comprendida entre un límite de frecuencia inferior y un límite de 
frecuencia  superior,  y  esencialmente  rechaza  a  todas  las  demás 
frecuencias  que  queden  fuera  de  esta  banda  especificada.  En  la 
Figura  1.14  se  muestra  una  curva  de  respuesta  pasa‐banda 
generalizada. El ancho de banda (AB) se define como la diferencia    
 
Figura 1.13:  Respuestas de un Filtro Pasa‐Altas. 
a)Respuesta de un filtro Pasa Altas donde fc es un 70.7% 
del voltaje de entrada. 
b)Respuestas de filtros Pasa Altas con diferentes razones de 
caída. 
 
 
31 
entre  la  frecuencia de  corte  superior,  fc2, y  la  frecuencia de  corte 
inferior fc1. 
AB = fc2 – fc1 
Las frecuencias de corte son, por supuesto, los puntos en donde la 
curva de respuesta es el 70.7% de su máximo. A estas frecuencias 
de corte también se le denomina frecuencias de 3 dB. La frecuencia 
alrededor  de  la  cual  se  centra  la  banda  de  paso  se  denomina 
frecuencia  central F0,  se define  como  la media geométrica de  las 
frecuencias de corte. 
F0 =  √ (fc1)(fc2) 
 
Respuesta  de  un  Filtro  Supresor  de  Banda. Otra  categoría  de  filtro 
activo  es  el  supresor de banda,  conocido  también  como  filtro de 
muesca,  de  rechazo  de  banda  o  de  eliminación  de  banda.  Su 
 
Figura 1.14:  Curva de Respuesta Pasa‐Banda General. 
 
 
32 
operación puede  concebirse  como  la opuesta a  la del  filtro pasa‐
banda, ya que  las frecuencias dentro de cierto ancho de banda se 
rechazan y  se permite  el paso de  frecuencias  fuera del ancho de 
banda.  En  la  Figura  1.15  se  muestra  una  curva  de  respuesta 
general para un filtro supresor de banda. Observe que el ancho de 
banda  es  la  banda  de  frecuencias  entre  los  puntos  de  3  dB, 
justamente como en el caso de la respuesta del filtro pasa‐banda. 
1.5.2 Características de Respuesta de un Filtro. 
Cada  tipo  de  respuesta  (pasa‐bajos,  pasa‐altas,  pasa‐banda  o 
supresor  de  banda)  puede  diseñarse  mediante  valores  de 
componentes  del  circuito  a  fin  de  tener  una  característica 
Butterworth, Chebyshev o Bessel. Cada una de estas características 
 
Figura 1.15:  Respuesta de un Filtro Supresor de banda. 
 
 
33 
se  identifica por  la  forma de  la curva de  la  respuesta y cada una 
tiene una ventaja en ciertas aplicaciones. 
La  característica  Butterworth.  La  característica  Butterworth 
proporciona una respuesta en amplitud muy plana en la banda de 
paso y una  razón de caída de 20 dB/década/polo. Sin embargo, la 
respuesta en fase no es lineal y el desfasamiento (y, así, el retardo 
en  tiempo)  de  las  señales  que  pasan  a  través  del  filtro  varía  en 
forma  no  lineal  con  la  frecuencia.  Por  consiguiente,  un  pulso 
aplicado  a  un  filtro  con  respuesta  Butterworth  originará 
sobrepasos en la salida, ya que cada componente de frecuencia de 
los flancos de subida y bajada del pulso experimenta un retardo en 
tiempo  diferente.  Los  filtros  con  respuesta  Butterworth  suelen 
usarse    cuando  todas  las  frecuencias  en  la banda de paso deben 
tener la misma ganancia. A la respuesta Butterworth se le conoce a 
menudo como respuesta plana máxima. 
La  característica  Chebyshev.  Los  filtros  con  característica  de 
respuesta  Chebyshev  son  útiles  cuando  se  requiere  una  caída 
rápida, ya que proporcionan una razón de caída superior a los 20 
dB/década/polo.  Se    trata  de  una  razón más  grande  que  la  de 
Butterworth, por lo que los filtros pueden realizarse con respuesta 
Chebyshev  con  un  menor  número  de  polos  y  circuitos  menos 
complicados para un razón de caída dada. Este tipo de  respuesta 
de filtro se caracteriza por sobrepasos o fluctuaciones (rizos) en la 
banda  de  paso  (dependiendo  del  número  de  polos)  y  una 
respuesta en fase aún menos lineal que la de Butterworth. 
La  característica  de  Bessel.  La  respuesta  Bessel  presenta  una 
característica de  fase  lineal,  lo cual significa que el desfasamiento 
crece linealmente con la frecuencia. El resultado es que casi no hay 
sobrepasos en la salida cuando se tiene una entrada pulso. Por esta 
 
 
34 
razón  se usan  filtros  con  respuesta Bessel para  filtrar pulsos  sin 
distorsionar su forma. 
Las características de respuesta   Butterworth, Chebyshev o Bessel 
pueden  realizarse  con  casi  todas  las  configuraciones  de  circuito 
para  filtros  activos  mediante  la  selección  apropiada  de  ciertos 
valores  de  componentes.  En  la  Figura  1.16  se  muestra  una 
comparación general de  las  tres  características de  respuesta para 
una  curva  de  respuesta  pasa‐bajas.  También  es  posible    diseñar 
filtros pasa‐altas y pasa‐banda que  tengan  cualquiera de  las  tres 
características. 
 
Figura 1.16:  Gráficas comparativas de tres tipos de características de 
respuestas de Filtros. 
 
 
35 
1.6 Instrumentación Virtual. 
Una  de  las  nuevas  tendencias  en  la  instrumentación  es  la 
instrumentación virtual. La  idea es  sustituir y ampliar elementos 
de  ʺhardwareʺ  por  otros  de  ʺsoftwareʺ,  para  ello  se  emplea  un 
procesador  (normalmente  una  PC)  que  ejecute  un  programa 
específico,  este  programa  se  comunica  con  los  dispositivos  para 
configurarlos y leer sus medidas. 
Las  ventajas  de  la  instrumentación  virtual  son  que  es  capaz  de 
automatizarlas  medidas  y  el  proceso  de  la  información,  la 
visualización y manipulación de componentes de manera remota, 
etc. 
National  Instruments  es  una  empresa  pionera  y  líder  en  la 
tecnología  de  la  instrumentación  virtual,  un  concepto 
revolucionario  que  ha  cambiado  la  forma  en  que  ingenieros  y 
científicos abordan las aplicaciones de medición y automatización. 
Aprovechando el poder de la PC y sus tecnologías relacionadas, la 
instrumentación  virtual  aumenta  la  productividad  y  reduce  los 
costos  por  medio  de  “software”  de  fácil  integración  (como  el 
ambiente  de  desarrollo  gráfico  LabVIEW  de  NI)  y  “hardware” 
modular (como los módulos PXI para adquisición de datos, control 
de instrumentos y visión artificial). 
 
Figura 1.17:  Logo de la Empresa “National Instruments”. 
 
 
36 
1.6.1 LabVIEW. 
LabVIEW es una herramienta gráfica de prueba, control y diseño 
mediante  la programación. El  lenguaje que usa se  llama  lenguaje 
G. 
Este  programa  fue  creado  por National  Instruments  (1976)  para 
funcionar sobre máquinas  MAC, salió al mercado por primera vez 
en  1986.  Ahora  está  disponible  para  las  plataformas Windows, 
UNIX, MAC y Linux. 
Los  programas  hechos  con  LabVIEW  se  llaman  VI  (Virtual 
Instrument),  lo que da una idea de uno de sus principales usos: el 
control de instrumentos. El lema de LabVIEW es: ʺLa potencia está 
en el Softwareʺ. Esto no significa que  la empresa haga únicamente 
software, sino que busca combinar este “software” con todo tipo de 
“hardware”,  tanto  propio  (tarjetas  de  adquisición  de  datos,  PAC, 
Visión, y otro Hardware), como de terceras empresas. 
 
Figura 1.18:  Logo del Sistema de Programación Lab VIEW. 
 
 
37 
Sus principales características son la facilidad de uso  y la rapidez 
de  programación,  además,  con  LabVIEW  pueden  crearse 
programas de miles de VIs  (páginas de código) para aplicaciones 
complejas, programas de automatizaciones de decenas de miles de 
puntos de entradas/salidas, etc. Incluso existen buenas prácticas de 
programación  para  optimizar  el  rendimiento  y  la  calidad  de  la 
programación. 
Presenta  facilidades  para  el  manejo  de:  Interfaces  de 
comunicaciones,  capacidad de  interactuar  con  otras  aplicaciones, 
herramientas  para  el  proceso  digital  de  señales, visualización  y 
manejo de gráficas con datos dinámicos, adquisición y tratamiento 
de  imágenes,  control  de movimiento,  tiempo  real  estrictamente 
hablando, programación de FPGAs, sincronización, etc.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
38 
Capitulo  II.  Desarrollo  del 
Proyecto. 
El  analizador de Componentes Espectrales del  sonido  que  se ha 
diseñado  con  el programa LabVIEW  7.0  consta de  las  siguientes 
etapas: 
 
 
 
 
A. Obtención  y 
Cálculo  de 
Datos 
  Obtención de la Señal  
Banco de Filtros 
Mediciones 
Cálculo  del  Nivel  de  Presión 
Sonora 
 
 
B. Presentación  de 
Resultados 
  Controles de Entrada 
Ventanas de Resultados 
Gráficas de Resultados 
2.1 Obtención y Cálculo de Datos. 
2.1.1 Obtención de la señal. 
Para poder obtener una señal real se requiere de una interfaz entre 
el medio ambiente y la computadora personal, y para tal efecto se 
 
 
39 
emplea un micrófono “General   Electric” (GE) del cual se pueden 
consultar sus características eléctricas en el capítulo “Pruebas” en 
el subtitulo de  “Equipo”. 
El micrófono se conecta a la computadora en el puerto destinado a 
tal elemento. 
Para  habilitar  el  micrófono,  una  vez  que  se  ha  prendido  la 
computadora, se abre el panel de control en el menú de “Inicio”, se 
dá “doble clic” al icono con el nombre de “Dispositivos de Audio y 
Sonido” y se abrirá una ventana con diferentes pestañas entre  las 
cuales  se  encuentra  la  denominada  “Audio”  en  donde  se 
selecciona el micrófono que se ha conectado y se procede a abrir la 
ventana de “Volumen”. Una vez en esta ventana  se habilita el uso 
del micrófono y el formato en el cual se desea que la información 
sea  interpretada.  Para  este  caso,  los  valores  empleados  para  el 
formato de la información y el nivel de captación se detallan en el 
capítulo de “Pruebas”. 
 
Figura 2.1:  Habilitación del Micrófono en la Computadora. 
 
 
40 
Una vez que se ha  iniciado comunicación con  la computadora se 
puede empezar la implementación del analizador de componentes 
espectrales del  sonido  en  el  lenguaje de programación LabVIEW 
versión 7.0. 
Así  pues  el  primer  bloque  de  programación  es  formado  por  el 
subprograma “SI WAVE”, el cual obtiene los datos captados por el 
micrófono  y  los  prepara  para  su  interpretación  en  las  etapas 
siguientes. 
En  la  Figura  2.3  se  puede  observar  el  icono  referente  a  dicho 
subprograma. 
LabVIEW puede acceder a la información obtenida por los puertos 
de entrada y salida, en este caso el micrófono que esta conectado a 
un  puerto  de  entrada,  mediante  un  conjunto  de  funciones 
residentes  en  bibliotecas  que  permiten  que  una  aplicación  corra 
bajo  el  sistema  operativo  de  Windows  llamadas  el  “API  de 
Windows”  (Application  Programming  Interface). Los  puertos de 
entrada  y  salida  guardan  la  información  obtenida  de  manera 
aleatoria en la memoria RAM; LabVIEW   por su parte obtiene las 
direcciones donde esta se guardó, y la acomoda para su uso en el 
programa. 
 
Figura 2.2:  Subprograma SI WAVE. 
 
 
41 
Este  primer  subprograma  requiere  especificaciones  sobre  el 
formato en el cual se quiere que entregue la información leída y el 
tamaño del buffer donde se reciben los datos. 
2.1.2 Implementación de Filtros. 
El segundo bloque del programa es conformado por un banco de 
filtros, cuyos centros de banda se fijaron en tercios de octava desde 
una frecuencia de 40 Hertz hasta una de 20,000 Hertz para poder 
cubrir el espectro sonoro. 
Los  filtros utilizados  son de  característica Butterworth de  cuarto 
orden  con  respuesta  pasa  banda  (Figura  2.3).  En  esta  parte  se 
partirá  la  señal  en  las diferentes  componentes de  frecuencia que 
posea. 
Los  centros  de  banda  se  fijaron  según  la  tabla mostrada  en  el 
capítulo  de  “Pruebas”  en  el  subtítulo  de    “Cálculos”;  en  este 
 
Figura 2.3:  Parte del Banco de Filtros. 
 
 
42 
mismo  subtitulo se pueden encontrar los cálculos efectuados para 
la determinación de los límites de banda de cada uno de los filtros 
que integran esta etapa.  
2.1.3 Cálculo del Nivel de Presión Sonora. 
El  tercer  bloque  del  “Analizador  de  Componentes  Espectrales”, 
esta conformado por un subprograma que medirá la magnitud de 
cada componente en frecuencia de manera lineal. 
Los valores que se obtienen en el micrófono son guardados en  la 
computadora  como una  interpretación binaria de  las variaciones 
en voltaje que éste experimenta, y su  interpretación en LabVIEW 
se mostrará de forma decimal; son estos valores en forma decimal, 
los que se están manejando hasta el momento en el programa. 
El Nivel de Presión Sonora es una medida logarítmica, por lo que 
el  siguiente  bloque  en  el    programa  se  encargará  de    esta  tarea 
auxiliándose de un valor de calibración (P0). 
En la Figura 2.4 se muestran las dos etapas que se han descrito. 
 
Figura 2.4:  Obtención de la magnitud e la señal y Cálculo del Nivel de 
Presión Sonora. 
 
 
43 
Una vez preparada  la  información  se manda a un último bloque 
que  es una  representación  grafica  y numérica de  las mediciones 
obtenidas ya procesadas por el programa. 
2.2 Presentación de los Resultados. 
La  presentación  final  del  programa  se  realizó  mediante  una 
“Secuencia de Estados” para que el programa se ejecute de manera 
organizada y pueda  interactuar  con  el usuario  como  lo haría un 
instrumento de medición profesional (Figura 2.5). 
Esta  “Secuencia  de  Estados”  empieza  cuando  en  el  Panel  de 
Control se da “clic” al botón “Play”. 
Lasecuencia usada consta de cuatro Estados: 
I. El  primer  Estado  presenta  el Nombre  del  Programa  y  el 
Nombre  del  Autor,  además  muestra  un  botón  con  la 
leyenda “Comenzar Medición” en el  cual el usuario debe  
dar “clic” cuanto desee empezar las mediciones. 
 
Figura 2.5:  “Secuencia de Estados” empleada para la 
presentación del programa. 
 
 
44 
II. En  el  segundo  estado  se  lleva  a  cabo  la  ejecución  del 
programa.  Se  observa  en  la  pantalla  la  señal  que  se  esta 
leyendo y los resultados de manera numérica y gráfica. 
III. Cuando en el panel de Control se ha pulsado   el botón de 
“Finalizar”, se pasa al tercer estado, en el cual se encuentra 
una caja de dialogo   que pregunta al usuario si desea salir 
completamente del programa o si desea continuar con  las 
mediciones. Si  se ha  seleccionado  la opción de  seguir con 
las mediciones, el programa saltará al Primer Estado; si se 
ha  seleccionado  que  se  desea  salir  del  programa,  éste 
saltará al Cuarto Estado. 
IV. En el Cuarto Estado se finaliza por completo el programa. 
2.3 Panel de Control. 
La presentación de los resultados se efectúa mediante un Panel de 
Control (Figura 2.6), el cual consta de los siguientes elementos: 
Controles de Entrada. 
Ventanas de Resultados. 
Gráficas de Resultados. 
Estos  elementos  permiten  que  el  usuario  interactúe  con  la 
computadora  y  vea  de  manera  clara  y  sencilla  los  resultados 
obtenidos.  
 
 
45 
2.2.1 Controles de Entrada. 
Los  Controles  de  Entrada  son  aquellos  que  permiten  tener  una 
comunicación directa con la computadora.  
En la parte superior izquierda del Panel de Control, se encuentra el 
icono  de  una  flecha  apuntando  hacia  la  derecha.  Este  icono  es 
“Play”  y  al  dar  “clic”  sobre  él  se  empezará  la  ejecución  del 
programa (Figura 2.7). 
 
Figura 2.6:  Panel de Control del Analizador de Componentes 
Espectrales. 
 
 
46 
En  la parte superior derecha de  la pantalla se encuentra el botón 
“Finalizar”, que como  indica  su nombre  servirá para dar  fin a  la 
ejecución del programa (Figura 2.8). 
 
Figura 2.7:  Localización del icono “Play” en el Panel de Control del 
Analizador de Componentes Espectrales. 
 
Figura 2.8:  Localización del botón “Finalizar” en el Panel de Control 
del Analizador de Componentes Espectrales. 
 
 
47 
En  el  programa  realizado  se  encuentran  otros  dos Controles  de 
Entrada  que  son  dos  “Ventanas  de  Diálogo”,  las  cuales  irán 
apareciendo en la parte central de la pantalla según el avance de la 
ejecución.  
La “Ventana de Diálogo 1” aparece cuando se da “clic” en el icono 
“play”  y  dará  a  conocer  el  nombre  del  programa,  el  autor  y 
pregunta  si  se  quiere dar  inicio  a  las mediciones  (Figura  2.9);  la 
“Ventana  de  Diálogo  2”  aparece  cuando  se  presiona  el  botón 
“finalizar”  y  pregunta  si  se  desea  salir  completamente  del 
programa, o bien, si se desea continuar con las mediciones (Figura 
2.10). 
 
 
Figura 2.9:  Ventana de Diálogo 1. 
 
 
48 
2.2.2 Ventanas de Resultados. 
Las  Ventanas  de  Resultados  son  aquellas  que  darán  una 
interpretación numérica de los resultados que se están obteniendo 
en la ejecución del instrumento virtual.  
En  este  caso  se  cuentan  con  tres  ventanas  de  resultados  que  se 
encuentran en la parte superior del Panel de Control. 
De izquierda a derecha, se tienen las ventanas que corresponden a 
los nombres: 
“Etapa del Programa”. Indica en que Estado o Plataforma de la 
Secuencia de Estados se encuentra el usuario. 
 
Figura 2.10:  Ventana de Diálogo 2. 
 
 
49 
“Amplitud”.  Da  el  valor máximo  en  forma  numérica  de  la 
componente más significativa del espectro que se esta leyendo 
en ese preciso momento. 
“Frecuencia”. Da el valor en  forma numérica de  la  frecuencia 
más  significativa  del  espectro  que  se  esta  leyendo  en  ese 
preciso momento. 
2.2.3 Gráficas de Resultados. 
Las Gráficas de Resultados dan una  interpretación gráfica de  los 
resultados obtenidos. 
En  el  Panel  de  Control  existen  dos  gráficas:  una  en  la  parte 
superior derecha y es la señal de entrada, la otra es la visualización 
de  los  componentes  espectrales  en  el  banco  de  filtros  y  se 
encuentra en la parte inferior de la pantalla. 
 
De  esta  forma  se  termina  la  programación  del  Analizador  de 
Componentes  Espectrales  del  Sonido  empleando  el  ambiente  de 
programación  de  LabVIEW  7.0,  en  el  siguiente  capítulo  se 
calibrará y pondrá a prueba la respuesta del instrumento que se ha 
implementado en condiciones reales. 
 
 
 
 
 
 
50 
Capitulo III. Pruebas. 
3.1 Cálculos. 
Los valores que se han tomado como referencia para determinar el 
centro  de  banda  de  cada  uno  de  los  filtros  empleados  en  el 
“Analizador de Componentes Espectrales del Sonido” se muestran 
en la Tabla 3.1. 
Centro de la Banda 
de  Frecuencia 
 
Octavas 
Tercios de 
Octava 
 
20    x 
25    x 
31.5  x  x 
40    x 
50    x 
63  x  x 
80    x 
100    x 
125  x  x 
160    x 
200    x 
250  x  x 
315    x 
400    x 
500  x  x 
630    x 
Tabla 3.1:  Valores de Frecuencias Centrales para bandas de Octava y 
Tercios de Octava . 
 
 
51 
Centro de la Banda 
de  Frecuencia 
 
Octavas 
Tercios de 
Octava 
 
800    x 
1,000  x  x 
1,250    x 
1,600    x 
2,000  x  x 
2,500    x 
3,150    x 
4,000  x  x 
5,000    x 
6,300    x 
8,000  x  x 
10,000    x 
12,500    x 
16,000  x  x 
20,000    x 
Ya que se han considerado  los centros de banda de  los filtros por 
emplear, se procede al cálculo de los límites que estos tendrán. 
La  frecuencia  central  de  un  filtro  pasa  banda  es  la  media 
geométrica de las frecuencias de corte superior e inferior, es decir: 
fC =  √ (fS)(fI) 
Donde:   fC  = Frecuencia Central  
                fS = Frecuencia de Corte Superior 
Tabla 3.1:  Valores de Frecuencias Centrales para bandas de Octava y 
Tercios de Octava . 
 
 
52 
                fI = Frecuencia  de Corte Inferior 
Ocupando  esta  fórmula,  y  redondeando  resultados  se  tienen  los 
valores indicados en la Tabla 3.2. 
Centro de la Banda 
de  Frecuencia por 
Tercios de Octava 
Frecuencia 
de Corte 
Inferior 
Frecuencia 
Central 
Resultante 
Frecuencia 
de Corte 
Superior 
 
20  18  19.44  21 
25  22  24.37  27 
31.5  28  30.85  34 
40  35  39.24  44 
50  45  49.74  55 
63  56  62.60  70 
80  71  79.04  88 
100  89  99.39  111 
125  112  125.21  140 
160  141  158.42  178 
200  179  199.79  223 
250  224  250.43  280 
315  281  315.39  354 
400  355  397.90  446 
500  447  500.31  560 
630  561  630.67  709 
800  710  796.26  893 
1,000  894  999.29  1,117 
1,250  1,118  1,256.87  1,413 
1,600  1,414  1,590.04  1,788 
Tabla 3.2:  Valores de Frecuencias de Corte Inferior y Superior 
calculadas y Frecuencias Centrales de 
Tercios de Octava resultantes. 
 
 
53 
Centro de la Banda 
de  Frecuencia por 
Tercios de Octava 
Frecuencia 
de Corte 
Inferior 
Frecuencia 
Central 
Resultante 
Frecuencia 
de Corte 
Superior 
 
2,000  1,789  1,999.60  2,235 
2,500  2,236  2,504.39  2,805 
3,150  2,806  3,155.70  3,549 
4,000  3,550  3,983.97  4,471 
5,000  4,472  5,009.23  5,611 
6,300  5,612  6,311.41  7,098 
8,000  7,099  7,967.83  8,943 
10,000  8,944  9,999.24  11,179 
12,500  11,180  12,573.63  14,141 
16,000  14,142  15,905.09  17,888 
20,000  17,889  20,000.39  22,361 
3.2 Equipo. 
El equipo empleado en  el desarrollo de la presente Tesis fue: 
I. Micrófono  omnidireccional  marca  “General  Electric”. 
Cuyos valores de respuesta en Frecuencia se encuentran en 
la Tabla 3.3, y  la curva  resultante se muestra en  la Figura 
3.1. Estos datos fueron obtenidos considerando un Nivel de 
Presión  Sonora  constante  de    90  dB´s  para  todas  las 
frecuencias. 
Tabla 3.2:  Valores de Frecuencias de Corte Inferior y Superior calculadas 
y Frecuencias Centrales de Tercios de Octava 
resultantes.54 
Frecuencia por Tercios 
de Octava (Hertz) 
Respuesta del 
Micrófono  (Volts) 
50  0.104 
63  0.098 
80  0.090 
100  0.096 
125  0.098 
160  0.100 
200  0.118 
250  0.110 
315  0.106 
400  0.104 
500  0.108 
630  0.106 
800  0.116 
1,000  0.114 
1,250  0.098 
1,600  0.112 
2,000  0.128 
2,500  0.124 
3,150  0.224 
4,000  0.584 
5,000  0.600 
6,300  0.328 
8,000  0.672 
10,000  0.744 
12,500  0.280 
16,000  0.280 
Tabla 3.3:  Valores de Respuesta en Frecuencia del micrófono 
Omnidireccional “General Electric” manteniendo un Nivel 
de Presión Sonora de 90 dB´s. 
 
 
55 
II. Computadora portátil marca “HP”, capacidad de memoria 
2 G Bytes, procesador Intel Core Duo T7500 y velocidad de 
2.20 G Hertz. 
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1 10 100 1000 10000 100000
Frecuencia (Hertz)
V
ol
ta
je
 d
e 
Re
sp
ue
st
a 
(V
ol
ts
)
 
Figura 3.1:  Curva de Respuesta del Micrófono Omnidireccional 
“General Electric” en base a los valores de la Tabla 3.3   
manteniendo un Nivel de Presión Sonora de 90 dB´s. 
 
Figura 3.2:  Computadora portátil marca “HP” ejecutando el 
programa en LabView. 
 
 
56 
III. Altavoz  para  computadora  personal  marca  “JBL  Pro”, 
modelo 087767‐001. 
IV. Sonómetro marca “EXTECH”, modelo  407768. Cuenta con 
filtros de ponderación “Aʺ y “C”. 
 
Figura 3.3:  Altavoz para computadora personal marca “JBL Pro”. 
 
Figura 3.4:  Sonómetro marca “EXTECH”. 
 
 
57 
En cuanto al Software se emplearon los programas: 
I. Sistema Operativo: “Microsoft Windows XP”   Profesional, 
versión 2002. 
II. Programa  para  Generación  de  Tonos  “NCH  Tone 
Generator” 
III. “Software” de programación “LabVIEW” versión 7.0 
 
3.3 Calibración y Pruebas. 
Para acondicionar el programa desarrollado de manera que pueda 
responder  de  forma  adecuada  y  confiable  a  estímulos  reales,  se 
debe  igualar    su  desempeño    al    instrumento  que  deseamos 
reemplazar, en este caso, un analizador de espectros. 
Las pruebas realizadas se  llevaron a cabo en  la Cámara Anecoica 
de  la Academia de Acústica, con  la  finalidad de eliminar  fuentes 
externas  de  ruido  no  controlables  que  pudieran  alterar  las 
mediciones. 
En esta etapa  se emplearon  los  siguientes elementos: un altavoz, 
un micrófono, un sonómetro y una computadora portátil. 
El  altavoz  se  utiliza  con  la  finalidad  de  reproducir  los  tonos  de 
prueba  que se requieren para la calibración del sistema. 
El  micrófono  juega  el  papel  de  interfaz  entre  el  usuario  y  el 
programa  del  “Analizador  de  Componentes  Espectrales  del 
Sonido” que se ejecuta en la computadora. 
 
 
58 
El sonómetro es el instrumento con el cual se realizan mediciones 
para la calibración del sistema. 
La computadora portátil  juega dos papeles: en ella se generan  los 
tonos  de  prueba  y  es  el  convertidor  analógico‐digital  que 
proporcionará  datos  al  programa  “Analizador  de  Componentes 
Espectrales del Sonido” para su análisis. 
Los  elementos descritos tendrán las siguientes conexiones: 
La computadora portátil y  los altavoces se conectan a una 
fuente de alimentación. 
El  altavoz    y  el micrófono  se  conectan  a  la  computadora 
portátil, cada uno en la terminal destinada a tal fin. 
En cuanto a ubicación, sólo se debe cuidar que el sonómetro y el 
micrófono se encuentren a un  mismo nivel frente al altavoz a una 
distancia de 15 cm. 
Las  conexiones  y  disposición  de  elementos  se  muestran  en  la 
Figura 3.5. 
 
 
59 
3.3.1 Volumen del Micrófono. 
El primer  factor a determinar es el volumen del micrófono en el 
sistema,  lo  cual  determina  la  sensibilidad  de  este  y  a  su  vez  el 
rango de operación del instrumento virtual. 
Para habilitar el micrófono y ajustar sus propiedades se siguen los 
pasos descritos en el apartado “2.1.1 Obtención de  la  señal”. Los 
valores  empleados  para  el  formato  de  la  información  son:  el 
tamaño del buffer en 16 bits y   velocidad de muestreo en 44,100 
Hertz.   
Con  la  finalidad  de  observar  como  se  comporta  el  rango  de 
operación en LabVIEW con relación a la sensibilidad que presenta 
el micrófono, en un primer caso el nivel de captación se fija en el 
 
Figura 3.5:  Conexión y ubicación de elementos para la realización 
de pruebas 
 
 
60 
máximo (Figura 3.6) y en un segundo caso se fija en un  sexto de la 
escala total  (Figura 3.7). 
 
 
Figura 3.6:  Ajuste del nivel de captación del micrófono en máximo. 
 
Figura 3.7:  Ajuste del nivel de captación del micrófono en 1/6 de la 
escala total. 
 
 
61 
En  el  programa  de  LabVIEW,  para  realizar  estas  pruebas,  en  la 
etapa de calibración P0 se fija con un valor  inicial: “1”. 
 
3.3.2  Pruebas  para  determinar  el  Volumen  del 
Micrófono. 
Cuando  en  la  computadora  el  nivel  de  captación  se  fija  en  el 
máximo, el rango de operación en LabVIEW se “reduce”, es decir, 
se  obtiene  una  saturación  de  valores  de  amplitud  en  41,300 
unidades en el programa con niveles de presión sonora de  92 dB´s 
medidos  en  el  sonómetro.  Por  otro  lado,  cuando  en  la 
computadora el nivel de captación se fija en un sexto de  la escala 
total, se obtiene una saturación de valores de amplitud en 41,300 
unidades en el programa LabVIEW con niveles de presión sonora 
de  alrededor  104  dB´s  medidos  en  el  sonómetro,  el  rango  de 
operación en el programa se “amplia”. 
La decisión que se  toma es  fijar el volumen del micrófono en un 
sexto de la escala total para obtener un rango de operación lo más 
amplio posible en LabVIEW. 
De esta manera, al utilizar una frecuencia de 1,000 Hertz y variar 
su  intensidad  con  el  control de  volumen del  altavoz,  se  pueden 
medir  valores  de  amplitud  de  4,200  a  41,300  unidades  en  el 
programa  implementado  sin  que  se presente una  saturación;  sin 
embargo,  con  estos valores  los niveles de Presión  Sonora que  se 
obtienen  en  el  programa  no  coinciden  con  los  obtenidos  en  el 
sonómetro.  
 
 
62 
3.3.3 Cálculo de P0. 
Para  resolver  la  cuestión  expuesta  en  el  apartado  anterior,    la 
variable que se puede fijar a voluntad para calibrar las mediciones 
que se están haciendo con el programa creado en LabVIEW es el 
valor de referencia empleado para el cálculo del Nivel de Presión 
Sonora (P0). 
Así pues, empleando nuevamente una  frecuencia de 1,000 Hertz, 
se  fija  la  intensidad  con  el  control  de  volumen  del  altavoz  de 
manera  que  en  el  sonómetro  se  tenga un  valor propuesto de  90 
dB´s. En LabVIEW, para  tales  condiciones,  se  lee  como valor de 
entrada una amplitud de 5,844 unidades. 
Recordando  la  ecuación  para  el  cálculo  del  Nivel  de  Presión  
Sonora: 
NPS (dB)  =  20 log P/P0 
Se tiene entonces por las mediciones realizadas: 
NPS =90 dB 
P= 5,844 unidades 
Despejando  P0,  la  ecuación  para  el  cálculo  del Nivel  de  Presión 
Sonora queda: 
       NPS   =  20 log P/P0 
                                       NPS / 20  =  log P/P0 
                                       10 ( NPS / 20 )  =  P/P0 
 
 
63 
                                                 P0 = 10 ( NPS / 20 )   /   P 
Sustituyendo valores se tiene que:  
                                                P0 = 10 ( 90 / 20 )   /   5,844 
                                                P0 = 0.1848 
Se  fija  este  valor  calculado  para  P0  en  el  programa  creado  en 
LabVIEW  y  se  procede  a  realizar de  nuevo mediciones  con  una 
frecuencia de 1,000 Hertz, ajustando la intensidad con el control de 
volumen del altavoz de manera que en el sonómetro se  tenga un 
valor propuesto de 90 dB´s. En el programa se  lee como valor de 
entrada  una  amplitud  de  5,844  unidades  y  el Nivel  de  Presión 
Sonora corresponde al leído en el sonómetro: 90 dB´s.  
Si ahora, se hace variar la intensidad del sonido con el control del 
volumen del altavoz, cada valor para el NPS medido en LabVIEW 
corresponde con el valor de NPSmedido en el sonómetro.  
Ahora  bien,  si  en  lugar  de  cambiar  el  volumen,  se  cambia  la 
frecuencia del  tono generado y se mantiene  fijo el valor de P0; se 
observa que  los valores calculados por el programa para el Nivel 
de  Presión  Sonora  nuevamente  varían  con  relación  a  los  que  se 
obtienen en el sonómetro. Esto se debe a la respuesta en frecuencia 
del micrófono que  se esta utilizando no es plana  como  se puede 
observar en la Figura 3.1.  
Con  esta última  afirmación,  se  llega  a  la    conclusión de  realizar 
una calibración por cada centro de banda manejado en  los filtros, 
es decir,  calcular un valor de P0  en  el programa para  cada  filtro 
empleado  en  el  Analizador  de  Componentes  Espectrales  del 
Sonido. 
 
 
64 
De  la misma  forma  en  que  se  calculo  el  valor  de  P0  para  1,000 
Hertz  se  obtienen  los  valores  de  P0  para  la  calibración  en  cada 
filtro, en la Tabla 3.4 se muestran los valores obtenidos. 
Centro de Banda  Valor calculado para P0 
40  0.1015 
50  0.0830 
63  0.0985 
80  0.1108 
100  0.1349 
125  0.1544 
160  0.1682 
200  0.1734 
250  0.1769 
315  0.1819 
400  0.1875 
500  0.1830 
630  0.1944 
800  0.1822 
1,000  0.1848 
1,250  0.1895 
1,600  0.2709 
2,000  0.2763 
2,500  0.3073 
3,150  0.3399 
4,000  0.5843 
5,000  1.021 
6,300  0.4092 
8,000  0.9675 
Tabla 3.4:  Valores de P0 calculado para la calibración por tercios de 
octava. 
 
 
65 
Centro de Banda  Valor calculado para P0 
10,000  0.3110 
12,500  0.2126 
16,000  0.21 
 
 
 
 
Tabla 3.4:  Valores de P0 calculado para la calibración por tercios de 
octava. 
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1 10 100 1000 10000 100000
Frecuencia (Hertz)
V
al
or
 d
e 
Po
 
 
Figura 3.8:  Gráfica de los valores calculados de P0 contenidos en 
la Tabla 3.4. 
 
 
66 
3.4 Costos. 
Para  implementar el Analizador de Componentes Espectrales del 
Sonido  empleando    Instrumentación  Virtual  se  necesitan  tres 
componentes: una computadora, un micrófono y el “Software” de 
programación “LabView”.  
Considerando  que  actualmente  la  computadora  es  una 
herramienta indispensable, se parte del hecho de que se cuenta con 
una, siendo el micrófono y el “software”   LabView  los elementos 
por conseguir. 
Los precios considerados hasta Diciembre del 2008 se muestran en 
la Tabla 3.5. 
Componente  Costo 
Micrófono omnidireccional marca “General 
Electric”. 
$ 60 ‐ $80 M.N. 
LabVIEW 8.6 Student Edition  
National Instruments  
Product ID: 970179 / Manufacturer Part #: 
778252‐01A* 
$ 1,105.70 M.N. 
*http://www.academicsuperstore.com/product/search?qk_srch=lab
view (Diciembre 2008) 
Por  lo que el costo para  la adquisición de estos elementos es de:     
$ 1,165.70 ‐ $ 1,185.70 M.N. . 
Tabla 3.5:  Costos de componentes del Analizador de Componentes 
Espectrales del Sonido hasta Diciembre del 2008. 
 
 
67 
Algunos  precios  de Analizadores  de  Espectro  en  el mercado  se 
pueden ver en la Tabla 3.6 
  Componente  Costo 
 
Analizador de Espectros 
con rango de operación de 
9KHz – 18GHz. 
Modelo FSH.18 
Marca Rohde&Schwarz 
$ 179,361.27 
M.N. 
 
Analizador de Espectros 
Portátil con rango de 
operación de 30 Hz a 6.5 
GHz. 
Modelo 8561E 
Marca Hewlett‐Packard 
$ 162,433.00 
M.N. 
 
Analizador de Espectros 
Portátil a Color con rango 
de operación de 100KHz a 
3GHz. 
Modelo 331341. 
Marca Agilent 
Technologies 
$ 110,391.06 
M.N. 
 
Analizador Espectral 
Multifuncional Portátil 
USB 
Modelo PAA3 
Marca Phonic 
$ 4,737.49 
M.N. 
 
Tabla 3.6:  Costos de Analizadores de Espectros en el mercado hasta 
Diciembre del 2008. 
 
 
68 
Conclusiones. 
1.  Los  resultados  obtenidos  con  el Analizador  de  Componentes 
Espectrales  del  Sonido  empleando  Instrumentación  Virtual  son 
confiables en una banda de frecuencia de 40 – 16,000 Hertz.  
2.  El  rango  de  operación  obtenido  en  el  Analizador  de 
Componentes Espectrales del Sonido empleando Instrumentación 
Virtual va de 50 a 104 dB´s. 
3. El Analizador de Componentes espectrales que se ha diseñado 
en LabView 7.0 es sencillo gracias a que se han podido realizar las 
diferentes etapas que lo componen por separado, e implementarlas 
en el proyecto final como  iconos. Además al crear cada etapa por 
separado    permite  eliminar  errores  y  comprender  con  más 
facilidad el funcionamiento del programa final. 
4.  El  Analizador  de  Componentes  Espectrales  del  Sonido 
empleando  Instrumentación Virtual  tal cual se presenta se puede 
utilizar  para  fines  didácticos,  como  lo  es:  comprender  el 
funcionamiento  de  los  Analizadores  de  Frecuencias,  manejar 
información de  señales  con mayor  facilidad y  rapidez. Así  como 
para fines prácticos: identificación de fuentes de ruido, evaluación 
de resultados al aplicar determinado tratamiento acústico, evaluar 
el efecto de determinados  tipos de ruido, ecualizar un sistema de 
audio, compensar irregularidades acústicas de una sala, etc. 
5.  Para  proporcionar  mayor  versatilidad  se  propone    el 
implementar  en  el  Analizador  de  Componentes  Espectrales  del 
Sonido un subprograma que permita auto calibrar el equipo para 
cualquier computadora donde se ejecute. 
 
 
69 
Bibliografía. 
Bejerano  Tomé,  Mario;  “Equipo  de  Audio”;  Editorial  Síntesis; 
España,1990. 
Don    Carolyn  Davis;  “Ingeniería  de  Sistemas  Acústicos”; 
Editorial Marcombo; España, 1983. 
Storey,  Neil;  “Electrónica  de  los  Sistemas  a  los  Componentes”; 
Editorial Addison‐Wesley Iberoamericana; Estados Unidos, 1995. 
Watkinson,  John;  “Audio  Digital”;  Editorial  Paraninfo; 
España,1994. 
Wolf, Stanley;   “Guía para Mediciones Electrónicas y Prácticas de 
Laboratorio”; Editorial Prentice Hall; México, 1992. 
www.eie.fceia.unr.edu.ar/~acustica/biblio/sonometr.htm  (Junio 
2005) 
www.euskalnet.net/iosus/speech/fourier.html (Junio 2005) 
http://library.thinkquest.org/19537/ (Julio 2006) 
 http://personales.ya.com/erfac/oido.htm (Septiembre 2006) 
http://www.amplifon.es/Hearing/Hearing_1034.asp  (Septiembre 
2007) 
http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~acustica/biblio/sonometr.htm  
(Noviembre 2007) 
 
 
70 
http://www.conama.cl/investigacion_info/temas_ambientales/Ruid
o/sonometros.htm (Marzo 2008)   
http://www.conama.cl/investigacion_info/temas_ambientales/Ruid
o/sonometros.htm (Marzo 2008) 
http://www.rohde‐
schwarz.com/octocommerce/OctoCatalog.nsf/frameset?open&pro
ductgroup=SPECTRUM~ANALYSIS  (Diciembre 2008) 
http://www.tessco.com/products/displayProducts.do?groupId=690
&subgroupId=10  (Diciembre 2008) 
http://www.academicsuperstore.com/product/search?qk_srch=lab
view (Diciembre 2008) 
http://www.bellnw.com/products/9364/  (Diciembre 2008) 
http://www.reidaudio.cl/shop/store/product_info.php/products_id
/136  (Diciembre 2008)