Métricas de calidad sonora aplicadas a productos industriales y de consumo

Abstract

El presente trabajo estudia la aplicación de métricas de calidad sonora en productos industriales y de consumo, haciendo uso de las técnicas y parámetros más habituales para describir su comportamiento y establecer una correlación con la percepción subjetiva del usuario. Se trata de un problema con una carga experimental importante y una gran componente estadística de cuyos análisis pueden derivarse nuevas métricas de valoración. La tesis, realizada por compendio de publicaciones, se centra en tres puntos de vista distintos de la calidad de un producto - funcional, perceptual y seguridad - estudiándolos siempre por métodos acústicos. El trabajo queda dividido por tanto en tres líneas de investigación independientes, utilizándose cada una de ellas sobre una aplicación concreta del mercado. En el primer caso - calidad funcional de producto - se estudia el comportamiento acústico y vibratorio de dispositivos electromecánicos con objeto de detectar fallas y controlar la salida al mercado de productos defectuosos. El análisis se lleva a cabo sobre motorreductores empleado para el movimiento de espejos retrovisores en vehículos. Actualmente existen multitud de métodos capaces de realizar el diagnóstico de maquinaria a partir de las vibraciones que estas generan. En la mayoría de los casos, hacen uso de diferentes indicadores de condición. En este trabajo, además de emplear las técnicas tradicionales, se valida el uso de parámetros psicoacústicos como herramienta para la detección de fallas en maquinaria. Pese a que estas métricas fueron originalmente definidas para ser aplicadas a señales de presión, durante este trabajo se analiza su posible uso en vibraciones. En primer lugar, se estudió la configuración de medida, estableciendo el acelerómetro como el método más apropiado para un entorno acústicamente hostil como puede ser una industria. Posteriormente, se analiza una población de muestras estadísticamente representativa con objeto de obtener el comportamiento acústico. Al mismo tiempo, se realiza una catalogación de los patrones de ruido en función del tipo de defecto, empleando para ello un análisis subjetivo de las muestras. Con objeto de adaptar el sistema de medida a una línea de producción automatizada, se analizaron diferentes soluciones para garantizar el contacto entre el transductor y la muestra. Finalmente, distintos indicadores de condición y parámetros psicoacústicos fueron calculados a partir de señales de vibración. Se realizó una comparación entre métodos para establecer el más apropiado para el control de calidad de motorreductores. Los resultados indicaron una correlación entre algunos indicadores. Asimismo, se obtuvo un porcentaje de detección elevado para ambos métodos, destacando un menor número de falsos positivos al emplear parámetros psicoacústicos. Por otro lado, la combinación de ambas técnicas de análisis dio como resultado una mejora en el diagnóstico, obteniendo un porcentaje de éxito superior al 90%. Respecto a la segunda línea de investigación – calidad perceptual de producto – se lleva a cabo un análisis que podría identificarse de forma más clara con el concepto tradicional de calidad sonora de un producto. Este tipo de estudios tratan de establecer una correlación entre diferentes parámetros acústicos obtenidos de forma objetiva y la percepción subjetiva del usuario en relación a una cualidad del producto. En este caso, el análisis se centra en dos aplicaciones independientes. Por un lado, se estudia la calidad sonora de espejos retrovisores eléctricos en vehículos. En primer lugar, se analizó el sonido emitido por diferentes muestras, determinando su comportamiento acústico y evaluándolas por medio de parámetros objetivos. Seguidamente, a partir de ensayos auditivos realizados en diferentes laboratorios, se obtuvo la agradabilidad sonora del producto. Para ello, se emplearon dos métodos de ensayo: comparación de parejas y procedimiento de ranking. A partir de la correlación entre los resultados objetivos y la percepción subjetiva del usuario se estableció el nivel de presión sonora, la sonoridad y la rugosidad, como los parámetros que mejor describían la calidad sonora del producto. Por otro lado, se analizó la molestia ocasionada para el peatón por diferentes sistemas de advertencia incorporados a vehículos eléctricos. En este caso, la percepción sonora del consumidor se determinó mediante el método de diferencias semánticas. Los resultados indicaron un mayor desagrado para el sonido generado por los vehículos eléctricos en comparación con los sistemas de propulsión tradicionales. Sin embargo, no se observó una relación clara entre la valoración subjetiva de las muestras y el contenido espectral de las mismas. Por último, en la tercera línea de investigación se analiza la calidad de producto en términos de seguridad para el consumidor. Esta línea está relacionada con uno de los pilares fundamentales de la psicoacústica, el enmascaramiento; y tiene su origen en la problemática existente actualmente en relación a los vehículos eléctricos y el bajo ruido que estos generan. El estudio se centra en el término detectabilidad y analiza el tiempo de reacción del peatón ante la presencia de un vehículo. La investigación se divide en dos partes fundamentales. En primer lugar, se analiza la mejora en la detectabilidad del vehículo eléctrico de cuatro ruedas al emplear un sistema acústico de alerta. El trabajo se realiza para una velocidad del vehículo cercana a 30 km/h. Del mismo modo, se estudia el comportamiento para diferentes condiciones de ruido de fondo, poniendo de manifiesto el papel del entorno urbano en la detectabilidad del vehículo. Los resultados indicaron un tiempo de reacción claramente superior para vehículos eléctricos en comparación con los de combustión interna. Este comportamiento supuso un incremento del riesgo para el peatón. El uso de sonidos de advertencia mejoró notablemente la detectabilidad del vehículo, especialmente aquellos formados por un número reducido de componentes tonales. Asimismo, para ambientes urbanos silenciosos, los sonidos de advertencia no resultaron indispensables. En segundo lugar, se estudió el comportamiento acústico de motocicletas eléctricas, analizando el nivel de ruido generado por diferentes modelos. Asimismo, se estableció el tiempo de reacción necesario para detectar la aproximación del vehículo por parte del peatón. Los resultados revelaron un comportamiento similar al obtenido para vehículos de cuatro ruedas. El sonido emitido por motocicletas eléctricas fue notablemente menor. Por tanto, el riesgo para el peatón se vio incrementado en presencia de este tipo de vehículos.