Las ventas globales de altavoces inteligentes crecieron de 99,8 a 134,8 millones de unidades entre 2018 y 2019; los analistas creen que la cifra llegará a los 205,9 millones de dispositivos en 2025. Cuanto más aumente la calidad de sonido y la fiabilidad del control por voz, mayor será este crecimiento. Algunas pautas de diseño resultan útiles en este contexto.
Escuchar música, dar a conocer la previsión meteorológica y controlar dispositivos inteligentes – los altavoces inteligentes hacen todo esto y mucho más. Normalmente, se componen de una carcasa cilíndrica con un altavoz apuntando hacia abajo. Este diseño permite emitir sonidos con un efecto envolvente de 360 grados, por lo que se pueden escuchar de manera óptima desde cualquier lugar. Para poder recibir los comandos de voz de los usuarios también desde cualquier sitio, suelen integrar una matriz de micrófonos con el algoritmo correspondiente.
Un difusor acústico distribuye el sonido del modo más uniforme posible en el entorno. La forma de propagación de las ondas sonoras queda determinada por su geometría y la distancia entre el difusor y la membrana del altavoz. Kingstate, fabricante de componentes acústicos y soluciones de sonido, utiliza el análisis de elementos finitos a la hora de optimizar la calidad del sonido y el rendimiento de sus productos. Esto permite a Kingstate crear un modelo de simulación que predice el diagrama polar del sonido que se propaga. (Figura 1).
Figura 1: El diagrama polar muestra cómo se propagará el sonido.
Micrófonos avanzados para un mejor entendimiento
Durante mucho tiempo, uno de los principales obstáculos que impidió el avance de los dispositivos controlados por voz y los sistemas de control domésticos fueron las deficiencias en el reconocimiento de voz – los usuarios, a menudo, recibían la respuesta “No te he entendido, por favor, repítemelo”. Actualmente, los micrófonos más avanzados están ofreciendo un modo de resolver este problema. Optimizan la grabación de voces y, simultáneamente, reducen el ruido de fondo no deseado. Por lo tanto, garantizan un mejor reconocimiento de voz y más comodidad para el operador.
Los micrófonos son componentes acústicos altamente sensibles, pero no sólo captan las señales de sonido mínimas en el aire, sino también la resonancia conductiva y las distorsiones armónicas causadas por las oscilaciones del altavoz y la mecánica del producto. Debido a estas señales no lineales, el procesador de señal digital (DSP) es incapaz de procesar de manera eficaz la señal de cancelación de eco acústico (AEC) y, por ende, el usuario escucha un eco. La calidad del audio se deteriora y se produce un “ruido”. Sin embargo, existen varias opciones para diseñar los micrófonos conjuntamente con los altavoces para obtener una mayor calidad de sonido:
- Matriz de micrófonos: Es posible combinar una matriz compuesta por entre dos y ocho micrófonos con un DSP y algoritmos beam–forming para mejorar la calidad de la voz (Figura 2). Los micrófonos individuales se ubican en diferentes ángulos (la distancia a los micrófonos relevantes resulta importante en la prevención de los problemas de fase) con la intención de localizar y evaluar las señales de varias fuentes.
- Sensibilidad y frecuencia de micrófono: Los micrófonos en la matriz deben tener respuestas de frecuencia que sean lo más idénticas posible e idealmente diferenciarse entre sí en no más de 1 dB. Esto permite reducir la desviación del cálculo realizado por el DSP. La longitud total del túnel de sonido, a saber, la distancia que el sonido recorre entre el micrófono y el borde superior de la pantalla (Figura 5) no tiene que superar los 5 mm y la frecuencia de resonancia del canal del micrófono no debe ser inferior a los 12 kHz.
- Fase de micrófono: Las fases de los micrófonos tienen que estar lo más cerca posible entre ellas, lo ideal sería a ±5 °. Esto disminuye el tiempo de desviación durante el cálculo del DSP y garantiza una alta precisión de las características del sonido y la dirección.
- Sellado del soporte de goma del micrófono: Otro aspecto que puede distorsionar la calidad del sonido es el sellado del soporte de goma del micrófono. Para evitar que el sonido del altavoz interno de un dispositivo atraviese un espacio en el túnel de sonido del micrófono (Figura 5), el soporte de goma y la pantalla del micrófono deben estar bien sellados. Además, el aislamiento de sonido tiene que ser, al menos, de 20 dB SPL (nivel de presión sonora en decibelios).
- Posición y resistencia al impacto: Debido a la amplificación del altavoz y al procesamiento de señal de la AEC del micrófono, el altavoz se suele ubicar en el centro del dispositivo. El micrófono se debe colocar lo más lejos posible del altavoz. A la hora de garantizar que sea resistente a los impactos y hermético, el micrófono tiene que cubrirse con goma. La carcasa del altavoz y los huecos para tornillos deben asegurarse con un soporte de espuma o goma para evitar vibraciones. De lo contrario, el micrófono captará una señal de interferencia del altavoz, lo que afectará a la calidad de la AEC.
Estas pautas permiten crear diseños acústicos fiables – y ya no hay nada que impida el avance de los altavoces inteligentes.
Autores: Anne Santhakumar, Product Sales Manager Acoustic Components & Timing Devices de Rutronik,
Jeff Hsieh, Senior Manager of Acoustic R&D Dept. I, y Sam Cheng, Director of Acoustic R&D Dept. II de Kingstate Electronics
