Implementar un sistema del mundo real: Máquina de Karaoke

  1. Educación
  2. Ciencia
  3. Ingeniería
  4. Implementar un sistema del mundo real: Máquina de Karaoke

Libro Relacionado

Por Mark Wickert

He aquí una mirada a nivel de sistema a las señales y el modelo de sistemas de una máquina de karaoke – un sistema de reproducción de audio con un potente altavoz que permite a una persona cantar sobre la música grabada. Una interfaz multimedia incluye un televisor para mostrar y actualizar las letras a medida que avanza la música.

Desde el punto de vista de las señales de alto nivel y de los sistemas, un atributo de diseño particular de este sistema es que contiene un sensor, un micrófono y dos transductores de audio (los altavoces de los canales izquierdo y derecho).

Vea un diagrama de bloques para esta máquina de karaoke en la siguiente figura.

Crédito: Ilustración de Mark Wickert, PhDEl

flujo de señales a través de este sistema consta de dos vías: una para la música grabada y otra para la voz del cantante que entra en el micrófono. Los subsistemas de la máquina de karaoke actúan sobre los dos tipos de señales de entrada – en este caso, ambas señales aleatorias – para terminar finalmente en los altavoces, que convierten las señales eléctricas en ondas de presión sonora que sus oídos pueden interpretar.

La máquina de karaoke como sistema tiene tres señales de entrada – xl(t), xr(t), y xm(t) – y dos señales de salida – y1(t) y y2(t). La entrada xm(t) representa la señal de tensión producida por el micrófono (sensor). Las salidas representan la señal de tensión que acciona los altavoces (transductores). Las ecuaciones de entrada-salida del sistema son

Las constantes Gm, Gl y Gr representan factores de escala que proporcionan las siguientes necesidades del sistema:

  • Ganancia adicional para el micrófono (un preamplificador)
  • Etapa de salida de alta potencia para que los altavoces puedan producir la bella música que se sabe que produce el karaoke.

Las perillas o controles deslizantes de la interfaz de usuario también alteran las constantes de ganancia para ayudar a encontrar un equilibrio entre la música grabada y los niveles del cantante. Las ecuaciones de entrada-salida del sistema le dicen que el sistema es invariable en el tiempo para constantes de ganancia fija, sin memoria y, por lo tanto, causal.

Asumiendo que las constantes de ganancia son finitas (lo que en un sistema práctico es el caso), el sistema también es estable. Tenga en cuenta que si sube y baja los parámetros de ganancia (piense en el control de volumen), el sistema se vuelve variable en el tiempo porque la propiedad del sistema es ahora una función del tiempo.

Se pueden aplicar otras mejoras. Por ejemplo, el subsistema formado por la vía del micrófono, Gmxm(t), puede ser mejorado para incluir filtros para controles de tonos graves y agudos. Este filtro es equivalente a un sistema lineal invariable en el tiempo (LTI).

El filtrado introduce la memoria, por lo que el sistema ya no está sin memoria con esta mejora; pero para seguir siendo práctico, el sistema debe seguir siendo causal. Se pueden añadir efectos especiales, como reverberación o eco, al canal de micrófono. Un modelo de sistema para la reverberación incluiría una propiedad de sistema para la intensidad del factor de retardo en la reverberación. Un sistema LTI puede implementar la reverberación.

Este es sólo uno de los innumerables ejemplos de cómo el modelado de señales y sistemas le permite ser creativo y funcional al mismo tiempo!