Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

ponderación A

Gráfico de las ponderaciones A, B, C y D en el rango de frecuencias de 10 Hz a 20 kHz. Vídeo que ilustra la ponderación A mediante el análisis de un barrido sinusoidal (...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Gráfico de las ponderaciones A, B, C y D en el rango de frecuencias de 10  Hz a 20 kHz.   
Vídeo que ilustra la ponderación A mediante el análisis de un barrido sinusoidal (contiene audio).

La ponderación A es una forma de ponderación de frecuencia y la más utilizada de una familia de curvas definidas en la norma internacional IEC 61672:2003 y diversas normas nacionales relativas a la medición del nivel de presión sonora . [ 1 ] La ponderación A se aplica a los niveles de sonido medidos con instrumentos para tener en cuenta la sonoridad relativa percibida por el oído humano, ya que este es menos sensible a las bajas frecuencias de audio. Se emplea sumando aritméticamente una tabla de valores, listados por bandas de octava o tercio de octava, a los niveles de presión sonora medidos en decibelios (dB). Las mediciones resultantes de las bandas de octava se suelen sumar (método logarítmico) para proporcionar un único valor ponderado A que describe el sonido; las unidades se escriben como dB(A). Otros conjuntos de valores de ponderación —B, C, D y ahora Z— se analizan más adelante.

Las curvas se definieron originalmente para su uso en diferentes niveles de sonido promedio, pero la ponderación A, aunque originalmente estaba destinada solo para la medición de sonidos de bajo nivel (alrededor de 40 fonios ), ahora se usa comúnmente para la medición de ruido ambiental y ruido industrial , así como para evaluar posibles daños auditivos y otros efectos del ruido en la salud en todos los niveles de sonido; de hecho, el uso de la ponderación de frecuencia A ahora es obligatorio para todas estas mediciones, porque décadas de experiencia de campo han demostrado una buena correlación con la sordera ocupacional en el rango de frecuencia del habla humana. También se usa para medir ruido de bajo nivel en equipos de audio, especialmente en los Estados Unidos. En Gran Bretaña, Europa y otras partes del mundo, las emisoras y los ingenieros de audio usan con más frecuencia la ponderación de ruido ITU-R 468 , que se desarrolló en la década de 1960 basándose en investigaciones de la BBC y otras organizaciones. Esta investigación demostró que nuestros oídos responden de manera diferente al ruido aleatorio, y las curvas de igual sonoridad en las que se basaron las ponderaciones A, B y C solo son válidas para tonos puros únicos.

Historia

La ponderación A se originó con el trabajo de Fletcher y Munson, que culminó en la publicación, en 1933, de un conjunto de curvas de igual sonoridad . Tres años después, estas curvas se utilizaron en la primera norma estadounidense para sonómetros . [ 2 ] Esta norma ANSI , posteriormente revisada como ANSI S1.4-1981, incorporó la ponderación B, además de la curva de ponderación A, reconociendo la inadecuación de esta última para mediciones que no fueran de bajo nivel. Sin embargo, la ponderación B ha caído en desuso.

Deficiencias

La ponderación A es válida para representar la sensibilidad del oído humano en función de la frecuencia de los tonos puros. Esta ponderación se basa en las curvas de Fletcher-Munson de 40 fonios , que representaron una determinación temprana del contorno de igual sonoridad para la audición humana. Sin embargo, esta escala se utiliza en diversas jurisdicciones para evaluar los riesgos de sordera ocupacional y otros problemas auditivos relacionados con señales o la inteligibilidad del habla en entornos ruidosos.

Debido a las discrepancias percibidas entre las determinaciones iniciales y las más recientes, la Organización Internacional de Normalización (ISO) revisó sus curvas estándar definidas en la norma ISO 226, en respuesta a las recomendaciones de un estudio coordinado por el Instituto de Investigación de Comunicación Eléctrica de la Universidad de Tohoku, Japón. [ 3 ] El estudio generó nuevas curvas combinando los resultados de varios estudios realizados por investigadores de Japón, Alemania, Dinamarca, Reino Unido y Estados Unidos. (Japón fue el principal contribuyente, con aproximadamente el 40 % de los datos). Esto dio como resultado la aceptación de un nuevo conjunto de curvas estandarizadas como ISO 226:2003 (posteriormente revisadas nuevamente en 2023 con cambios en los contornos de igual sonoridad de la ISO 226 de menos de 0,5  dB en el rango de 20 a 90 fonios). El informe comenta las grandes diferencias entre los resultados del estudio combinado y las curvas de igual sonoridad originales de Fletcher-Munson, así como las curvas posteriores de Robinson-Dadson que sirvieron de base para la primera versión de la norma ISO 226, publicada en 1987. Investigaciones posteriores han demostrado que la ponderación A se ajusta mejor a la curva actualizada de 60 fonios incorporada en la norma ISO 226:2003 que a la curva de Fletcher-Munson de 40 fonios, lo que refuta la idea errónea común de que la ponderación A representa la sonoridad solo para sonidos suaves. [ 4 ]

Sin embargo, la ponderación A se ajustaría mejor a las curvas de igual sonoridad si su pendiente fuera más pronunciada por encima de los 10 kHz , y es posible que este compromiso se deba a la dificultad de construir filtros de pendiente pronunciada en los inicios de la electrónica. Actualmente, no existe tal limitación, como lo demuestra la curva ITU-R 468. Si se utiliza la ponderación A sin limitación de banda adicional, es posible obtener lecturas diferentes en distintos instrumentos cuando hay ruido ultrasónico o cercano a este. Por lo tanto, para obtener mediciones precisas, se requiere combinar un filtro de paso bajo de 20 kHz con la curva de ponderación A en los instrumentos modernos. Esto se define en la norma IEC 61012 como ponderación AU y, si bien es deseable, rara vez se incluye en los sonómetros comerciales.  

Ponderaciones B, C, D, G y Z

La ponderación de frecuencia A es obligatoria según la norma internacional IEC  61672 para todos los sonómetros y son aproximaciones a las curvas de igual sonoridad dadas en ISO  226. [ 5 ] Las antiguas ponderaciones de frecuencia B y D han caído en desuso, pero muchos sonómetros ofrecen la ponderación de frecuencia C y su ajuste es obligatorio —al menos para fines de prueba— para sonómetros de precisión (Clase uno). La ponderación de frecuencia D fue diseñada específicamente para su uso al medir el ruido de aeronaves de alto nivel de acuerdo con la norma de medición IEC 537. El gran pico en la curva de ponderación D no es una característica de las curvas de igual sonoridad, sino que refleja el hecho de que los humanos oyen el ruido aleatorio de manera diferente a los tonos puros, un efecto que es particularmente pronunciado alrededor de 6  kHz. Esto se debe a que las neuronas individuales de diferentes regiones de la cóclea en el oído interno responden a bandas estrechas de frecuencias, pero las neuronas de frecuencia más alta integran una banda más amplia y, por lo tanto, emiten una señal de sonido más fuerte cuando se les presenta un ruido que contiene múltiples frecuencias que cuando se trata de un solo tono puro del mismo nivel de presión.

Tras los cambios en la norma ISO, la ponderación de frecuencia D por sí sola ahora solo debe usarse para motores a reacción sin derivación, que se encuentran únicamente en aeronaves militares y no en aeronaves comerciales. Por esta razón, actualmente se exige la ponderación de frecuencia A para las mediciones de aeronaves civiles ligeras de hélice, mientras que se requiere una ponderación EPNdB corregida por sonoridad más precisa para la certificación de aviones a reacción y helicópteros. [ 6 ] La ponderación D es la base de la medición subyacente a EPNdB.

La ponderación de frecuencia Z o CERO se introdujo en la norma internacional IEC  61672 en 2003 y tenía como objetivo reemplazar la ponderación de frecuencia plana o lineal  que suelen utilizar los fabricantes. Ofrece una respuesta de frecuencia plana entre 10 Hz y 20  kHz ±1,5  dB. [ 7 ] Asimismo, la ponderación de frecuencia C, con puntos de -3 dB a 31,5 Hz y 8 kHz, no tenía un ancho de banda suficiente para permitir la medición precisa del ruido de pico real (Lpk).   

La ponderación G se utiliza para mediciones en el rango de infrasonido de 8  Hz a aproximadamente 40  Hz. [ 8 ]

Las ponderaciones de frecuencia B y D ya no se describen en el cuerpo de la norma IEC  61672:2003, pero sus respuestas en frecuencia se pueden encontrar en la norma anterior IEC  60651, aunque esta última ha sido retirada formalmente por la Comisión Electrotécnica Internacional en favor de la IEC  61672:2003. Las tolerancias de ponderación de frecuencia en la norma IEC  61672 se han endurecido con respecto a las de las normas anteriores IEC  179 e IEC  60651, por lo que los instrumentos que cumplen con las especificaciones anteriores ya no deben utilizarse para mediciones legalmente requeridas.

Mediciones de ruido ambiental y de otro tipo

Etiqueta relacionada con un compresor de aire portátil

Los decibelios ponderados A se abrevian como dB(A) o dBA. Cuando se hace referencia a mediciones acústicas (con micrófono calibrado), las unidades utilizadas serán dB SPL referenciadas a 20 micropascales = 0  dB SPL. [ nb 1 ]

La curva de ponderación A se ha adoptado para la medición del ruido ambiental y es estándar en varios sonómetros. El sistema de ponderación A se utiliza en cualquier medición de ruido ambiental (por ejemplo, ruido de carreteras , ferrocarriles y aeronaves ). La ponderación A también se usa comúnmente para evaluar el daño auditivo potencial causado por ruidos fuertes, incluidas las mediciones de dosis de ruido en el trabajo. Un nivel de ruido superior a 85  dB(A) diarios aumenta el riesgo de daño auditivo.

Los niveles de potencia sonora ponderados A ( LWA ) se encuentran cada vez con mayor frecuencia en la documentación comercial de electrodomésticos como refrigeradores, congeladores y ventiladores de computadora. El nivel de presión sonora (SPL) que se espera medir a una distancia determinada con un sonómetro se puede calcular, con algunas simplificaciones, a partir del nivel de potencia sonora. En Europa, el nivel de ruido ponderado A se utiliza, por ejemplo, para normalizar el ruido de los neumáticos de los automóviles.

Equipos de reproducción y radiodifusión de audio

Aunque se dice que la curva de ponderación A, ampliamente utilizada para la medición del ruido , se basó en la curva de Fletcher-Munson de 40 fonios, investigaciones de la década de 1960 demostraron que las determinaciones de igual sonoridad realizadas con tonos puros no son directamente relevantes para nuestra percepción del ruido. [ 9 ] Esto se debe a que la cóclea en nuestro oído interno analiza los sonidos en términos de contenido espectral, y cada célula ciliada responde a una banda estrecha de frecuencias conocida como banda crítica. Las bandas de alta frecuencia son más anchas en términos absolutos que las de baja frecuencia y, por lo tanto, "captan" proporcionalmente más potencia de una fuente de ruido. Sin embargo, cuando se estimula más de una banda crítica, el cerebro suma las salidas de las distintas bandas para producir una impresión de sonoridad. Por estas razones, las curvas de igual sonoridad derivadas utilizando bandas de ruido muestran una inclinación ascendente por encima de 1 kHz y una inclinación descendente por debajo de 1 kHz en comparación con las curvas derivadas utilizando tonos puros.  

Esta mayor sensibilidad al ruido en la región de 6  kHz se hizo particularmente evidente a finales de la década de 1960 con la introducción de las grabadoras de casete compactas y la reducción de ruido Dolby-B . Se descubrió que las mediciones de ruido ponderadas A daban resultados engañosos porque no daban suficiente prominencia a la  región de 6 kHz donde la reducción de ruido tenía el mayor efecto, y no atenuaban suficientemente el ruido alrededor de 10  kHz y más (un ejemplo particular es con el tono piloto  de 19 kHz en los sistemas de radio FM que, aunque generalmente inaudible, no se atenúa suficientemente con la ponderación A, de modo que a veces un equipo incluso mediría peor que otro y, sin embargo, sonaría mejor, debido a un contenido espectral diferente.

Por lo tanto , la ponderación de ruido ITU-R 468 se desarrolló para reflejar con mayor precisión la sonoridad subjetiva de todos los tipos de ruido, en contraposición a los tonos. Esta curva, que surgió del trabajo realizado por el Departamento de Investigación de la BBC , fue estandarizada por el CCIR y posteriormente adoptada por otros organismos de normalización ( IEC , BSI ) y, a partir de 2006La UIT mantiene un estándar. Su uso se extendió por Europa, especialmente en la radiodifusión, y fue adoptada por Dolby Laboratories , que reconoció su superior validez para la medición de ruido en bandas sonoras de películas y sistemas de casete compacto. Sus ventajas sobre la ponderación A son menos reconocidas en Estados Unidos, donde esta última sigue predominando. Es utilizada por emisoras en Gran Bretaña, Europa y antiguos países del Imperio Británico, como Australia y Sudáfrica.

Realización funcional de algunas ponderaciones comunes

El estándar [ 10 ] define ponderaciones (A(F),do(F){\displaystyle A(f),C(f)}) en unidades de dB mediante tablas con límites de tolerancia (para permitir una variedad de implementaciones). Además, el estándar describe funciones de ponderación.Rincógnita(F){\displaystyle R_{X}(f)}[ 10 ] para calcular las ponderaciones. La función de ponderaciónRincógnita(F){\displaystyle R_{X}(f)}se aplica al espectro de amplitud (no al espectro de intensidad ) del nivel de sonido sin ponderar. Los desplazamientos aseguran la normalización a 0  dB a 1000  Hz. Las funciones de ponderación apropiadas son: [ 11 ]

A

RA(F)=121942F4(F2+20.62) (F2+107.72)(F2+737.92) (F2+121942) ,A(F)=20registro10⁡(RA(F))−20registro10⁡(RA(1000))≈20registro10⁡(RA(F))+2.00{\displaystyle {\begin{aligned}R_{A}(f)&={12194^{2}f^{4} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ {\sqrt {\left(f^{2}+107.7^{2}\right)\left(f^{2}+737.9^{2}\right)}}\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]A(f)&=20\log _{10}\left(R_{A}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{A}(1000)\right)\\&\approx 20\log _{10}\left(R_{A}(f)\right)+2.00\end{aligned}}}[ 10 ]

B

RB(F)=121942F3(F2+20.62) (F2+158,52) (F2+121942) ,B(F)=20registro10⁡(RB(F))−20registro10⁡(RB(1000))≈20registro10⁡(RB(F))+0,17{\displaystyle {\begin{aligned}R_{B}(f)&={12194^{2}f^{3} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ {\sqrt {\left(f^{2}+158.5^{2}\right)}}\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]B(f)&=20\log _{10}\left(R_{B}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{B}(1000)\right)\\&\approx 20\log _{10}\left(R_{B}(f)\right)+0.17\end{aligned}}}

do

Rdo(F)=121942F2(F2+20.62) (F2+121942) ,do(F)=20registro10⁡(Rdo(F))−20registro10⁡(Rdo(1000))≈20registro10⁡(Rdo(F))+0,06{\displaystyle {\begin{aligned}R_{C}(f)&={12194^{2}f^{2} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]C(f)&=20\log _{10}\left(R_{C}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{C}(1000)\right)\\[3pt]&\approx 20\log _{10}\left(R_{C}(f)\right)+0.06\end{aligned}}}[ 10 ]

D

h(F)=(1037918.48−F2)2+1080768.16F2(9837328−F2)2+11723776F2RD(F)=F6.8966888496476⋅10−5h(F)(F2+79919.29)(F2+1345600)D(F)=20registro10⁡(RD(F))−20registro10⁡(RD(1000)){\displaystyle {\begin{aligned}h(f)&={\frac {\left(1037918.48-f^{2}\right)^{2}+1080768.16\,f^{2}}{\left(9837328-f^{2}\right)^{2}+11723776\,f^{2}}}\\[3pt]R_{D}(f)&={\frac {f}{6.8966888496476\cdot 10^{-5}}}{\sqrt {\frac {h(f)}{\left(f^{2}+79919.29\right)\left(f^{2}+1345600\right)}}}\\D(f)&=20\log _{10}\left(R_{D}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{D}(1000)\right)\end{aligned}}}[ 12 ]

Equivalente de la función de transferencia

Las curvas de ganancia se pueden realizar [ 13 ] mediante las siguientes funciones de transferencia en el dominio s . Sin embargo, no se definen de esta manera, sino mediante tablas de valores con tolerancias en los documentos de normas, lo que permite diferentes realizaciones:

A

HA(s)≈kA⋅s4(s+129.4)2(s+676,7)(s+4636)(s+76617)2{\displaystyle H_{\text{A}}(s)\approx {k_{\text{A}}\cdot s^{4} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+676.7)\quad (s+4636)\quad (s+76617)^{2}}}
k A ≈ 7,39705 × 10 9

B

HB(s)≈kB⋅s3(s+129.4)2(s+995.9)(s+76617)2{\displaystyle H_{\text{B}}(s)\approx {k_{\text{B}}\cdot s^{3} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+995.9)\quad (s+76617)^{2}}}
k B ≈ 5,99185 × 10 9

do

Hdo(s)≈kdo⋅s2(s+129.4)2(s+76617)2{\displaystyle H_{\text{C}}(s)\approx {k_{\text{C}}\cdot s^{2} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+76617)^{2}}}
k C ≈ 5,91797 × 10 9

D

HD(s)≈kD⋅s⋅(s2+6532s+4.0975×107)(s+1776.3)(s+7288.5)(s2+21514s+3.8836×108){\displaystyle H_{\text{D}}(s)\approx {k_{\text{D}}\cdot s\cdot \left(s^{2}+6532s+4.0975\times 10^{7}\right) \over (s+1776.3)\quad (s+7288.5)\quad \left(s^{2}+21514s+3.8836\times 10^{8}\right)}}
k D ≈ 91104,32

Los valores k son constantes que se utilizan para normalizar la función a una ganancia de 1 (0  dB). Los valores indicados anteriormente normalizan las funciones a 0  dB a 1  kHz, como se suele hacer. (Esta normalización se muestra en la imagen).

Véase también

Notas

  1. ↑ dBrn ajustado no es sinónimo de dB(A), sino de dBa. (En telecomunicaciones, dBa significa "decibelios ajustados", es decir, potencia de ruido absoluta ponderada, que no tiene nada que ver con la ponderación A).

Referencias

  1. ^ Meyer-Bisch, Christian (2005). " [ Medición del ruido ] " . Medicina/Ciencias . 21 (5): 546– 550. doi : 10.1051/medsci/2005215546 . ISSN 0767-0974 . PMID 15885208 .  
  2. ↑ Pierre, Jr., Richard L. St.; Maguire, Daniel J. (julio de 2004). "El impacto de la ponderación A en las mediciones del nivel de presión sonora durante la evaluación de la exposición al ruido" (PDF) . Recuperado el 13 de septiembre de 2011 .
  3. ↑ "Determinación precisa y de rango completo de contornos de igual sonoridad bidimensionales" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 27 de septiembre de 2007.
  4. ↑ Yokoyama, Sakae; Sakamoto, Shinichi; Tsujimura, Sohei; Kobayashi, Tomohiro; Tachibana, Hideki (2015). "Experimento de sonoridad sobre ruidos ambientales generales considerando componentes de baja frecuencia hasta el infrasonido" . Acoustical Science and Technology . 36 : 24–30 . doi : 10.1250/ast.36.24 .
  5. ↑ Rimell, Andrew; Mansfield, Neil; Paddan, Gurmail (2015). "Diseño de filtros digitales para ponderaciones de frecuencia (A y C) requeridas para evaluaciones de riesgo de trabajadores expuestos al ruido" . Industrial Health . 53 ( 53): 21– 27. Bibcode : 2015IndHe..53...21R . doi : 10.2486/indhealth.2013-0003 . PMC 4331191. PMID 25224333. S2CID 13997453 .   
  6. ↑ "Archivo ZIP BIP_2_2_jb" (PDF) .
  7. ↑ Lauer, Amanda; El-Sharkawy, AbdEl-Monem M.; Kraitchman, Dara; Edelstein, William (2012). "El ruido acústico de la resonancia magnética puede dañar a los animales de experimentación y de compañía" . Journal of Magnetic Resonance Imaging . 36 (3): 743– 747. doi : 10.1002/jmri.23653 . PMID 22488793. S2CID 7436249 .  
  8. ^ Ratzel, U.; Bayer, O.; Brachat, P.; Hoffman, M.; Jänke, K.; Kiesel, K.-J.; Mehnert, C.; Scheck, C.; Westerhausen, C.; Krapf, KG; Herrmann, L.; Blaul, J., eds. (Febrero de 2020) [2016-02-26]. "Tieffrequente Geräusche inkl. Infraschall von Windkraftanlagen und anderen Quellen - Bericht über Ergebnisse des Messprojekts 2013-2015" (en alemán) (3 ed.). Karlsruhe, Alemania: Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LUBW), Referat 34 – Technischer Arbeitsschutz, Lärmschutz. págs. 10– 11, 13, 17, 22– 24, 27– 28, 32– 33, 38– 39, 43– 44, 49, 90 . Consultado el 7 de junio de 2021 . pag. 90: Für den Bereich des Infraschalls gibt es eine eigene Frequenzbewertung, die so genannte G-Bewertung. Entsprechend bewertete Pegel werden als dB(G) – „Dezibel G" – angegeben. Bekannter ist die A-Bewertung von Geräuschen als dB(A) – „Dezibel A" –, die dem Hörempfinden des Menschen nachempfunden ist. Die G-Bewertung hat ihren Schwerpunkt bei 20 Hz. Las frecuencias de 10 Hz y 25 Hz se ajustan, se disparan y se dañan. Zweck der G-Bewertung ist es, eine Situation im Hinblick auf tiefe Frequenzen bzw. Infraschall mit einer einzigen Zahl zu charakterisieren. Ein Nachteil ist, dass Frequenzen interhalb 8 Hz and over 40 Hz kaum mehr einen Beitrag leisten.        (104 páginas)
  9. ↑ Bauer, B.; Torick, E. (1966). "Investigaciones en la medición de la sonoridad". IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics . 14 (3): 141– 151. doi : 10.1109/TAU.1966.1161864 .
  10. 1 2 3 4 IEC 61672-1:2013 Electroacústica - Medidores de nivel sonoro - Parte 1: Especificaciones . IEC. 2013.
  11. ↑ "Ecuaciones de ponderación de frecuencia" . Cross Spectrum. 2004. Archivado del original el 17 de junio de 2011.
  12. ↑ Aarts, Ronald M. (1992-03-01). "Una comparación de algunas medidas de sonoridad para pruebas de escucha de altavoces" . Audio Engineering Society . 40 (3): 142– 146. Archivado del original el 27-10-2022 . Recuperado el 27-10-2022 .
  13. ↑ "Informe sobre medición de ruido" . Product Technology Partners. Archivado del original el 30 de junio de 2008.

Lecturas adicionales

  • Manual de referencia para ingenieros de audio , 2.ª ed., 1999, editado por Michael Talbot Smith, Focal Press.
  • Introducción a la psicología de la audición, 5.ª ed., Brian CJ Moore, Elsevier Press
  • Circuito de filtro de ponderación A para mediciones de audio. Archivado el 31 de diciembre de 2016 en Wayback Machine.
  • Diagramas de circuitos del conjunto de filtros de ponderación
  • Definición de referencia de audio profesional AES de "filtros de ponderación"
  • Ecuaciones de ponderación de frecuencia
  • Ponderación A en detalle
  • Investigaciones sobre la medición de sonoridad mediante CBS utilizando bandas de ruido, artículo del IEEE de 1966
  • Comparación de algunas medidas de sonoridad para pruebas de escucha de altavoces (Aarts, JAES, 1992) PDF que contiene el algoritmo para filtros ABCD