Ponderación de ruido ITU-R 468

Los avances de la década de 1960, en particular la expansión de la radiodifusión FM y el desarrollo del casete de audio compacto con reducción de ruido Dolby-B , alertaron a los ingenieros sobre la necesidad de una curva de ponderación que proporcionara resultados subjetivamente significativos para el ruido aleatorio típico que limitaba el rendimiento de los circuitos de radiodifusión, los equipos y los circuitos de radio. La ponderación A no ofrecía resultados consistentes, especialmente en las transmisiones de radio FM y la grabación en casete compacto, donde el énfasis en las altas frecuencias resultaba en lecturas de ruido aumentadas que no se correlacionaban con el efecto subjetivo. Los primeros esfuerzos por producir una mejor curva de ponderación dieron lugar a una norma DIN que se adoptó durante un tiempo para la medición de equipos de alta fidelidad europeos.

Los experimentos realizados en la BBC dieron lugar al Informe EL-17 del Departamento de Investigación de la BBC , Evaluación del ruido en circuitos de audiofrecuencia ^{[ 3 ]} , en el que se informaron experimentos con numerosos sujetos de prueba, utilizando una variedad de ruidos que iban desde clics hasta ráfagas de tono y ruido rosa . Se pidió a los sujetos que compararan estos ruidos con un  tono de 1 kHz, y las puntuaciones finales se compararon con los niveles de ruido medidos utilizando varias combinaciones de filtro de ponderación y detector de cuasi-pico existentes en ese momento (como las definidas en una norma DIN alemana ahora descontinuada ). Esto dio lugar a la norma CCIR-468, que definió una nueva curva de ponderación y un rectificador de cuasi-pico.

El origen de la curva de ponderación actual de la UIT-R 468 se remonta a 1956. El informe de la BBC EL-17 de 1968 analiza varias curvas de ponderación, incluida una identificada como DPB , que fue elegida como superior a las alternativas: ASA, CCIF y OIRT. El gráfico de la curva DPB del informe es idéntico al de la curva UIT-R 468, excepto que esta última se extiende a frecuencias ligeramente más bajas y más altas. El informe de la BBC afirma que esta curva fue proporcionada en una "contribución de la DBP (Administración Telefónica de la República Federal de Alemania) en el Libro Rojo Vol. 1 de 1957, que abarca la primera asamblea plenaria del CCITT (Ginebra, 1956)". DBP es Deutsche Bundespost , el servicio postal alemán que proporciona servicio telefónico en Alemania, al igual que la GPO en el Reino Unido. El informe de la BBC afirma que "esta característica se basa en pruebas subjetivas descritas por Belger" y cita un artículo de E. Belger de 1953.

Dolby Laboratories adoptó la nueva ponderación CCIR-468 para medir el ruido en sus sistemas de reducción de ruido, tanto en cine (Dolby A) como en reproductores de casete (Dolby B), donde otros métodos de medición no lograban demostrar la ventaja de dicha reducción de ruido. Algunos columnistas de Hi-Fi acogieron con entusiasmo la ponderación 468, observando que reflejaba la  mejora de aproximadamente 10 dB en el ruido observada subjetivamente en las grabaciones de casete al usar Dolby B, mientras que otros métodos podían indicar un empeoramiento real en algunas circunstancias, ya que no atenuaban suficientemente el ruido por encima de los 10  kHz.

La Recomendación 468-1 del CCIR se publicó poco después de este informe y parece haberse basado en el trabajo de la BBC. Las versiones posteriores, hasta la CCIR  468-4, solo presentaban pequeñas diferencias en las tolerancias permitidas. Esta norma se incorporó posteriormente a muchas otras normas nacionales e internacionales (IEC, BSI, JIS, ITU) y se adoptó ampliamente como método estándar para la medición del ruido en la radiodifusión, el audio profesional y las especificaciones de alta fidelidad durante la década de 1970. Cuando el CCIR dejó de existir, la UIT-R ( Unión Internacional de Telecomunicaciones ) asumió oficialmente la norma . El trabajo actual sobre esta norma se centra principalmente en el mantenimiento de la IEC  60268, la norma internacional para sistemas de sonido.

La curva CCIR difiere enormemente de la ponderación A en la  región de 5 a 8 kHz, donde alcanza un pico de +12,2  dB a 6,3  kHz, la región en la que parecemos ser extremadamente sensibles al ruido. Si bien se ha dicho (erróneamente) que la diferencia se debe a la necesidad de evaluar la intrusión del ruido en presencia de material de programa, en lugar de simplemente la sonoridad, el informe de la BBC deja claro que este no fue el fundamento de los experimentos. La verdadera razón de la diferencia probablemente se relaciona con la forma en que nuestros oídos analizan los sonidos en términos de contenido espectral a lo largo de la cóclea . Esto se comporta como un conjunto de filtros muy próximos entre sí con un factor Q aproximadamente constante , es decir, anchos de banda proporcionales a sus frecuencias centrales. Por lo tanto, las células ciliadas de alta frecuencia serían sensibles a una mayor proporción de la energía total del ruido que las células ciliadas de baja frecuencia. Aunque las respuestas de las células ciliadas no son exactamente Q constantes, y la situación se complica aún más por la forma en que el cerebro integra las señales de las células ciliadas adyacentes, el efecto resultante aparece aproximadamente como una inclinación centrada en 1  kHz impuesta sobre la ponderación A.

Dependiendo del contenido espectral, las mediciones de ruido ponderadas a 468 bits suelen ser unos 11  dB más altas que las ponderadas a A, y este es probablemente un factor en la reciente tendencia a abandonar la ponderación a 468 bits en las especificaciones de los equipos a medida que disminuye el uso de cintas de casete.

La especificación 468 abarca mediciones ponderadas y no ponderadas (utilizando un filtro de paso de banda de 22 Hz a 22 kHz y 18 dB/oct) y ambas utilizan un rectificador de cuasi-pico con una dinámica cuidadosamente diseñada. En lugar de tener un tiempo de integración simple, este detector requiere la implementación con dos seguidores de pico en cascada, cada uno con diferentes constantes de tiempo de ataque cuidadosamente elegidas para controlar la respuesta a ráfagas de tono únicas y repetidas de varias duraciones. Esto garantiza que las mediciones de ruido impulsivo puedan tener en cuenta adecuadamente nuestra sensibilidad auditiva reducida a las ráfagas cortas. Esta medición de cuasi-pico también se denomina ponderación psofométrica .

Esto fue especialmente importante en el pasado, ya que las retransmisiones externas se realizaban a través de circuitos de música que utilizaban líneas telefónicas, con los clics provenientes de Strowger y otras centrales telefónicas electromecánicas. Ahora cobra nueva relevancia en la medición del ruido en las tarjetas de audio de los ordenadores, que suelen producir clics al arrancar y detenerse las unidades de disco.

La curva de ponderación se especifica mediante un diagrama de circuito de una red de ponderación y una tabla de respuestas de amplitud.

Arriba se muestra el diagrama del circuito del filtro de ponderación ITU-R  468. Las impedancias de fuente y sumidero son ambas de 600  ohmios (resistivas), como se muestra en el diagrama. Los valores se han tomado directamente de la  especificación ITU-R 468. Dado que este circuito es puramente pasivo, no puede generar la  ganancia adicional de 12 dB requerida; cualquier resultado debe corregirse mediante un factor de 8,1333, o +18,2  dB.

Tabla de respuestas de amplitud:

Los valores de la tabla de respuesta de amplitud difieren ligeramente de los obtenidos a partir del diagrama del circuito, por ejemplo, debido a la resolución finita de los valores numéricos. En la norma se indica que el  condensador de 33,06 nF puede ajustarse o que se puede utilizar un filtro activo.

Modelando el circuito anterior y realizando algunos cálculos, obtenemos esta fórmula para calcular la respuesta de amplitud en dB para cualquier valor de frecuencia dado:

${\displaystyle R_{\mathrm {ITU} }(f)={\frac {1.246332637532143\cdot 10^{-4}\,f}{\sqrt {(h_{1}(f))^{2}+(h_{2}(f))^{2}}}}}$

${\displaystyle \mathrm {UIT} (f)=18,2+20\log _{10}\left(R_{\mathrm {UIT} }(f)\right)}$

dónde

${\displaystyle h_{1}(f)=-4.737338981378384\cdot 10^{-24}\,f^{6}+2.043828333606125\cdot 10^{-15}\,f^{4}-1.363894795463638\cdot 10^{-7}\,f^{2}+1}$

${\displaystyle h_{2}(f)=1.306612257412824\cdot 10^{-19}\,f^{5}-2.118150887518656\cdot 10^{-11}\,f^{3}+5.559488023498642\cdot 10^{-4}\,f}$

 Ráfagas únicas de 5 kHz:

Ráfagas de 5  ms y 5  kHz a una frecuencia de repetición:

Utiliza  un filtro de paso alto (HPF) de 22 Hz y un filtro de paso bajo  (LPF) de 22 kHz con una atenuación de 18  dB/década o superior.