Ponderación A

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 varias normas nacionales relacionadas con la medición del nivel de presión sonora . ^[1] La ponderación A se aplica a los niveles de sonido medidos por instrumentos en un esfuerzo por tener en cuenta la sonoridad relativa percibida por el oído humano, ya que el oído es menos sensible a las frecuencias de audio bajas. Se emplea añadiendo aritméticamente una tabla de valores, enumerados por bandas de octava o tercio de octava, a los niveles de presión sonora medidos en dB . Las mediciones de banda de octava resultantes suelen añadirse (método logarítmico) para proporcionar un único valor ponderado A que describe el sonido; las unidades se escriben como dB(A). A continuación se analizan otros conjuntos de valores de ponderación (B, C, D y ahora Z).

Las curvas se definieron originalmente para su uso en diferentes niveles de sonido promedio, pero la ponderación A, aunque originalmente estaba destinada solo a la medición de sonidos de bajo nivel (alrededor de 40 phon ), ahora se usa comúnmente para la medición del ruido ambiental y el ruido industrial , así como para evaluar el daño auditivo potencial 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 muy buena correlación con la sordera ocupacional en el rango de frecuencia del habla humana. También se utiliza para medir el ruido de bajo nivel en equipos de audio, especialmente en los Estados Unidos. ^{[ no verificado en el cuerpo ]} En Gran Bretaña, Europa y muchas otras partes del mundo, los locutores y los ingenieros de audio ^{[ ¿quién? ]} utilizan con más frecuencia la ponderación de ruido ITU-R 468 , que se desarrolló en la década de 1960 con base en la investigación de la BBC y otras organizaciones. Esta investigación demostró que nuestros oídos responden de manera diferente al ruido aleatorio, y las curvas de igual volumen en las que se basaron las ponderaciones A, B y C en realidad solo son válidas para tonos simples puros. ^{[ no verificado en el cuerpo ]}

La ponderación A comenzó con el trabajo de Fletcher y Munson que dio como resultado la publicación, en 1933, de un conjunto de curvas de igual sonoridad . Tres años más tarde, estas curvas se utilizaron en la primera norma estadounidense para sonómetros . ^[2] Esta norma ANSI , revisada posteriormente como ANSI S1.4-1981, incorporó la ponderación B, así como la curva de ponderación A, reconociendo la inadecuación de esta última para cualquier otra medida que no fueran de bajo nivel. Pero desde entonces la ponderación B ha caído en desuso. Trabajos posteriores, primero de Zwicker y luego de Schomer, intentaron superar la dificultad planteada por los diferentes niveles, y el trabajo de la BBC dio como resultado la ponderación CCIR-468, actualmente mantenida como ponderación de ruido ITU-R 468, que proporciona lecturas más representativas del ruido en comparación con los tonos puros. ^{[ cita requerida ]}

La ponderación A es válida para representar la sensibilidad del oído humano en función de la frecuencia de tonos puros. La ponderación A se basó en las curvas de Fletcher-Munson de 40 fonios , que representaron una determinación temprana del contorno de igual volumen para la audición humana. Sin embargo, debido a que décadas de experiencia de campo han demostrado una muy buena correlación entre la escala A y la sordera ocupacional en el rango de frecuencia del habla humana, ^{[ cita requerida ]} esta escala se emplea en muchas jurisdicciones para evaluar los riesgos de sordera ocupacional y otros problemas auditivos relacionados con señales o inteligibilidad del habla en entornos ruidosos.

Debido a las discrepancias percibidas entre las determinaciones tempranas y más recientes, la Organización Internacional de Normalización (ISO) revisó sus curvas estándar según se definen en la norma ISO 226, en respuesta a las recomendaciones de un estudio coordinado por el Instituto de Investigación de Comunicación Eléctrica, Universidad de Tohoku, Japón. ^[3] El estudio produjo nuevas curvas al combinar los resultados de varios estudios, realizados por investigadores en Japón, Alemania, Dinamarca, Reino Unido y EE. UU. (Japón fue el mayor contribuyente con aproximadamente el 40% de los datos). Esto resultó en la aceptación de un nuevo conjunto de curvas estandarizadas como ISO 226:2003 (posteriormente revisada nuevamente en 2023 con cambios en los contornos de sonoridad igual 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 los contornos originales de sonoridad igual de Fletcher-Munson, así como los contornos posteriores de Robinson-Dadson que formaron la base para la primera versión de ISO 226, publicada en 1987. Investigaciones posteriores han demostrado que la ponderación A concuerda más con el contorno actualizado de 60 fonios incorporado en ISO 226:2003 que con el contorno de Fletcher-Munson de 40 fonios, lo que desafía la idea errónea común de que la ponderación A representa la sonoridad solo para sonidos suaves. ^[4]

Sin embargo, la ponderación A sería más parecida a las curvas de sonoridad equivalente si cayera más abruptamente por encima de los 10 kHz, y es concebible que este compromiso haya surgido porque los filtros inclinados eran más difíciles de construir en los primeros días de la electrónica. ^{[ cita requerida ]} Hoy en día, no es necesario que exista tal limitación, como lo demuestra la curva ITU-R 468. Si se utiliza la ponderación A sin más limitación de banda, es posible obtener diferentes lecturas en diferentes instrumentos cuando hay ruido ultrasónico o casi ultrasónico. Por lo tanto, las mediciones precisas requieren que se combine un filtro de paso bajo de 20 kHz con la curva de ponderación A en los instrumentos modernos. Esto se define en IEC 61012 como ponderación AU y, si bien es muy deseable, rara vez se adapta a los medidores de nivel de sonido comerciales.

La ponderación de frecuencia A es obligatoria según la norma internacional IEC 61672 para que se ajuste a todos los medidores de nivel de sonido y son aproximaciones a los contornos de igual sonoridad dados en ISO 226. ^[5] Las antiguas ponderaciones de frecuencia B y D han caído en desuso, pero muchos medidores de nivel de sonido proporcionan ponderación de frecuencia C y su ajuste es obligatorio, al menos para fines de prueba, para medidores de nivel de sonido 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 los contornos de igual sonoridad, sino que refleja el hecho de que los humanos escuchan 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 muchas frecuencias que para un solo tono puro del mismo nivel de presión. ^{[ cita requerida ]}

Tras los cambios en la norma ISO, la ponderación de frecuencia D por sí sola ahora solo debería utilizarse para motores a reacción que no sean de tipo bypass, que se encuentran solo en aeronaves militares y no en aeronaves comerciales. Por este motivo, hoy en día la ponderación de frecuencia A es obligatoria para las mediciones de aeronaves civiles ligeras, mientras que se requiere una ponderación EPNdB con corrección de sonoridad más precisa para la certificación de aeronaves de transporte de gran tamaño. ^[6] La ponderación D es la base de la medición subyacente a la 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 a menudo instalan los fabricantes. Este cambio era necesario ya que cada fabricante de sonómetros podía elegir sus propios puntos de corte de frecuencia baja y alta (–3 dB), lo que daba como resultado lecturas diferentes, especialmente cuando se medía el nivel de sonido pico ^{[ cita requerida ]} . Es una respuesta de frecuencia plana entre 10 Hz y 20 kHz ±1,5 dB. ^{[7] [ verificación fallida ]} Además, la ponderación de frecuencia C, con puntos de –3 dB a 31,5 Hz y 8 kHz, no tenía un paso de banda suficiente para permitir la medición razonablemente correcta del ruido pico real (Lpk).

La ponderación G se utiliza para mediciones en el rango de infrasonidos 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 de frecuencia se pueden encontrar en la antigua IEC 60651, aunque esta ha sido retirada formalmente por la Comisión Electrotécnica Internacional en favor de la IEC 61672:2003. Las tolerancias de ponderación de frecuencia en IEC 61672 se han ajustado con respecto a las de las normas anteriores IEC 179 e IEC 60651 y, por lo tanto, los instrumentos que cumplen con las especificaciones anteriores ya no deben usarse para mediciones requeridas por ley.

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

La curva de ponderación A se ha adoptado ampliamente para la medición del ruido ambiental y es estándar en muchos medidores de nivel de sonido. El sistema de ponderación A se utiliza en cualquier medición del ruido ambiental (por ejemplo, el ruido de la carretera , el ruido ferroviario o el ruido de los aviones ). La ponderación A también se utiliza habitualmente para evaluar el posible daño auditivo causado por el ruido fuerte, incluidas las mediciones de la dosis de ruido en el trabajo. Un nivel de ruido de más de 85 dB(A) cada día aumenta el factor de riesgo de daño auditivo.

Los niveles de potencia acústica ponderados A L _WA se encuentran cada vez más en la documentación de venta de electrodomésticos como frigoríficos, congeladores y ventiladores de ordenador. El nivel de presión acústica que se espera medir a una distancia determinada como SPL con un sonómetro se puede calcular, con algunas simplificaciones, a partir del nivel de potencia acústica . En Europa, el nivel de ruido ponderado A se utiliza, por ejemplo, para normalizar el ruido de los neumáticos de los coches.

La exposición al ruido de los visitantes de lugares con música alta también suele expresarse en dB(A), aunque la presencia de niveles elevados de ruido de baja frecuencia no lo justifica.

Aunque se dice que la curva de ponderación A, de uso generalizado para la medición del ruido , se basó en la curva Fletcher-Munson de 40 fonios, las investigaciones de la década de 1960 demostraron que las determinaciones de igual volumen realizadas utilizando 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 pilosa responde a una banda estrecha de frecuencias conocida como banda crítica. ^{[ cita requerida ]} Las bandas de alta frecuencia son más anchas en términos absolutos que las bandas de baja frecuencia y, por lo tanto, "recogen" proporcionalmente más energía de una fuente de ruido. ^{[ cita requerida ] Sin embargo, cuando se estimula más de una banda crítica,} el cerebro suma las salidas de las distintas bandas para producir una impresión de volumen. Por estas razones, las curvas de igual sonoridad derivadas utilizando bandas de ruido muestran una inclinación hacia arriba por encima de 1 kHz y una inclinación hacia abajo 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 fines de la década de 1960 con la introducción de grabadoras de casete compactas y la reducción de ruido Dolby-B . Se descubrió que las mediciones de ruido ponderadas A arrojaban resultados engañosos porque no daban suficiente prominencia a la región de 6 kHz donde la reducción de ruido estaba teniendo mayor efecto y no atenúaban suficientemente el ruido alrededor de 10 kHz y más (un ejemplo particular es el tono piloto de 19 kHz en los sistemas de radio FM que, aunque generalmente inaudible, no se atenúa lo suficiente con la ponderación A, de modo que a veces un equipo incluso medía peor que otro y, sin embargo, sonaba mejor, debido al diferente contenido espectral).

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 luego adoptada por muchos otros organismos de normalización ( IEC , BSI ) y, a partir de 2006 ^[actualizar], es mantenida por la UIT. Se utilizó ampliamente en Europa, especialmente en radiodifusión, y fue adoptada por Dolby Laboratories, que se dio cuenta de su validez superior para sus propósitos al medir el ruido en bandas sonoras de películas y sistemas de casete compacto. Sus ventajas sobre la ponderación A son menos aceptadas en los EE. UU., donde el uso de la ponderación A aún predomina. ^{[ cita requerida ]} Lo utilizan los organismos de radiodifusión en Gran Bretaña, Europa y antiguos países del Imperio Británico, como Australia y Sudáfrica.

La norma ^[10] define ponderaciones ( ) en unidades dB mediante tablas con límites de tolerancia (para permitir una variedad de implementaciones). Además, la norma describe funciones de ponderación ^[10] para calcular las ponderaciones. La función de ponderación se aplica al espectro de amplitud (no al espectro de intensidad ) del nivel de sonido no ponderado. Las compensaciones garantizan la normalización a 0 dB a 1000 Hz. Las funciones de ponderación adecuadas son: ^[11]${\displaystyle A(f),C(f)}$$Estilo de visualización R_{X}(f)$$Estilo de visualización R_{X}(f)$

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{A}(f)&={12194^{2}f^{4} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ {\sqrt {\left(f^{2}+107.7^{2}\right)\left(f^{2}+737.9^{2}\right)}}\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]A(f)&=20\log _{10}\left(R_{A}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{A}(1000)\right)\\&\approx 20\log _{10}\left(R_{A}(f)\right)+2.00\end{aligned}}}$^[10]

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{B}(f)&={12194^{2}f^{3} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ {\sqrt {\left(f^{2}+158.5^{2}\right)}}\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]B(f)&=20\log _{10}\left(R_{B}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{B}(1000)\right)\\&\approx 20\log _{10}\left(R_{B}(f)\right)+0.17\end{aligned}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{C}(f)&={12194^{2}f^{2} \over \left(f^{2}+20.6^{2}\right)\ \left(f^{2}+12194^{2}\right)}\ ,\\[3pt]C(f)&=20\log _{10}\left(R_{C}(f)\right)-20\log _{10}\left(R_{C}(1000)\right)\\[3pt]&\approx 20\log _{10}\left(R_{C}(f)\right)+0.06\end{aligned}}}$^[10]

${\displaystyle {\begin{aligned}h(f)&={\frac {\left(1037918.48-f^{2}\right)^{2}+1080768.16\,f^{2}}{\left(9837328-f^{2}\right)^{2}+11723776\,f^{2}}}\\[3pt]R_{D}(f)&={\frac {f}{6.8966888496476\cdot 10^{-5}}}{\sqrt {\frac {h(f)}{\left(f^{2}+79919.29\right)\left(f^{2}+1345600\right)}}}\\D(f)&=20\log _{10}\left(R_{D}(f)\right).\end{aligned}}}$^[12]

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

${\displaystyle H_{\text{A}}(s)\approx {k_{\text{A}}\cdot s^{4} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+676.7)\quad (s+4636)\quad (s+76617)^{2}}}$

k _A ≈ 7,39705 × 10 ⁹

${\displaystyle H_{\text{B}}(s)\approx {k_{\text{B}}\cdot s^{3} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+995.9)\quad (s+76617)^{2}}}$

k _B ≈ 5,99185 × 10 ⁹

${\displaystyle H_{\text{C}}(s)\approx {k_{\text{C}}\cdot s^{2} \over (s+129.4)^{2}\quad (s+76617)^{2}}}$

kC ≈ _5,91797 × 10 ⁹

${\displaystyle H_{\text{D}}(s)\approx {k_{\text{D}}\cdot s\cdot \left(s^{2}+6532s+4.0975\times 10^{7}\right) \over (s+1776.3)\quad (s+7288.5)\quad \left(s^{2}+21514s+3.8836\times 10^{8}\right)}}$

kD ≈ _91104,32

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

• Ruido
• Ruido de señal
• Ponderación de ruido ITU-R 468
• Ponderación M
• Ponderación sofométrica
• Medición de la calidad del audio
• Contaminación acústica
• Regulación del ruido
• Espacio libre
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• Filtro de ponderación
• Curva de ponderación
• Función de eficiencia luminosa , equivalente de luz.
• LKFS

• Libro de referencia para ingenieros de audio , 2.ª edición, 1999, editado por Michael Talbot Smith, Focal Press
• Introducción a la psicología de la audición , 5.ª ed., Brian CJ Moore, Elsevier Press

• Informe sobre medición del ruido. Archivado desde el original el 25 de febrero de 2013.
• 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
• Ecuación de ponderación A y cálculo en línea
• Investigaciones sobre medición de sonoridad mediante CBS utilizando bandas de ruido, artículo IEEE de 1966
• Comparación de algunas medidas de sonoridad para pruebas de escucha con altavoces (Aarts, JAES, 1992) PDF que contiene algoritmo para filtros ABCD