Filtro de ponderación

Un filtro de ponderación se utiliza para enfatizar o suprimir algunos aspectos de un fenómeno en comparación con otros, para fines de medición u otros.

En cada campo de medición de audio se utilizan unidades especiales para indicar una medición ponderada en lugar de una medición física básica del nivel de energía. En el caso del sonido, la unidad es el fon (nivel equivalente a 1  kHz ).

El sonido tiene tres componentes básicos: longitud de onda , frecuencia y velocidad . En la medición del sonido, medimos la intensidad del sonido en decibeles (dB). Los decibeles son logarítmicos con 0  dB como referencia. ^[1] También hay un rango de frecuencias que pueden tener los sonidos. La frecuencia es el número de veces que una onda sinusoidal se repite en un segundo. ^[2] Los sistemas auditivos normales suelen poder oír entre 20 y 20.000 Hz. ^[2] Cuando medimos el sonido, el instrumento de medición toma la señal auditiva entrante y la analiza en busca de estas diferentes características. Los filtros ponderados de estos instrumentos filtran ciertas frecuencias y niveles de decibeles según el filtro. Los filtros ponderados son los más similares a la audición humana natural. Esto permite que el medidor de nivel de sonido determine qué nivel de decibeles probablemente tendría el sonido entrante para el sistema auditivo de un humano con audición normal.

En la medición de la sonoridad, por ejemplo, un filtro de ponderación A se utiliza comúnmente para enfatizar frecuencias alrededor de 3-6 kHz donde el oído humano es más sensible, mientras se atenúan frecuencias muy altas y muy bajas a las que el oído es insensible. El objetivo es asegurar que la sonoridad medida se corresponda bien con la sonoridad percibida subjetivamente. La ponderación A solo es realmente válida para sonidos relativamente suaves y para tonos puros, ya que se basa en el contorno de igual sonoridad de 40 fonios de Fletcher-Munson . ^[3] Las curvas B y C fueron pensadas para sonidos más fuertes (aunque se utilizan menos), mientras que la curva D se utiliza para evaluar el ruido fuerte de las aeronaves (IEC 537). Las curvas B filtran más niveles de sonoridad media en comparación con las curvas A. ^[3] Esta curva rara vez se utiliza en la evaluación o el monitoreo de los niveles de ruido. ^[4] Las curvas C se diferencian tanto de las A como de las B en el hecho de que filtran menos de las frecuencias más bajas y más altas. ^[3] El filtro tiene una forma mucho más plana y se utiliza en la medición de sonido en entornos especialmente ruidosos. ^[3] Las curvas ponderadas A siguen una curva de 40 fonios, mientras que las ponderadas C siguen una curva de 100 fonios. ^[4] Las tres curvas difieren no en su medición de los niveles de exposición, sino en las frecuencias medidas. Las curvas ponderadas A permiten el paso de más frecuencias iguales o inferiores a 500 Hz, que es la más representativa del oído humano. ^[4]

Existen diversas razones para medir el sonido. Estas incluyen seguir las regulaciones para proteger la audición de los trabajadores , seguir las ordenanzas sobre ruido , en telecomunicaciones y muchas más. En la base de la medición del sonido está la idea de descomponer una señal entrante en función de sus diferentes propiedades. Cada onda de sonido sinusoidal entrante tiene una frecuencia y una amplitud. Usando esta información, un nivel de sonido puede deducirse de las raíces de la suma de los cuadrados de las amplitudes de toda la información auditiva entrante. ^[4] Ya sea que se use un medidor de nivel de sonido o un dosímetro de ruido , el procesamiento es algo similar. Con un medidor de nivel de sonido calibrado, los sonidos entrantes serán captados por el micrófono y luego medidos por los circuitos electrónicos internos. ^[5] La medición de sonido que emite el dispositivo puede filtrarse a través de una curva de ponderación A, B o C. La curva utilizada tendrá ligeros efectos en el nivel de decibelios resultante.

En el campo de las telecomunicaciones , los filtros de ponderación se utilizan ampliamente en la medición del ruido eléctrico en circuitos telefónicos y en la evaluación del ruido percibido a través de la respuesta acústica de diferentes tipos de instrumentos (auriculares). Han existido otras curvas de ponderación del ruido, por ejemplo, las normas DIN . El término ponderación sofométrica , aunque se refiere en principio a cualquier curva de ponderación destinada a la medición del ruido, se utiliza a menudo para referirse a una curva de ponderación particular, utilizada en telefonía para circuitos de voz de banda vocal de ancho de banda estrecho .

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 ( nivel de presión sonora ) referenciado a 20 micropascales = 0 dB SPL. ^{[6] [nb 1]}

La curva de ponderación A ha sido ampliamente adoptada para la medición del ruido ambiental y es estándar en muchos medidores de nivel de sonido (consulte la ponderación ITU-R 468 para obtener una explicación más detallada).

La ponderación A también se utiliza habitualmente para evaluar el daño auditivo potencial causado por el ruido fuerte, aunque esto parece basarse en la amplia disponibilidad de medidores de nivel de sonido que incorporan la ponderación A en lugar de en alguna buena evidencia experimental que sugiera que tal uso es válido. La distancia del micrófono de medición a una fuente de sonido a menudo se "olvida" cuando se citan mediciones de SPL, lo que hace que los datos sean inútiles. En el caso del ruido ambiental o de aeronaves , no es necesario citar la distancia ya que es el nivel en el punto de medición lo que se necesita, pero cuando se miden refrigeradores y electrodomésticos similares, la distancia debe indicarse; cuando no se indica, generalmente es un metro (1 m). Una complicación adicional aquí es el efecto de una sala reverberante, por lo que la medición del ruido en los electrodomésticos debe indicar "a 1 m en un campo abierto" o "a 1 m en una cámara anecoica ". Las mediciones realizadas al aire libre se aproximarán bien a las condiciones anecoicas. ^{[ cita requerida ]}

Cada vez es más frecuente encontrar mediciones del nivel de ruido con ponderación A en la documentación de venta de electrodomésticos, como frigoríficos, congeladores y ventiladores de ordenador. Aunque el umbral de audición suele rondar los 0 dB SPL, en realidad se trata de un nivel de ruido muy bajo y es más probable que los electrodomésticos tengan niveles de ruido de entre 30 y 40 dB SPL.

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La sensibilidad humana 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 importancia a la región de 6 kHz donde la reducción de ruido estaba teniendo mayor efecto, y 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 ^[update], es mantenida por la UIT. Las mediciones de ruido que utilizan esta ponderación también suelen utilizar una ley de detector de cuasi-pico en lugar de un promedio lento. Esto también ayuda a cuantificar la audibilidad del ruido en ráfagas, tics y estallidos que podrían pasar desapercibidos con una medición de rms lenta.

La ponderación de ruido ITU-R 468 con detección de cuasi-pico se utiliza ampliamente en Europa, ^[7] especialmente en telecomunicaciones y en radiodifusión, particularmente después de que fuera adoptada por la corporación Dolby, que se dio cuenta de su validez superior para sus propósitos. Sus ventajas sobre la ponderación A parecen ser menos apreciadas en los EE. UU. y en la electrónica de consumo, donde predomina el uso de la ponderación A, probablemente porque la ponderación A produce una especificación "mejor" de 9 a 12 dB, consulte specsmanship . ^{[ cita requerida ] [ la neutralidad está en disputa ]} Es comúnmente utilizada por radiodifusores en Gran Bretaña, Europa y antiguos países del Imperio Británico como Australia y Sudáfrica.

Aunque el nivel de ruido de los sistemas de audio de 16 bits (como los reproductores de CD) se cita comúnmente (sobre la base de cálculos que no tienen en cuenta el efecto subjetivo) como -96 dB relativo a FS (escala completa), los mejores resultados ponderados 468 están en la región de -68 dB relativo al nivel de alineación (comúnmente definido como 18 dB por debajo de FS), es decir, -86 dB relativo a FS.

El uso de curvas de ponderación no debe considerarse de ninguna manera como "hacer trampa", siempre que se utilice la curva adecuada. No se está "ocultando" nada relevante, e incluso cuando, por ejemplo, hay zumbido a 50 o 100 Hz a un nivel por encima del nivel de ruido de fondo (ponderado) citado, esto no tiene importancia porque nuestros oídos son muy insensibles a las frecuencias bajas a niveles bajos, por lo que no se oirá. La ponderación A se utiliza a menudo para comparar y calificar los ADC , por ejemplo, porque representa con mayor precisión la forma en que la modelación de ruido oculta el ruido de tramado en el rango ultrasónico .

En la medición de rayos gamma u otras radiaciones ionizantes , un monitor de radiación o dosímetro utilizará comúnmente un filtro para atenuar aquellos niveles de energía o longitudes de onda que causan el menor daño al cuerpo humano, mientras deja pasar aquellos que causan el mayor daño, de modo que cualquier fuente de radiación pueda medirse en términos de su verdadero peligro en lugar de solo su "intensidad". El sievert es una unidad de dosis de radiación ponderada para la radiación ionizante , que reemplaza a la antigua unidad REM ( roentgen equivalente man).

La ponderación también se aplica a la medición de la luz solar cuando se evalúa el riesgo de daño a la piel por quemaduras solares , ya que las diferentes longitudes de onda tienen diferentes efectos biológicos. Algunos ejemplos comunes son el FPS del protector solar y el índice UV .

Otro uso de la ponderación es en televisión, donde los componentes rojo, verde y azul de la señal se ponderan según su brillo percibido. Esto garantiza la compatibilidad con receptores en blanco y negro, y también beneficia el rendimiento en cuanto a ruido y permite la separación en señales de luminancia y crominancia significativas para la transmisión.

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