Filtro de ponderación

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

Aplicaciones de audio

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. Para el sonido, la unidad es el phon (nivel equivalente a 1 kHz).

Sonido

El sonido tiene tres componentes básicos, la longitud de onda, la frecuencia y la velocidad. En la medición del sonido, medimos la intensidad del sonido en decibelios (dB). Los decibeles son logarítmicos con 0 dB como referencia. 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. Los sistemas auditivos normales generalmente pueden escuchar entre 20 y 20 000 Hz. Cuando medimos el sonido, el instrumento de medición toma la señal auditiva entrante y la analiza en busca de estas diferentes características. Los filtros de ponderación en estos instrumentos luego filtran ciertas frecuencias y niveles de decibeles dependiendo del filtro. Los filtros ponderados son más similares a la audición humana natural. Esto permite que el medidor de nivel de sonido determine qué nivel de decibelios sería probable que tenga el sonido entrante para el sistema auditivo de una persona con audición normal.

Medidas de volumen

En la medición de la sonoridad, por ejemplo, se suele utilizar un filtro de ponderación A para enfatizar las frecuencias entre 3 y 6 kHz, donde el oído humano es más sensible, mientras se atenúan las frecuencias muy altas y muy bajas a las que el oído es insensible.. El objetivo es garantizar que la sonoridad medida se corresponda bien con la sonoridad percibida subjetivamente. La ponderación A solo es realmente válida para sonidos relativamente bajos y para tonos puros, ya que se basa en el contorno de igual volumen de 40 fonios de Fletcher-Munson. Las curvas B y C estaban pensadas para sonidos más fuertes (aunque se usan menos), mientras que la curva D se usa para evaluar el ruido de los aviones (IEC 537). Las curvas B filtran niveles de sonoridad más medios en comparación con las curvas A. Esta curva rara vez se usa en la evaluación o el control de los niveles de ruido. Las curvas C difieren tanto de A como de B en el hecho de que filtran menos de las frecuencias más bajas y más altas. El filtro tiene una forma mucho más plana y se utiliza en la medición del sonido en entornos especialmente ruidosos y ruidosos. Las curvas ponderadas siguen una curva de 40 fonios, mientras que las ponderadas C siguen una curva de 100 fonios. Las tres curvas difieren no en la medición de los niveles de exposición, sino en las frecuencias medidas. Unas curvas ponderadas permiten pasar más frecuencias iguales o inferiores a 500 Hz, que es la más representativa del oído humano.

Medidas de sonoridad con filtros de ponderación

Hay una variedad de razones para medir el sonido. Esto incluye seguir las normas para proteger la audición de los trabajadores, seguir las ordenanzas sobre ruido, en telecomunicaciones y muchas más. La base de la medición del sonido es 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. Con esta información, se puede deducir un nivel de sonido a partir de las sumas de cuadrados de las amplitudes de toda la información auditiva entrante. 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. La medición de sonido que emite el dispositivo se puede filtrar a través de una curva de ponderación A, B o C. La curva utilizada tendrá efectos leves en el nivel de decibelios resultante.

Telecomunicaciones

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

Medición de ruido ambiental

Los decibelios con ponderación A se abrevian 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.

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 (consulte la ponderación ITU-R 468 para obtener una explicación más detallada).

La ponderación A también se usa comúnmente para evaluar el daño auditivo potencial causado por un ruido fuerte, aunque esto parece estar basado en la disponibilidad generalizada de medidores de nivel de sonido que incorporan la ponderación A en lugar de en cualquier buena evidencia experimental que sugiera que tal el uso es válido. La distancia entre el micrófono de medición y una fuente de sonido a menudo se "olvida" cuando se citan las mediciones de SPL, lo que hace que los datos sean inútiles. En el caso de ruido ambiental o de aeronaves, no es necesario indicar la distancia, ya que es el nivel en el punto de medición lo que se necesita, pero cuando se miden refrigeradores y aparatos similares, se debe indicar la distancia; donde no se indica, suele ser de un metro (1 m). Una complicación adicional aquí es el efecto de una sala reverberante, por lo que la medición del ruido en los aparatos debe indicar "a 1 m en un campo abierto" o "a 1 m en cámara anecoica". Las mediciones realizadas al aire libre se aproximarán bien a las condiciones anecoicas.

Las mediciones de nivel de ruido SPL con ponderación A se encuentran cada vez más en la literatura de ventas de electrodomésticos, como refrigeradores y congeladores, y ventiladores de computadora. Aunque el umbral de audición suele ser de alrededor de 0 dB SPL, de hecho es muy silencioso, y es más probable que los aparatos tengan niveles de ruido de 30 a 40 dB SPL.

Equipos de transmisión y reproducción de audio

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 las grabadoras de cassette compactas y la reducción de ruido Dolby-B. Se descubrió que las mediciones de ruido con ponderación A daban resultados engañosos porque no daban suficiente importancia a la región de 6 kHz donde la reducción de ruido estaba teniendo el mayor efecto y, a veces, un equipo incluso podía medir peor que otro y, sin embargo, sonar mejor, porque de diferente contenido espectral.

Por lo tanto, se desarrolló la ponderación de ruido ITU-R 468 para reflejar con mayor precisión el volumen subjetivo de todos los tipos de ruido, a diferencia de 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 muchos otros organismos de normalización (IEC, BSI/) y, a partir de 2006, la mantiene la ITU. Las mediciones de ruido que utilizan esta ponderación suelen utilizar también una ley de detector cuasi-pico en lugar de un promedio lento. Esto también ayuda a cuantificar la audibilidad de ráfagas de ruido, tics y estallidos que podrían pasar desapercibidos con una medición de rms lenta.

La ponderación de ruido ITU-R 468 con detección cuasi-pico se usa ampliamente en Europa, especialmente en telecomunicaciones, y en radiodifusión particularmente después de que fue 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 'mejor' de 9 a 12 dB. especificación, ver especificaciones. Lo utilizan comúnmente las emisoras de Gran Bretaña, Europa y los 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) suele citarse (sobre la base de cálculos que no tienen en cuenta el efecto subjetivo) como −96 dB en relación con FS (escala completa), el mejor Los resultados ponderados en 468 están en la región de −68 dB en relación con el nivel de alineación (comúnmente definido como 18 dB por debajo de FS), es decir, −86 dB en relación con FS.

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

Otras aplicaciones de la ponderación

En la medición de los rayos gamma u otras radiaciones ionizantes, un monitor de radiación o dosímetro suele utilizar un filtro para atenuar los niveles de energía o las longitudes de onda que causan el menor daño al cuerpo humano, dejando pasar los 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 'fuerza'. El sievert es una unidad de dosis de radiación ponderada para la radiación ionizante, que reemplaza a la unidad más antigua, el REM (roentgen equivalente hombre).

La ponderación también se aplica a la medición de la luz solar al evaluar el riesgo de daños en la piel por quemaduras solares, ya que diferentes longitudes de onda tienen diferentes efectos biológicos. Los ejemplos comunes son el SPF del protector solar y el índice UV.

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