REDES DE PONDERACIÓN ACÚSTICA

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REDES DE PONDERACIÓN ACÚSTICA

Casado García, Mario Enrique

Escuela de Ingenierías. Edificio Tecnológico Campus de Vegazana, s/n

24071 León España

Tel: 644420130

E-Mail: mecg@mecg.es

RESUMEN

En el presente trabajo se tratará de abordar las redes de ponderación, utilizadas en el campo de las mediciones acústicas para la correcta adquisición, procesado e interpretación de la información. Estas redes de ponderación pueden ser tanto temporales como frecuenciales, según el dominio, temporal o frecuencial respectivamente, en el que se esté aplicando la configuración de las medidas. Las ponderaciones temporales tienen como objetivo fijar la velocidad con la que un sonómetro sigue las fluctuaciones del sonido, mientras que las ponderaciones frecuenciales tienen una componente psicoacústica, ya que el sonido que percibe el oído humano no es lineal a todas las frecuencias. Ello es debido a la naturaleza no lineal, en la interpretación del espectro frecuencial, del oído.

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1.- INTRODUCCIÓN

En las mediciones acústicas se utilizan una serie de ponderaciones, temporales y frecuenciales, para una correcta adquisición, medición e interpretación de los datos que son objeto de estudio. La recopilación de información puede ser captada y tratada con aparatos diseñados específicamente para ello, como pueden ser el sonómetro o el dosímetro, mostrándose la información capturada en pantalla. La interpretación de estos datos obtenidos, así como la elaboración de los mismos, debe ser objeto de estudio y prestar mucha atención a temas como: ¿qué tipo de ruido estoy midiendo?, ¿es un ruido que varía mucho en el tiempo?,

¿qué nivel de presión sonora tiene aproximadamente?, ¿es un ruido débil o muy fuerte? Todas estas preguntas tienen que ser contestadas por un técnico especialista en la materia para las correctas mediciones de los niveles sonoros a analizar. En base a estas contestaciones, y siempre en vista de hacer unas buenas mediciones acústicas, se utilizarán unas ponderaciones temporales y frecuenciales que se adecúen en cada momento con el sonido que se esté midiendo.

Se ha dividido el trabajo realizado en dos grandes apartados que se expondrán a continuación, aunque seguramente el lector ya los tenga claros. Estos serán, por una parte las ponderaciones frecuenciales, y por otra parte las ponderaciones temporales.

Las ponderaciones frecuenciales responden a temas de sonoridad acústica y tienen una componente psicoacústica grande. Esto es debido a que el oído humano no tiene una respuesta plana para distintas frecuencia en base a una misma presión acústica, es decir, una respuesta frecuencial no lineal ante los sonidos; además de que no todos los oídos son iguales, variando rangos audibles, sensibilidad, etc.. Se realizará un estudio exhaustivo de las diferentes ponderaciones frecuenciales que se pueden encontrar en el mercado, así como las investigaciones que dieron origen a las mismas.

Las ponderaciones temporales tienen su origen en los antiguos sonómetros, en lo que se definía la velocidad a la que la aguja de medición se movía. Si se pretendía medir ruidos que variaban mucho en el tiempo se tenía que utilizar una ponderación temporal lenta para seguir los continuos cambios de la señal y así poder leer la aguja de medición más fácil. Por el contrario, si se utilizase una ponderación temporal rápida para estas variaciones rápidas del ruido, no se podría observar con detenimiento lo que allí está aconteciendo. Estas ponderaciones temporales se siguen utilizando en sonómetros digitales, aunque no como una forma de ver los resultados, sino como una forma de tomar las medidas para diferentes tipos de ruido.

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2.- PONDERACIONES FRECUENCIALES

Primeramente, y a modo de comprensión de lo que aquí acontece, se hará una pequeña introducción sobre la medición de la presión acústica. El nivel de presión acústica (SPL, por sus siglas en inglés) es la forma de medir variaciones de presión acústica en un punto, producidas estas por movimientos ondulatorios de compresión y rarefacción que se propagan por el aire en presencia de una presión atmosférica en reposo. El oído humano tiene la capacidad de percibir estas variaciones de presión en magnitudes de 20µPa a 20Pa.

La forma de representar en magnitudes de Pascales este rango de variaciones no es muy cómoda, ni muy representativa, debido al gran margen existente. Es por ello que se opta por una forma más explícita de representar los resultados obtenidos, esta es en magnitudes de decibelios. Los decibelios son una escala logarítmica con la que se trabaja muy cómodamente, en la que se encontrará con un rango mucho más definido y vistoso a simple vista para la comparación de resultados obtenidos. La forma de pasar magnitudes en Pascales a decibelios es la siguiente:

[ ]

20 log

10 ref

SPL P dB

= P

^(1.1)

Con lo que se obtendría para 20µPa, umbral de audición, 0dB, y para 20Pa, umbral de dolor, 120dB.

Una vez conocida la forma de medir los niveles de presión acústica, se centrara el estudio en la percepción del sonido y más concretamente en la sonoridad de los mismos. Y es que, un sonido, considerándolo en todo el rango frecuencial, con una presión acústica determinada no se escucha por igual en todo el rango de frecuencias.

Por ejemplo un sonido con una sonoridad de 80dB SPL en 500Hz es más sonoro que un sonido de 80dB SPL en 100Hz. Esto es debido a que para escuchar un sonido de 100Hz, a igual relación con uno de 500Hz, se necesitaría más nivel de presión acústica para percibirlos con igual sonoridad. Es decir, para que un tono a 60Hz tuviera la misma sensación de sonoridad que un tono a 1KHz con una presión acústica de 40dB SPL, se necesitaría alrededor de 60dB SPL.

Se comprenderá esto debido a la percepción auditiva no lineal, en el espectro frecuencial, del oído humano según el nivel de presión acústica. Surgieron por ello las llamadas curvas de igual sonoridad, o curvas isofónicas, que se describirá a continuación.

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2.1.- Historia De Las Curvas Isofónicas

Las curvas isofónicas o curvas de igual sonoridad surgen de la necesidad de representar niveles de presión sonora de igual sonoridad para las diferentes frecuencias del espectro audible del oído humano. Recuérdese este espectro en el rango frecuencial de 20Hz a 20KHz.

Con estas curvas de igual sonoridad se calcula la relación existente entre el nivel de presión sonora (SPL) y la frecuencia de dos muestras de sonido diferentes para que estos sean percibidos como un igual, en cuanto a nivel de sonoridad se refiere, por el oído humano. Con lo que todos los puntos sobre la curva, en las distintas frecuencias, tienen la misma sensación de sonoridad.

Surge por ello, y asociado a las diferentes curvas, una nueva magnitud, el fonio o fon. Esta es una medida logarítmica, por el decibelio, y adimensional, utilizada entonces para indicar la sensación de sonoridad con la que se percibe un sonido.

El lector se estará preguntado, ¿pero cuáles son esas curvas? Bien, pues no es una contestación fácil. Han surgido muchas curvas de igual sonoridad a lo largo de la historia;

muchos han sido los autores que han tratado, mediante sus trabajos de investigación, dar respuesta a esta pregunta. Algunos, de los más conocidos y aceptados, de estos trabajos se exponen a continuación, prestándose especial atención a las curvas Fletcher-Munson y las más precisas curvas Robinson-Dadson que han sido un referente.

Con todos estos trabajos realizados surgieron multitud de curvas de igual sonoridad, por lo que se hacía necesario un estándar que regulara. Surgiendo, entonces, a raíz de todos estos trabajos la estandarización internacional ISO 226 “Equal-Loudness-Level Contour Signal” que también se tratará en este trabajo.

2.2- Curvas De Fletcher-Munson

Los científicos Harvey Fletcher y Wilden A. Munson en 1933 fueron los primeros en trazar unas curvas de igual sonoridad mediante la investigación, por experimentación, sobre el comportamiento del oído humano a determinados sonidos. Se pueden observar en la Ilustración 1. Estos experimentos fueron expuestos a la comunidad científica en el artículo

“Loudness, its definition, measurement and calculation”, publicado en la revista de la Sociedad Acústica Americana (ASA, por sus siglas en inglés) en 1933.

En las investigaciones que realizaron se utilizó un gran número de sujetos, a los que se les hacia escuchar dos tono frecuencialmente puros a la vez mediante unos auriculares. Cada uno de ellos tenía que juzgar cuando oían los dos tonos con un nivel de sonoridad igual o

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equivalente. Presentándose en cada una de las pruebas realizadas un tono de referencia que se comparaba con todos los demás tonos objetos del estudio; este era el tono de referencia a 1KHz.

Ilustración 1: Curvas de Fletcher-Munson (1933).

En el estudio se iban haciendo mediciones en intervalos de 10dB SPL sobre el tono de referencia, y con ello iban tomando medidas que posteriormente tratadas y ponderadas, ya que en estos experimentos había una componente subjetiva muy grande, se convertirían en las curvas de Fletcher-Munson de igual sonoridad. Estas curvas definirían la igual sonoridad en el espectro frecuencial y por consiguiente el fonio, que ya se introdujo anteriormente.

Entonces, como bien abra notado el lector, los dB SPL del tono a 1KHz de referencia se corresponderán con los fonios. Es decir, la curva de 40 fonios se corresponde con un nivel de presión acústica de 40dB SPL para 1KHz, véase en la Ilustración 1.

Las conclusiones a las que llegaron los dos científicos se resumen a continuación:

• El oído humano tiene su máxima sensibilidad entre los 3 y 4KHz.

• Tonos por debajo de ese rango tienen que tener más sonoridad que el tono de referencia para igualdad sonora.

• El oído humano es poco sensible en frecuencias bajas y en frecuencias muy altas, teniendo que aumentar mucho el SPL por ejemplo de un tono a 50Hz del que se quiera percibir una sonoridad de 50 fonios, hasta casi los 80dB SPL.

• Nivel de subjetividad de los sujetos muy alta.

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2.3.- Curvas De Robinson-Dadson

Años más tarde, en 1956, de la presentación de los resultados por parte de Fletcher y Munson, surgiría por parte de los científicos D. W. Robinson y R. S. Dadson unas nuevas curvas de igual sonoridad, recalculadas de las anteriores, más precisas; véase la Ilustración 2. Estas quedaron definidas en el artículo de la investigación titulado “A re-determination of the equal- loudness relations for pure tones”, publicado en Br. J. Appl. Phys. 7, 166-181 (1956). Este artículo fue la base de la norma estandarizada internacionalmente ISO 226 “Equal-Loudness- Level Contour Signal”, introducida anteriormente.

Ilustración 2: Curvas de Robinson-Dadson (1956).

Los experimentos realizados en estas investigaciones difieren con respecto a las anteriores en que a los sujetos los metían en cámaras anecoicas, y el sonido lo generaban con altavoces en vez de con auriculares. Esta última característica fue muy criticada, y por ello se explicó la diferencia con respecto a las curvas Fletcher-Munson, ya que la exposición frontal del sonido por parte de un altavoz central puede ser de esperar que se reduzca la sensibilidad a altas frecuencias, que son parcialmente enmascaradas por la cabeza. Y la exposición al sonido por parte de dos altavoces, en un sistema estéreo, hizo patente la diferencia de cada sujeto para localizar los sonidos.

En el artículo también se hacía referencia a la gran diferencia que se puede apreciar a simple vista entre los dos modelos, la deferencia de curvas en las bajas frecuencias, debido a:

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• Calibración de los equipos.

• Diferencias de raza entre los sujetos del experimento.

• Criterios para juzgar la igualdad sonora diferentes.

• Subjetividades de los sujetos de las pruebas.

Tanto las curvas Fletcher-Munson, como las curvas Robinson-Dadson solo son válidas para un campo sonoro directo, debido a que estos métodos no introducen las variaciones existentes en la recepción de los sonidos provenientes de diferentes direcciones, campo sonoro difuso.

2.4.- Estándar Internacional ISO 226 “Equal-Loudness-Level Contour Signal”

La norma estándar internacional ISO 226 surge como una forma de aglutinar resultados muy diversos en cuanto a las curvas de igual sonoridad. La primera versión de la norma, la ISO R226:1961, estaba basada, entre otros trabajos, en las curvas de Robinson-Dadson de 1956.

Este documento inicial fue revisado en el año 1988, dando lugar a la ISO 226:1987. Esta revisión no introdujo ningún cambio significante en la norma.

Más recientemente se volvió a revisar la norma, ya que muchos trabajos de investigación realizados eran muy superiores a los datos obtenidos por Robinson y Dadson. Estos mejores resultados se centraban, sobre todo, en el área por debajo de 1KHz. La nueva revisión y por el momento actual norma estándar internacional es la ISO 226:2003. En la Ilustración 3 se pueden observar las diferencias existentes entre el origen de la norma estándar ISO R226:1961 y la última revisión hecha hasta la fecha ISO 226:2003.

Entre otros trabajos, se citan algunas de las investigaciones que dieron origen a la última revisión de la norma estándar internacional ISO 226, Tabla 1.

Tabla 1: Trabajos de investigación que dieron origen a la revisión de la norma ISO 226:2003.

Año Autor/es Año Autor/es

1983 Kirk 1990 Watanabe y Moller

1984 Moller y Andresen 1997 Lydolf y Moller

1989 Betke Mellert 1997 Takeshima y otros

1989 Suzuki y otros 1999 Bellmann y otros

1990 Fastl y otros 2001 Takeshima y otros

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Ilustración 3: Curvas del estándar ISO R226:1961 y su revisión definitiva ISO 226:2003.

2.5.- Otros Trabajos De Investigación Relacionados Con Las Curvas Isofónicas

Muchos han sido los autores que han intentado dar respuesta a las curvas de nivel de igual sonoridad, en base a unas u otras cosas, pero siempre tratando de aproximarse lo más posible al comportamiento del oído humano. A continuación se expondrán, a modo de reseña, algunos de estos trabajos de investigación agrupándolos por los métodos de producción del sonido.

Estos diferentes métodos de producción del sonido se basan en la dificultad de producir sonidos de muy baja frecuencia en campo libre. Por lo que se dividirá el estudio en la producción de sonido en campo libre y la producción de sonido en cámaras de presión. En cada uno de ellos se dará a modo de curiosidad, ya que un estudio exhaustivo de los mismos es muy extenso y no es el objetivo del presente trabajo, el rango frecuencial de las pruebas que se hicieron y la cantidad de personas que se utilizaron para la realización de las mismas.

2.5.1.- Campo libre

Los trabajos de investigación relacionados con la producción de sonido en campo libre se pueden observar en la Tabla 2. Obsérvese que el rango de estudio frecuencial no baja de valores muy pequeños, ya que como se dijo anteriormente con este método es muy difícil conseguir sonidos audibles de frecuencias muy bajas.

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Tabla 2: Estudios realizados con sonido en campo libre o aproximadamente libre, utilizando un transductor electrodinámico, comúnmente un altavoz, como fuente sonora:

Año Autor/es Descripción del trabajo desarrollado

1933 Sivian y White 100 Hz – 15 KHz. 14 sujetos monoaural y 5 biaural.

1937 Churcher y King 54 Hz – 6,4 KHz. 10 sujetos.

1965 Teranishi 63 Hz – 10 KHz. 51 sujetos.

1989 Betke and Mellert 40 Hz – 15 KHz. 44 sujetos en función de la frecuencia.

2000 Poulsen and Han 125 Hz – 16 KHz. 31 sujetos.

2.5.2.- Cámaras de presión

Complementando la generación de campo libre, las cámaras de presión se utilizan para la percepción de sonidos frecuencialmente bajos. Por ello, en los siguientes trabajos de investigación, Tablas 3 y 4, se observarán rangos de frecuencias muy bajos, en el límite de la audición humana. A modo de curiosidad, se adjunta, en la Ilustración 4, un ejemplo de cámara de campo de presión.

Ilustración 4: Cámara de campo de presión.

Tabla 3: Estudios en los que se producía el sonido mediante una cámara de presión conectada a la oreja, bien directamente o bien por medio de tubos.

1934 Brecher 6,7 – 15,1 Hz. 1 sujeto monoaural.

1936 Bekesy 4,5 – 61 Hz. 1 sujeto monoaural.

1958 Corso 5 – 200 Hz. 15 sujetos.

1961 Finck 25 – 50 Hz. 5 sujetos biaural.

1974 Yeowart and Evans 5 – 100 Hz. 5 sujetos biaural.

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Tabla 4: Estudios realizados con grandes cámaras de campo de presión que cubrían todo el cuerpo del sujeto.

1974 Yeowart and Evans 2 – 20 Hz. 12 sujetos.

1980 Yamada y otros 8 – 63 Hz. 24 sujetos.

1983 Landstrom y otros 4 – 25 Hz. 10 sujetos.

1990 Watanabe y Moller 4 – 125 Hz. 12 sujetos 1997 Lydolf and Moller 20 – 100 Hz. 14 sujetos.

2.6.- Ponderaciones Frecuenciales Utilizadas En Mediciones Acústicas

Con todo lo visto hasta ahora, no parece descabellado pensar en que los analizadores/medidores acústicos se intenten aproximar a la respuesta del oído humano. Una medición acústica, por ejemplo del ruido en una vivienda, en la que no se tome en consideración estos parámetros psicoacústicos de la sonoridad, no reflejaran fielmente las mediciones que perturban ese espacio ruidoso, en comparación, claro está, de la percepción humana. Es decir, mientras que los dB SPL describen el fenómeno físico, los decibelios ponderados describen los niveles de sonoridad existentes.

Es por ello que en las mediciones acústicas se utilicen ponderaciones frecuenciales para asemejar los datos reales de campo a lo que realmente está oyendo el oído humano. Surgen así unos filtros de ponderación frecuencial que se aplican a los niveles de presión captados por los medidores acústicos, como por ejemplo un sonómetro, ecualizando el espectro lineal para que se acerque a la respuesta en frecuencia del oído humano, y así poder cuantificar la sonoridad con estos instrumentos de medición acústica.

Dependiendo a las variaciones de niveles de presión acústica (SPL) que se quieran medir, se utilizaran unas u otras curvas isofónicas para ponderar el sonido a medir, ya que la respuesta en frecuencia debe cambiar. Es por ello que surgen diferentes ponderaciones dependiendo del nivel de presión acústica que se intente medir. Obsérvese la Tabla 5, en la que se aprecia un resumen de las diferentes ponderaciones en base a niveles de presión acústica:

Tabla 5: Ponderaciones frecuenciales A, B, C, D y Z

Ponderación SPL Descripción

A Bajo Utiliza la curva de igual sonoridad de Fletcher-Munson de 40 fonios.

B Medio Utiliza la curva de igual sonoridad de Fletcher-Munson de 70 fonios.

C Alto Utiliza la curva de igual sonoridad de Fletcher-Munson de 100 fonios.

D Aplicaciones

especiales

Utilizada para la medición de ruido aeronáutico. Penaliza mucho las frecuencias altas.

Z - Ponderación lineal. No se aplica ninguna corrección frecuencial a la señal.

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En la Ilustración 5 se pueden observar las diferentes curvas de ponderación introducidas en la Tabla 5. Como se dice en esta última, las curvas, a excepción de la ponderación D, se toman de las curvas de igual sonoridad descritas por Fletcher-Munson. Para llegar a estas curvas de ponderación lo que se hace es, tomando como referencia la ponderación A:

1. Normalizar la curva de 40 fonios a 0dB.

2. Invertir esta curva normalizada a 0 dB.

3. Por último, interpolarla.

Ilustración 5: Curvas de ponderación frecuencial A, B, C y D.

Obsérvese que estas curvas de ponderación al ser tomadas de las curvas de igual sonoridad Fletcher-Munson, tienen el referente frecuencial en 1KHz, es decir, la medición para esta frecuencia de referencia tiene una ganancia de 0dB ponderada con respecto a la medición original lineal. Una vez tomada la medición acústica y procesada con ponderación frecuencial, los decibelios lineales capturados pasan a ser decibeles ponderados. La forma de representar estas mediciones es la siguiente:

• 1000Hz: 100dB SPL 100dB(A), 100dB(B), 100dB(C) o 100dB(D)

• 125Hz: 100dB SPL 83,9dB(A), 95,8dB(B), 99,8dB(C) o 94,5 dB(D)

• 2000Hz: 100dB SPL 101,2dB(A), 99,9dB(B), 99,8dB(C) o 107,9dB(D)

• 63Hz: 100dB SPL 73,8dB(A), 90,7dB(B), 99,2dB(C) o 89,1dB(D)

• 8000Hz: 100dB SPL 98,9dB(A), 97,1dB(B), 97dB(C) o 105,5dB(D)

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Estas ponderaciones son solo realmente válidas para sonidos estacionarios y tonos puros.

Ahora se procederá a exponer con un poco más de detalle cada una de estas ponderaciones frecuenciales utilizadas en las mediciones acústicas.

2.6.1.- Ponderación frecuencial A

La ponderación frecuencial A es la más utilizada de las ponderaciones en mediciones acústicas. El simple hecho de omitir en una medición la ponderación frecuencial a utilizar, se da por hecho que es la ponderación A. Esta ponderación, y el resto también, se aplican de forma directa a las mediciones para obtener los decibelios ponderados dB(A), dB(B), dB(C) o dB(D) en octavas o tercios de octava. Nunca o casi nunca se suelo llegar a discretizar en frecuencias simples.

Está definida en la norma estándar internacional IEC 61672:2003 de la Comisión Internacional Electrotécnica, y en numerosas normativas relativas a la medición del nivel de presión sonora a niveles nacionales. En España queda definida en UNE 20464:1990.

La curva de ponderación A fueron destinadas originalmente para sonidos de bajo nivel de presión acústica, aunque hoy por hoy se generaliza para multitud de mediciones. Surge esta, como ya se ha visto, de la curva de igual sonoridad de Fletcher-Munson de 40 fonios.

Ilustración 6: Curva de sonoridad de 40 fonios ISO 226:2003 y curva de ponderación A.

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Entre otras mediciones se utiliza para:

• Medición de ruido ambiental.

• Medición de ruido industrial.

• Ruidos de fondo, que por definición tienen niveles de presión acústica bajos.

• Mediciones para evaluar el daño potencial ante sonidos perjudiciales para la salud.

Esta curva de ponderación, como se ha podido ver en la Ilustración 5, penaliza mucho las frecuencias bajas, en torno a los -40dB de ganancia para frecuencias de 30Hz o -30dB de ganancia para frecuencias de 50Hz; y en menor medida las frecuencias altas. Esto tiene su explicación en que el oído humano es bastante sordo para frecuencias bajas y necesita un SPL mayor en comparación con las frecuencias altas.

El valor de ponderación en decibelios como función de la frecuencia, es decir, lo que se tiene que restar a los dB SPL en cada frecuencia, viene determinado por:

( )( ) ( ) ( )

4 16 4

2 2

2 2 2 2 2 2 2 2

1,562339· 2,242881 10 ·

10log 10log

107,65265 737,86223 20,598997 12194,22

A

f x f

W f f f f

 

 

= +

 

+ +

  + +

   

(1.1)

donde f es la frecuencia en Hz y WA es la ponderación a aplicar en esa frecuencia.

Se proponen unos ejemplos a continuación. Para una frecuencia de 376Hz y 90dB SPL, la ponderación es de -5,24dB, dando un nivel de potencia acústica ponderada de 84,76dB(A).

Para una frecuencia de 1750Hz y un nivel de potencia acústica de 85dB SPL, la ponderación es de +1,09, dando resultado a un nivel ponderado de 86,09dB(A).

Por tanto ahora, en la Tabla 6, se procederá a ver como se modifica el espectro lineal, aplicando el filtro de ponderación frecuencial A, al utilizar esta ponderación:

Tabla 6: Filtrado en tercios de octava de la ponderación A en el rango de 10 a 4000Hz.

Frecuencia Filtro (dB) Frecuencia Filtro (dB) Frecuencia Filtro (dB)

10 -70,4 80 -22,5 630 -1,9

12,5 -63,4 100 -19,1 800 -0,8

16 -56,7 125 -16,1 1000 0

20 -50,5 160 -13,4 1250 +0,6

25 -44,7 200 -10,9 1600 +1

31,5 -39,4 250 -8,6 2000 +1,2

40 -34,6 315 -6,6 2500 +1,3

50 -30,2 400 -4,8 3150 +1,2

63 -26,2 500 -3,2 4000 +1

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2.6.2.- Ponderación frecuencial B

La ponderación B es similar a la ponderación A pero se usa para niveles intermedios de presión sonora. Utiliza la curva de 70 fonios de las curvas de igual sonoridad Fletcher-Munson.

Los niveles ponderados con esta escala reciben el sobrenombre de dB(B), es decir, decibelios ponderados frecuencialmente con la escala de ponderación B.

Entre otras mediciones, la ponderación B se suele usar para mediciones de niveles de escucha musical, aunque se está dejando en desuso por la generalización de la ponderación A.

Esta ponderación, y como veremos más adelante la ponderación D, no está incluida en el cuerpo de la norma estándar internacional IEC 61672:2003, pero su definición se encuentra registrada en la antigua norma IEC 60651:1979, ya en desuso por la anterior citada norma.

( ) ( )

2 16 4

2 2

2 2 2 2 2 2

1, 025119· 2, 242881 10 ·

10 log 10 log

158, 48932 20, 598997 12194, 22

B

f x f

W f f f

 

   

=  + +  + + 

(1.2)

donde f es la frecuencia en Hz y WB es la ponderación a aplicar en esa frecuencia.

Tabla 7: Filtrado en tercios de octava de la ponderación B en el rango de 10 a 4000Hz.

10 -38,2 80 -7,4 630 -0,1

12,5 -33,2 100 -5,6 800 0

16 -28,5 125 -4,2 1000 0

20 -24,2 160 -3 1250 0

25 -20,4 200 -2 1600 0

31,5 -17,1 250 -1,3 2000 -0,1

40 -14,2 315 -0,8 2500 -0,2

50 -11,6 400 -0,5 3150 -0,4

63 -9,3 500 -0,3 4000 -0,7

2.6.3.- Ponderación frecuencial C

La ponderación C utiliza la curva de 100 fonios de las curvas de igual sonoridad de Fletcher- Munsen. Fue diseñada para la evaluación se sonidos de alto nivel de presión acústica. Como no podía ser de otra forma los niveles medidos con esta ponderación se expresan en dB(C).

( ) ( )

16 4

2 2

2 2 2 2

2, 242881 10 · 10 log

20, 598997 12194, 22

C

x f

W

f f

 

 

=  + + 

(1.3)

donde f es la frecuencia en Hz y WC es la ponderación a aplicar en esa frecuencia.

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Tabla 8: Filtrado en tercios de octava de la ponderación C en el rango de 10 a 4000Hz.

10 -14,3 80 -0,5 630 0

12,5 -11,2 100 -0,3 800 0

16 -8,5 125 -0,2 1000 0

20 -6,2 160 -0,1 1250 0

25 -4,4 200 0 1600 -0,1

31,5 -3 250 0 2000 -0,2

40 -2 315 0 2500 -0,3

50 -1,3 400 0 3150 -0,5

63 -0,8 500 0 4000 -0,8

Esta ponderación, junto con la A, es obligatorio su montaje en los sonómetros de clase 1, según la norma estándar de medición IEC 537. Se utiliza en:

• Aislamientos acústicos para dar una importancia mayor a las frecuencias bajas del espectro.

Se adjunta en la Ilustración 7 una gráfica comparativa de las 3 ponderaciones vistas hasta ahora. El eje de abscisas está en Hercios y el eje de ordenadas está en decibelios. Obsérvese la gran atenuación que sufren las bajas frecuencias, así como la frecuencia de referencia de 1KHz que no sufre ninguna variación.

Ilustración 7: Gráfica representativa de los filtros de ponderación A, B y C, en el rango de 10 a 4000Hz. Eje de ordenadas en dB y eje de abscisas en Hz.

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000

Ponderación A Ponderación B Ponderación C

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2.6.4.- Ponderación frecuencial D

La ponderación frecuencial D responde a una ponderación especial para uso de muy altos niveles de presión acústica, como los ruidos aeronáuticos. Esta ponderación destaca por una enfatización en el rango frecuencial de 1 a 10250Hz.

Al igual que ocurre con la ponderación B, la ponderación D no está incluida en el cuerpo de la norma estándar internacional IEC 61672:2003, pero su definición se encuentra registrada en la antigua norma IEC 60651:1979.

Tabla 9: Filtrado en tercios de octava de la ponderación D en el rango de 10 a 4000Hz.

10 - 80 -9 630 -0,5

12,5 - 100 -7,2 800 -0,6

16 - 125 -5,5 1000 0

20 - 160 -4 1250 +2

25 - 200 -2,6 1600 +4,9

31,5 - 250 -1,6 2000 +7,9

40 - 315 -0,8 2500 +10,6

50 -12,8 400 -0,4 3150 +11,6

63 -10,9 500 -0,3 4000 +11,1

Ilustración 8: Gráfica del filtro de ponderación D en el rango de 10 a 4000Hz. Eje de ordenadas en dB y eje de abscisas en Hz.

-13

-8

-3

2

7

12

10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000

Ponderación D

(17)

2.6.5.- Ponderación frecuencial Z

La ponderación Z surgió para normalizar la ponderación lineal o plana de los sonómetros, ya que cada fabricante ponía sus propios cortes de nivel en altas y bajas frecuencias. Se introdujo en la norma estándar internacional IEC 61672:2003.

2.7.- Ponderación De Ruido ITU-R 468

Esta ponderación fue diseñada para maximizar su respuesta a los tipos de ruido impulsivo que a menudo se encuentran en los cables de audio en su paso por las instalaciones de conmutación telefónica. Además resultó que se aproximaban, correspondían, muy bien con la percepción de sonoridad del ruido, ya que investigaciones recientes han demostrado que las frecuencias en el intervalo de 1 a 9KHz son más molestas que lo que la ponderación frecuencial A indica.

Tabla 10: Filtrado en octavas de la ponderación ITU-R 468 en el rango de 31,5 a 14000Hz.

31,5 -29,9 1000 0 7100 +12

63 -23,9 2000 +5,6 8000 +11,4

100 -19,8 3150 +9 9000 +10,1

200 -13,8 4000 +10,5 10000 +8,1

400 -7,8 5000 +11,7 12500 0

800 -1,9 6300 +12,2 14000 -5,3

Ilustración 9: Comparativa entre la ponderación A, la ponderación ITU-R 468 y la curva normalizada e invertida de la ISO 226:2003 para 40 fonios.

(18)

2.8.- Ponderación De Ruido ITU-R (CCIR) ARM

O también llamada ITU-R (CCIR) 2KHz, deriva de la anterior ponderación ITU-R 468. Los laboratorios Dolby propusieron utilizar un medidor de respuesta promedia con la curva de la norma ITU-R 468 para abaratar costes. Asimismo, propusieron pasar el punto de referencia de 0dB de 1KHz a 2KHz.

Ilustración 10: Comparativa entre la ponderación Ay la ponderación ITU (CCIR) ARM

3.- PONDERACIONES TEMPORALES

Las ponderaciones temporales o velocidad con que son tomadas las muestras, utilizadas en las mediciones acústicas, se aplicar sobre el valor eficaz (RMS, por sus siglas en inglés) que sale del receptor para obtener un valor significativo. Estas ponderaciones temporales se pueden dividir en dos grandes grupos. Por un lado se encuentra la promediación lineal, y por otro lado las promediaciones exponenciales. También aquí se englobarán las mediciones que se aplican sobre el valor instantáneo de la señal, sin promediar, para detectar valores de pico. Ahora se verán unas pequeñas pinceladas de estas promediaciones y de las medidas temporales de pico.

(19)

3.1.- Promediación Lineal

Este tipo de promediación promedia por igual toda la señal acústica RMS que llega al receptor, por ejemplo un sonómetro, desde el tiempo inicial t0 hasta el instante en que se para la medición t. Este tipo de mediciones se determinan mediante el parámetro Leq, nivel de presión acústico equivalente. Este queda determinado por la ecuación 1.5.

1

2

( , )

^t

( )

RMS t T

S t T S t dt

T

⁻

= ∫

^(1.4)

donde T es el intervalo de tiempo t-t0

3.2.- Promediaciones Exponenciales

En este tipo de promediación se da mayor importancia a las últimas señales registradas en el medidor con respecto a las señales antiguamente registradas. Originalmente fueron creadas para hacer posible la lectura de las medidas de la señal en la pantalla del receptor. Estos receptores eran los antiguos sonómetros de aguja, sonómetros analógicos en los que tomar medidas instantáneas era imposible. Quedan determinadas por la ecuación 1.6, siendo estas promediaciones diferentes por la constante de tiempo a aplicar.

( )

1 2

( , ) ( )

t t

SRMS t S e d

ξ

τ ξ

τ

ξ

τ

− −

=

∫

−∞ ^(1.5)

donde

ξ

es la duración del promediado y

τ

es la constante del tiempo.

En este promediador exponencial se utiliza una red de circuitos RC (resistencia-condensador), o sus equivalentes, que responde exponencialmente cuando a la entrada se la aplica una señal, debido a que solo alcanzan un valor máximo en un tiempo infinito. Estas redes de circuitos son utilizadas con diferentes constantes de tiempo, y en función de esta, se verán ahora, en la Tabla 11, las diferentes ponderaciones temporales promediadas exponencialmente recogidas en la norma estándar internacional IEC 651:1979.

Tabla 11: Ponderaciones temporales con promediación exponencial en función de la constante de tiempo.

Ponderación Ascenso (ms) Descenso (ms)

Slow (S) 1000

Fast (F) 125

Impulsive (I) 35 1500

(20)

A medida que estas constantes fueron introducidas en las normativas y legislaciones reguladoras, los receptores digitales continuaron con este tipo de ponderaciones en el tiempo para calcular, medir, los diferentes parámetros de medida que piden estas normativas y legislaciones. Hoy por hoy estas medidas son calculadas o simuladas antes de ser mostradas en la pantalla, guardándolas o siendo utilizadas en caculos de otros parámetros acústicos que necesitan de esta ponderación temporal.

3.3.- Detector De Pico

Este tipo de parámetro sigue la señal mucho más rápido que las anteriores ponderaciones exponenciales, incluso que la impulsive, véase la Tabla 12, para evaluar el valor de pico de la señal.

Tabla 12: Ponderación temporal con detector de pico.

Ponderación Ascenso (ms) Descenso (ms)

Peak (P) 0,03-0,1

Se aplica sobre los valores instantáneos de la señal, no RMS, y permite evaluar riesgos de daño en el oído humano ante un impulso de muy corto tiempo pero muy intenso. Estas medidas se suelen acompañar de la ponderación frecuencial C, dB(C) para evaluar niveles de presión sonora dañinos en el puesto de trabajo.

4.- CONCLUSIONES

A continuación se enumeran las diferentes conclusiones extraídas del presente trabajo sobre redes de ponderación frecuencial y temporal:

Las ponderaciones frecuenciales se utilizan para una correcta interpretación y medición de los niveles de sonoridad de un determinado sonido en comparación con la naturaleza no lineal del oído humano para las distintas frecuencias del espectro audible.

(21)

Como resultado de esta no linealidad del oído humano se definen las curvas isofónicas para una definición de contornos de igual sonoridad, surgiendo una magnitud logarítmica y adimensional, el fonio, como magnitud para interpretar niveles de sonoridad por igual en las diferentes frecuencias del espectro.

Muchos han sido los científicos que han intentado definir estas curvas de igual sonoridad. Las más importantes son las de Flestcher-Munson, Robinson-Dadson y las del estándar internacional ISO 226.

Surgiendo de estas curvas isofónicas se encuentran las ponderaciones frecuenciales que se utilizan en los aparatos de medición acústica. Estas no dejan de ser filtros que se aplican a la señal para bajar o subir el nivel de la medición, a determinadas frecuencias, en función de las curvas de igual sonoridad.

Las ponderaciones temporales surgieron en un primer momento para poder seguir las fluctuaciones de las medidas acústicas en los antiguos sonómetros de aguja. Hoy por hoy se siguen utilizando en los aparatos de medición acústica digitales, ya que muchas normativas y legislaciones se basan en estas ponderaciones temporales y hay que dar los resultados en estos parámetros. Además se recurre a estas para poder hacer determinadas medidas o cálculos de parámetros que requieran estas ponderaciones en el tiempo.

5.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Universidad nacional de La Plata [Consulta: 5 noviembre 2011] Asignatura de la facultad de bellas artes - mezcla y masterización II

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