Ponderación y Muestreo de sonido

Muestreo

Para escoger una Frecuencia de Muestreo (Fs) o un Periodo de Muestro (T) adecuado, debo tener en cuenta que información necesito obtener. Dado que voy a medir valores de ruido me interesa todo el rango de audición humana, el oído humano capta sonidos entre los 20 Hercios (Hz) y 20 Kilohercios (KHz). La tasa de muestreo de Nyquist, equivale al doble de la frecuencia máxima que contenga la señal. La frecuencia de muestreo debería ser por tanto, como mínimo, de 40 KHz para poder recuperar la señal original. Por esta razón elijo 44.1 KHz como frecuencia de muestreo ya que cumple este requisito y, además, es un estándar utilizado en el CD-Audio y HDMI-TV.

 
Muestrear a esta frecuencia equivale a tomar una muestra de audio cada 20 Microsegundos
(μs). Estas medidas representan los niveles de presión sonora sobre el sensor, pero tal como se muestra en la siguiente figura, el sensor tiene una percepción del sonido prácticamente lineal.

 

Mientras que el oído humano lo percibe de una manera más compleja. En el caso de la audición humana, la intensidad de un sonido se relaciona con la percepción del volumen y la frecuencia con la del tono. El oído no responde igual a todas las frecuencias del espectro sonoro. Un sonido agudo o de alta frecuencia causa una mayor sensación de intensidad en el oído que otro de la misma intensidad pero de bajas frecuencias. Este fenómeno lo estudia la psicoacústica y una representación clara son las curvas isofónicas de Fletcher-Munson establecidas en los laboratorios Bell en 1933.

 

Estas gráficas que muestran la variación de intensidad en diferentes frecuencias para generar un sonido que se percibe con una sonoridad equivalente. Por lo tanto sonidos de diferente intensidad se perciben con una intensidad semejante dependiendo de su frecuencia.

Ponderación

Para obtener unas medidas semejantes a la percepción del oido humano es necesario el uso de escalas de ponderación. Existen varias escalas (A,B,C,D,Z), que se utilizan para distintos fines. La escala de
ponderación A, se utiliza para medir ruidos de fondo. La B, se utiliza para medir niveles de
escucha musical. La C y la D, se utilizan para mediciones de ruidos de alto nivel. En el caso
de la D, específicamente para el ruido de aviones y por último, la Z, representa una respuesta
plana entre los 10 Hz y 20 KHz. 

Las escalas A, B y C proceden directamente de invertir las curvas isofónicas. En el caso
de las curvas B y C, no cuentan con gran exactitud por la capacidad técnica de medición del
periodo en el que se crearon (primera mitad del siglo XX). Además, se trata de curvas sencillas
sin apenas inflexiones pensadas para ser implementadas en circuitos eléctricos de la época. De
todas ellas, la ponderación A resulta ser la más precisa. Esto unido a su uso durante décadas la
mantienen como un estándar siendo, por ejemplo, la utilizada en las legislaciones que regulan
el ruido. A su favor, esta que cubre todo el rango de audición humano entre los 20 Hz y 20
KHz, atenuando en gran medida los bajos (-50 dB en la frecuencia de 20 Hz). Y de manera
más suave los agudos (-10 dB en la frecuencia de los 20 KHz), filtrando las frecuencias menos
perceptibles y cumpliendo adecuadamente su función.