Mediciones acústicas basadas en software-Federico Miyara

Federico Miyara nació en Rosario en 1958. Es ingeniero electrónico egresado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Rosario, donde se desempeña como docente e investigador desde 1982. En 1993 fundó el Laboratorio de Acústica y Electroacústica del cual es actualmente director. Integra el Grupo Ruido de la Facultad de Arquitectura de la UNR y el Comité de Ruido de la Asociación de Logopedia, Foniatría y Audiología del Litoral. Es también miembro y actual vicepresidente de la Asociación de Acústicos Argentinos. Ha publicado numerosos trabajos de investigación y de divulgación sobre acústica, ruido urbano y mapas de ruido, entre otros temas, así como los libros Acústica y Sistemas de Sonido, Control de Ruido y Ruido, Arte y Sociedad. Es invitado regularmente a disertar o a dar cursos y seminarios sobre temas de su especialidad y ha coorganizado diversos congresos y jornadas. Además de su labor académica es pianista y compositor de música contemporánea con más de 60 obras escritas, muchas de las cuales han sido estrenadas en el país y en el extranjero. Fue miembro fundador del Grupo KLANK - Música Contemporánea de Rosario. Es también autor literario, habiendo publicado la novela El Experimento y el libro de relatos Caleidoscopio.

En este libro se abordan diversos temas vinculados a la metrología acústica con énfasis en el uso de software. Comienza con un repaso crítico de los diferentes tipos de parámetros que el acústico debe relevar habitualmente, como el nivel de presión sonora, el nivel equivalente, los parámetros estadísticos y las diversas medidas espectrales. Luego aborda la incertidumbre en las mediciones acústicas, cuestión frecuentemente soslayada por quienes practican la especialidad. Sigue una extensa discusión sobre el registro digital del sonido, estudiando los dispositivos de grabación y los medios de almacenamiento, los formatos de archivo y de proyecto, así como la edición de audio digital mediante software libre. Luego se estudian los transductores y sus características y limitaciones que podrían ser resueltas mediante software. Sigue el repaso de las técnicas de procesamiento digital de señales discretas y un abordaje de los diversos algoritmos para llevar a cabo todas las mediciones habituales e incluso otras que se hacen posibles mediante el uso consciente de software. La obra concluye con una serie de apéndices donde se amplía y explica la terminología, se tratan en detalle cuestiones conceptuales y se completan cálculos omitidos en el texto principal.

Contenido

Capítulo 1 GENERALIDADES 

1.1 Mediciones acústicas
1.2 Valor instantáneo y valor eficaz
1.3 Nivel de presión sonora
1.4 Nivel equivalente
1.4.1 Tiempo de estabilización de Leq
1.5 Niveles ponderados
1.6 Niveles estadísticos
1.6.1 Tiempo de estabilización de los niveles estadísticos
1.7 Análisis de espectro
1.7.1 Analizador de espectro de porcentaje constante
1.7.2 Analizador de espectro de líneas
1.7.3 Espectro de líneas e incertidumbre tiempo-frecuencia
1.7.4 Espectro de líneas y densidad espectral
1.7.5 Filtros de banda
1.7.6 Respuesta transitoria de los filtros de banda
1.7.7 Igualdad de Parseval
1.7.8 Efecto de la tolerancia del espectro en la igualdad de Parseval

Capítulo 2 INCERTIDUMBRE
2.1 Introducción
2.2 Resolución, precisión, exactitud
2.3 Método y procedimiento de medición
2.3.1 Métodos directos e indirectos de medición
2.4 Modelo de medición
2.5 Incertidumbre
2.5.1 Incertidumbre tipo A
2.5.2 Incertidumbre tipo B
2.5.3 Incertidumbre expandida
2.5.4 Incertidumbre estándar combinada
2.6 Ejemplos
2.6.1 Relación entre las incertidumbres en el nivel y en la presión
2.6.2 Incertidumbre en la corrección de condiciones ambientales
2.6.3 Incertidumbre en el cálculo de nivel equivalente
2.6.4 Incertidumbre en el nivel A a partir del espectro
2.6.5 Incertidumbre en la medición del índice de reducción acústica
2.7 Incertidumbre y resolución
2.8 Incertidumbre y error sistemático
2.8.1 Error sistemático aditivo
2.8.2 Error sistemático multiplicativo
2.8.3 Error sistemático no lineal
2.8.4 Errores sistemáticos no corregidos
2.9 Cálculos de incertidumbre en cadena

Capítulo 3 REGISTRO DIGITAL
3.1 Introducción
3.2 Audio digital
3.3 Muestreo
3.4 Digitalización
3.5 Relación señal a ruido
3.6 Distorsión a bajos niveles
3.7 Dither
3.8 Jitter
3.9 Conversión D/A y A/D
3.9.1 Conversión digital / analógica
3.9.2 Conversión analógica / digital
3.10 Modulación de código de pulsos (PCM)
3.11 Modulación de código de pulsos diferencial (DPCM)
3.12 Modulación delta (DM)
3.13 Modulación sigma-delta (SDM)
3.14 Dispositivos de registro digital
3.15 Formatos de archivos de sonido
3.15.1 Formato WAV
3.15.2 Formato FLAC
3.16 Archivos de proyecto
3.16.1 Formato .AUP
3.16.2 Formato .AU
3.16.3 Formato .AUF
3.16.4 Acceso externo a los datos de audio
3.17 Medios de registro y almacenamiento
3.17.1 Disco duro
3.17.2 Memoria flash
3.17.3 Discos ópticos
3.17.4 Cinta de audio digital (DAT)
3.18 Sistemas de archivos
3.18.1 FAT 32
3.18.2 NTFS
3.18.3 EXT4
3.18.4 HFS+
3.18.5 UDF
3.19 Preservación a largo plazo
3.20 Conclusión

Capítulo 4 EDICIÓN DE AUDIO DIGITAL
4.1 Introducción
4.2 Audacity
4.2.1 Abrir un archivo preexistente
4.2.2 Grabar sonidos
4.2.3 Generar señales
4.2.4 Agregar pistas
4.2.5 Guardar un proyecto
4.2.6 Selección
4.2.7 Marcas y etiquetas
4.2.8 Selección en presencia de etiquetas
4.2.9 Tono de calibración
4.2.10 Filtros FFT
4.2.11 Espectrograma y análisis de espectro
4.2.12 Reducción de ruido

Capítulo 5 TRANSDUCTORES
5.1 Micrófonos
5.2 Polarización
5.3 Preamplificador
5.4 Campos sonoros
5.4.1 Campo libre
5.4.2 Campo de presión
5.4.3 Campo difuso
5.4.4 Campo estacionario
5.5 Micrófonos y campos sonoros
5.6 Respuesta en frecuencia
5.7 Respuesta direccional
5.8 Ruido
5.9 Distorsión
5.10 Micrófonos micromaquinados
5.10.1 Respuesta en frecuencia
5.11 Auriculares audiométricos
5.12 Fuentes omnidireccionales

Capítulo 6 PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES
6.1 Señales discretas
6.2 Impulso discreto
6.3 Señal como convolución con un impulso discreto
6.4 Sistemas discretos
6.5 Sistemas con respuesta al impulso finita e infinita
6.6 Ecuación diferencia de un sistema discreto
6.7 Respuesta en frecuencia de un sistema discreto
6.8 Transformada z de una señal discreta
6.9 Transformada z de una ecuación diferencia
6.10 Transformada z de una convolución
6.11 Transformada z y respuesta en frecuencia
6.12 Soluciones de una ecuación diferencia
6.13 Polos y estabilidad de un sistema discreto
6.14 Inversión de una transformada z racional
6.15 Conversión bilineal de un sistema continuo en discreto

Capítulo 7 ALGORITMOS BÁSICOS PARA MEDICIONES ACÚSTICAS
7.1 Introducción
7.2 Carga de un archivo .wav
7.3 Promedio energético y nivel equivalente
7.4 Calibración
7.5 Envolvente energética
7.6 Ponderación A
7.7 Análisis estadístico

Capítulo 8 ANÁLISIS DE ESPECTRO
8.1 Introducción
8.2 Paradigmas para el análisis de espectro
8.3 Filtros digitales
"8.4 Transformada discreta de Fourier (DFT)
8.5 Transformada rápida de Fourier (FFT)
8.6 Análisis de espectro mediante la FFT
8.6.1 Análisis de espectro de líneas
8.6.2 El problema de las frecuencias próximas a Fs/2
8.6.3 El problema de las frecuencias subarmónicas
8.6.4 Detección precisa de tonos puros
8.6.5 Ventanas
8.6.6 Análisis de espectro de bandas con FFT
8.6.7 Densidad espectral y promediación de espectros
8.7 Filtros FFT
8.8 Algunas aplicaciones de la FFT
8.8.1 Determinación de carácter tonal
8.8.2 Convolución mediante FFT
8.8.3 Correlación mediante FFT
8.8.4 Filtros de bandas críticas
8.8.5 Determinación de funciones de transferencia
8.9 Contraste de algoritmos para uso en mediciones
8.9.1 Norma IEC 61260
8.9.2 Contraste de algoritmos
8.9.3 Procedimiento
8.9.4 Calibración de la placa de sonido
8.9.5 Constatación de la respuesta del analizador
8.9.6 Contraste de diversos algoritmos
8.9.7 Resultados
8.9.8 Conclusión

Capítulo 9 ENSAYO DE GRABADORES DIGITALES
9.1 Introducción
9.2 Especificaciones del grabador digital
9.3 Ensayos
9.3.1 Respuesta en frecuencia
9.3.2 Ruido
9.3.3 Linealidad
9.3.4 Respuesta transitoria
9.3.5 Incertidumbre
9.3.6 Conclusiones

Referencias
Apéndice 1 Glosario y definiciones sobre metrología
Apéndice 2 Conceptos fundamentales de Estadística
Apéndice 3 Dispersión estadística del valor eficaz de un ruido estacionario en función del tiempo de integración
Apéndice 4 Dispersión estadística del valor eficaz de un ruido no estacionario en función del tiempo de integración
Apéndice 5 Dispersión estadística de los percentiles
Apéndice 6 Envolvente de un ruido filtrado
Apéndice 7 Respuesta transitoria de un filtro pasabanda de orden 3
Apéndice 8 Incertidumbre combinada
Apéndice 9 Ejemplo de cálculo de incertidumbre en caso de un error sistemático no lineal
Apéndice 10 Teorema del muestreo
Apéndice 11 Estructura de un archivo FLAC
Apéndice 12 Definición de tipo de documento (DTD) para proyectos de Audacity
Apéndice 13 Breve descripción de Scilab
Apéndice 14 Transformada rápida de Fourier (FFT)
Apéndice 15 Igualdad de Parseval y simetría de la DFT
Apéndice 16 Espectro de las ventanas de análisis
Índice alfabético

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