Ponderación temporal

Por José M. Requena Plens · Publicado el 6 jul 2026, actualizado el 26 jul 2026

Normas aplicables: IEC 61672 ANSI S1.4Referencias: Bies et al. 2017

Un nivel sonoro mostrado en pantalla es siempre un nivel con ponderación temporal: antes de llegar a la lectura, la presión cuadrática ponderada en frecuencia pasa por un detector exponencial cuya constante de tiempo fija la rapidez con la que el nivel sigue a la señal. Esta página es ese detector, implementado como un filtro recursivo exacto por muestra: las características Fast y Slow de IEC 61672-1:2013 (cláusula 5.7), la balística asimétrica heredada Impulse, estado en streaming para el procesado por bloques y la verificación con ráfagas de tono contra la Tabla 4 de la norma.

Los nombres son más antiguos que las matemáticas. FAST y SLOW eran descripciones literales del movimiento de una aguja, normalizadas para los sonómetros analógicos en ANSI S1.4-1983 e IEC 60651 y trasladadas a IEC 61672-1 como las constantes exponenciales F y S; IMPULSE se añadió en esa misma época para el ruido de impactos y desde entonces ha desaparecido de los requisitos, sobreviviendo en los instrumentos solo por procedimientos heredados (la guía de elección de más abajo dice cuándo es defendible cada una; Bies, Hansen y Howard 2017, §3.6 cubre la práctica instrumental).

Dos páginas hermanas completan la cadena. La salida del detector es la traza de nivel sobre la que se definen los niveles percentiles $L_{N}$ de Niveles, mientras que las métricas integradas ( $L_{e q}$ , SEL) se saltan el detector por completo; y la cadena completa de instrumento IEC 61672-1 que envuelve este detector (ponderación, rangos, verificaciones periódicas) es el asunto de Construye un sonómetro.

1. El detector exponencial

La aguja de un sonómetro no puede seguir la forma de onda de presión: muestra un valor cuadrático medio móvil con memoria exponencial. Formalmente (IEC 61672-1, 3.8):

τ \frac{d y}{d t} + y = x^{2} (t) ⟺ y (t) = \frac{1}{τ} \int_{- \infty}^{t} x^{2} (ξ) e^{- (t - ξ) / τ} d ξ

un paso-bajo de primer orden sobre la señal al cuadrado. La constante de tiempo τ fija el compromiso: Fast (125 ms) sigue fluctuaciones del tipo del habla y Slow (1 s) estabiliza la lectura para ruido cuasi estacionario. Tras un escalón, la envolvente alcanza el 63 % de su valor final en un τ y ~99,97 % tras 8τ; por eso los análisis de nivel descartan los primeros instantes de una grabación.

La cadena del detector exponencial: la presión de banda se eleva al cuadrado, se suaviza con un paso bajo RC de un polo con constante de tiempo tau y se convierte a decibelios, con las constantes de tiempo Fast, Slow e Impulse indicadas

2. Las tres ponderaciones temporales

Fast (fast): τ = 125 ms. Estándar para fluctuaciones de ruido.
Slow (slow): τ = 1000 ms. Estándar para ruido estacionario.
Impulse (impulse): ponderación temporal asimétrica. 35 ms de subida para capturar ataques rápidos y 1500 ms de caída para facilitar la lectura.

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Respuestas de las ponderaciones temporales Fast, Slow e Impulse a una ráfaga de ruido

Mostrar el código de esta figura

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from phonometry import metrology

fs = 48000
t = np.arange(int(fs * 4)) / fs
burst = np.zeros_like(t)  # ráfaga de ruido de 0.5 s (Pa) que empieza en t = 1 s
rng = np.random.default_rng(42)
burst[fs:int(1.5 * fs)] = 0.2 * rng.standard_normal(int(0.5 * fs))

p0 = 2e-5
plt.figure()
for mode in ('fast', 'slow', 'impulse'):
    envelope = metrology.time_weighting(burst, fs, mode=mode)
    plt.plot(t, 10 * np.log10(np.maximum(envelope, 1e-12) / p0**2), label=mode)
plt.xlabel('Tiempo [s]')
plt.ylabel('Nivel [dB SPL]')
plt.legend()
plt.show()

import numpy as np
from phonometry import metrology

# recording: una captura de micrófono calibrada (Pa) — grabada con tu cadena de medición. Sintetizada aquí para que la guía funcione por sí sola.
fs = 48000
recording = 0.2 * np.sin(2 * np.pi * 1000 * np.arange(fs) / fs)

# Calcular la envolvente de energía (valor cuadrático medio)
energy_envelope = metrology.time_weighting(recording, fs, mode='fast')
# dB SPL respecto a 20 μPa
spl_t = 10 * np.log10(energy_envelope / (2e-5)**2)

print(f"Nivel Fast en régimen permanente: {spl_t[-1]:.1f} dB SPL")
# Nivel Fast en régimen permanente: 77.0 dB SPL

La ponderación temporal Impulse asimétrica usa dos constantes, ataque rápido y caída lenta, conmutando por muestra según el signo del cambio:

y [n] = y [n - 1] + α (x^{2} [n] - y [n - 1]), α = {1 - e^{- 1/ (f_{s} \cdot 0, 035)} 1 - e^{- 1/ (f_{s} \cdot 1, 5)} x^{2} [n] > y [n - 1] en otro caso

Elegir F, S o I

Fast es el valor por defecto de casi todos los métodos modernos: niveles percentiles, detección de eventos impulsivos, ruido comunitario, la gráfica general de “nivel frente a tiempo”. Su constante de 125 ms es del mismo orden que el tiempo de integración de sonoridad del propio oído, así que una traza LAF sigue a grandes rasgos lo que un oyente percibe.
Slow conviene a fuentes cuasi estacionarias y a cualquier procedimiento que necesite una lectura estable: promedia el parpadeo de una fuente fluctuante al precio de perder los eventos cortos (una ráfaga de 100 ms alcanza un pico unos 7,5 dB más bajo en S que en F). Algunos métodos heredados la prescriben directamente, el más famoso, los niveles de certificación de aeronaves, construidos sobre muestras con ponderación Slow.
Impulse es herencia histórica, y está desaconsejada para calificar. Fue un intento de los años 60 de que la aguja del medidor siguiera la sonoridad percibida de los impactos; no lo consigue (el ataque de 35 ms sigue perdiendo los impulsos muy cortos y la retención de 1,5 s exagera la duración). Entró en las normas internacionales con IEC 60651 y quedó fuera de los requisitos de su sucesora IEC 61672-1, cuya primera edición (2002) explica el porqué: los niveles ponderados I no son adecuados para calificar sonidos impulsivos. Sobrevive en los medidores solo por continuidad con requisitos nacionales antiguos. La práctica moderna califica la impulsividad con $L_{A e q}$ más un ajuste (Tabla A.1 de ISO 1996-1, o el análisis de ataques de Prominencia de sonidos impulsivos) y evalúa el riesgo de daño auditivo con $L_{C p e ak}$ , nunca con niveles ponderados I.

3. Parámetros de `time_weighting()` / `TimeWeighting`

Parámetro	Tipo	Unidades	Rango / por defecto	Notas
`x`	array 1D o 2D	presión (cualquier escala)	no vacío	Se eleva al cuadrado internamente; la salida es una envolvente cuadrática media
`fs`	int	Hz	> 0
`mode`	str	—	`'fast'` (por defecto), `'slow'`, `'impulse'`	τ = 125 ms / 1 s / ataque de 35 ms + caída de 1,5 s
`TimeWeighting(fs, mode)` (clase)	—	—	—	Variante con estado para streaming: `process(x)` conserva el estado del integrador entre bloques

La salida tiene las unidades de $x^{2}$ : toma 10*log10(y / p0**2) para SPL o usa las funciones de nivel, que lo hacen por ti.

4. Respuesta temporal verificada (IEC 61672-1, Tabla 4)

La respuesta de la envolvente Fast a ráfagas de tono de 4 kHz cae exactamente sobre los valores de referencia de la norma: el ejemplo de abajo verifica la fila de la ráfaga Fast de 200 ms; la batería de CI cubre la Tabla 4 completa, de 1 s a 1 ms en F y de 1 s a 2 ms en S, con límites de aceptación de clase 1:

Respuestas de la envolvente Fast a ráfagas de 200, 50 y 10 ms alcanzando exactamente los valores de la Tabla 4 de IEC 61672-1

Mostrar el código de esta figura

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from phonometry import metrology

fs = 48000
t = np.arange(int(fs * 2)) / fs
tone = np.sin(2 * np.pi * 4000 * t)

# Referencia Fast en régimen permanente del tono continuo
reference = metrology.time_weighting(tone, fs, mode='fast')[int(1.5 * fs):].mean()

# Ráfaga de 200 ms del mismo tono (objetivo de la Tabla 4 de IEC 61672-1: -1.0 dB)
burst = np.zeros_like(t)
burst[int(0.5 * fs):int(0.7 * fs)] = tone[int(0.5 * fs):int(0.7 * fs)]
envelope = metrology.time_weighting(burst, fs, mode='fast')
env_db = 10 * np.log10(np.maximum(envelope / reference, 1e-6))

plt.figure()
plt.plot(t, env_db, label='Envolvente Fast')
plt.axhline(-1.0, linestyle='--', label='Objetivo IEC −1.0 dB')
plt.xlabel('Tiempo [s]')
plt.ylabel('Nivel respecto al régimen permanente [dB]')
plt.legend()
plt.show()

5. Estado inicial

Por defecto, el integrador exponencial parte del reposo (y[-1] = 0). Pasar initial_state=None deja ese comportamiento por defecto, mientras que initial_state='zero' lo solicita explícitamente. Si el segmento grabado comienza con una señal estacionaria ya presente, puedes partir de la energía de la primera muestra:

import numpy as np
from phonometry import metrology

# recording: una captura de micrófono calibrada (Pa) — grabada con tu cadena de medición. Sintetizada aquí para que la guía funcione por sí sola.
fs = 48000
recording = 0.2 * np.sin(2 * np.pi * 1000 * np.arange(fs) / fs)

energy_envelope = metrology.time_weighting(recording, fs, mode='fast', initial_state='first')

6. Procesado por bloques

Para procesar por bloques, pasa el último valor de salida del bloque anterior como initial_state del siguiente en lugar de reiniciar en cada bloque:

from phonometry import metrology

state = None

# audio_blocks: fotogramas consecutivos de tu grabación calibrada (Pa),
#   transmitidos desde tu tarjeta de sonido o leídos de un WAV por bloques.
for block in audio_blocks:
    energy_envelope = metrology.time_weighting(block, fs, mode='fast', initial_state=state)
    state = energy_envelope[-1]

Para bloques multicanal con el tiempo en el último eje, lleva un estado por canal: usa state = energy_envelope[..., -1]. Un initial_state escalar se aplica a todos los canales, mientras que un array debe coincidir (o difundirse) con la forma sin el eje temporal, p. ej. (n_channels,) para una entrada de forma (n_channels, n_samples).

O deja que la clase TimeWeighting lleve el estado por ti:

from phonometry import metrology

tw = metrology.TimeWeighting(fs, mode='fast')
# audio_blocks: fotogramas consecutivos de tu grabación calibrada (Pa),
#   transmitidos desde tu tarjeta de sonido o leídos de un WAV por bloques.
for block in audio_blocks:
    energy_envelope = tw.process(block)

Las salidas concatenadas por bloques son exactamente iguales a una única llamada continua (verificado para los tres modos, mono y multicanal). Llama a tw.reset() para volver al reposo.

7. Nota de rendimiento

El modo impulse usa un kernel asimétrico que se compila JIT cuando numba está instalado (pip install phonometry[perf]). Sin numba, un fallback en Python puro produce resultados idénticos, solo que más lento.

Consulta Niveles integrados y estadísticos para las métricas Leq/LN construidas sobre estas envolventes, y Por qué phonometry para la verificación con ráfagas de tono de IEC 61672-1.

Qué cubre esta guía

Cubierto. El detector exponencial de ponderación temporal de la IEC 61672-1:2013 (cláusula 3.8) con las constantes de tiempo Fast y Slow (cláusula 5.7), implementado como el filtro recursivo de time_weighting y la clase TimeWeighting para streaming, verificado en CI contra las referencias de ráfaga de tono de clase 1 de la tabla 4. La balística asimétrica heredada Impulse (35 ms de ataque, 1,5 s de caída), trasladada a las normas internacionales desde las características FAST/SLOW/IMPULSE de ANSI S1.4-1983.

No cubierto. La cadena de instrumento más amplia de la IEC 61672-1 (ponderación en frecuencia, rangos de nivel, verificaciones periódicas) no está en esta página; es el asunto de Construye un sonómetro. La ANSI S1.4-1983 se cita solo por el origen histórico de las constantes F y S, no se implementa como especificación de instrumento propia. La valoración moderna de impulsividad ( $L_{A e q}$ más un ajuste, o el análisis de inicio) está en la página de Prominencia de sonidos impulsivos, no construida sobre la ponderación Impulse de aquí.

Véase también

Niveles: los niveles percentiles definidos sobre la salida del detector, y las métricas integradas que lo evitan.
Construye un sonómetro: la cadena completa de instrumento IEC 61672-1 alrededor de este detector.
Ponderación frecuencial: los filtros A/C/Z aplicados antes del detector.
Procesado por bloques: el detector en streaming sobre tramas sin discontinuidades de estado.
Prominencia de sonidos impulsivos: la valoración moderna de impulsos por análisis de inicio que sustituyó a la ponderación I.
Referencia de la API: metrology.parametric_filters.

Referencias

American National Standards Institute. (1983). Specification for sound level meters (ANSI S1.4-1983). La especificación clásica del sonómetro analógico: las características dinámicas FAST/SLOW de las que descienden las constantes F y S, y la característica IMPULSE (subida de 35 ms, caída lenta) que IEC 61672-1 ya no especifica.
Bies, D. A., Hansen, C. H. y Howard, C. Q. (2017). Engineering noise control (5th ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781351228152Las secciones 3.2 y 3.6 (sonómetros y medición de sonido variable en el tiempo: qué significan las lecturas F/S/I en la práctica instrumental). ISBN 978-1-4987-2405-0.
International Electrotechnical Commission. (2013). Electroacoustics — Sound level meters — Part 1: Specifications (IEC 61672-1:2013). El detector exponencial de ponderación temporal (cláusula 3.8) con las constantes de tiempo F y S (cláusula 5.7), y las respuestas de referencia a ráfagas de tono de 4 kHz de la Tabla 4 (límites de aceptación de clase 1) contra las que se verifica la balística en CI.

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