Análisis de señal
Todo en phonometry empieza aquí. Esta sección cubre la cadena que convierte una señal digital en bruto en números acústicos conformes con las normas: dividirla en bandas de fracción de octava (ANSI S1.11 / IEC 61260-1), moldearla con las ponderaciones frecuenciales de IEC 61672-1, suavizarla con las balísticas temporales Fast/Slow/Impulse e integrarla en Leq y niveles estadísticos. Es, en la práctica, un sonómetro descompuesto en funciones componibles, y todas las demás secciones de la documentación se apoyan en él: un modelo de sonoridad consume niveles de banda calibrados, un parámetro de sala parte de una respuesta al impulso filtrada, una valoración ambiental es un Leq ajustado.
Alrededor de la cadena de niveles están las herramientas generales de análisis de señal: las estimaciones espectrales calibradas (PSD y densidad espectral cruzada de Welch con intervalos de confianza), la correlación y la estimación de retardo y la envolvente de Hilbert, todas expresadas con el análisis de error de Bendat y Piersol. Y dos preocupaciones transversales completan el núcleo. La calibración decide qué significan físicamente las muestras digitales: los resultados pueden referirse a un tono de calibrador medido (dB SPL), o quedarse en escala digital completa (dBFS). La incertidumbre de medida (la GUM y su suplemento de Monte Carlo) cualifica cualquier resultado calculado a partir de entradas inciertas, que es lo que hace defendible un número en un informe.
Tres convenios recorren todas las páginas de abajo, y todos los snippets del
sitio los dan por supuestos. Una señal es un array de NumPy de presión
acústica con el tiempo en el último eje, así que un canal es (n,) y
varios canales en paralelo son (canales, muestras). La frecuencia de
muestreo viaja siempre como argumento fs explícito: no se lee nada de la
cabecera de un archivo, porque la biblioteca nunca abre el archivo. Y se
espera que el array contenga pascales, que es la razón de que una función
de nivel aplicada a muestras en bruto de tarjeta de sonido devuelva un número
con una referencia arbitraria, y de que toda función de nivel acepte también
un calibration_factor en pascales por unidad digital o la salida de
emergencia dbfs=True. Las métricas simples vuelven como floats y arrays; las
más ricas vuelven como objetos de resultado inmutables que exponen .plot().
Calibración y dBFS resuelve el
tercer convenio por completo, y Multicanal y
rendimiento el primero.
Dos maneras de entrar. Para ver la cadena entera funcionando de una vez, ejecuta Construye un sonómetro: calibra contra un tono de calibrador, aplica las ponderaciones frecuencial y temporal, integra en Leq, SEL y niveles percentiles, divide la señal en bandas de octava y comprueba la clase de cada etapa, en una sola página ejecutable. Para aprender las piezas en orden de dependencia, empieza por Bancos de filtros, que presenta la descomposición en bandas que el resto de páginas da por supuesta, después Niveles integrados y estadísticos para las métricas en las que terminan la mayoría de las mediciones, y Calibración y dBFS para anclarlas a pascales.
- Construye un sonómetro: la cadena entera montada en una sola página ejecutable (la calibración, las ponderaciones frecuencial y temporal, los niveles integrados y estadísticos, la descomposición en bandas y el veredicto de clase de cada etapa) como introducción resuelta a las cuatro subsecciones de abajo.
La descomposición en bandas de fracción de octava y las dos maneras de escalarla: bloques en streaming y arrays multicanal.
- Bancos de filtros: la matemática de las bandas de fracción de octava, los parámetros del banco, el ecualizador paramétrico, la descomposición en bandas y el filtrado de fase cero fuera de línea.
- Galería de arquitecturas de filtro: las cinco arquitecturas de filtro comparadas, la galería completa de respuestas y el uso de cada arquitectura, con el crossover Linkwitz-Riley.
- Verificación de clase de filtros (IEC 61260-1): la máscara de aceptación de la Tabla 1 banda a banda, la clase 0 de la edición retirada de 1995 y la ficha de conformidad.
- Procesado por bloques: análisis en streaming con estado, que arrastra el estado de los filtros entre búferes, para señales que no caben en memoria.
- Multicanal y rendimiento: análisis vectorizado de muchos canales a la vez, con notas de rendimiento.
De la señal ponderada al nivel declarado: las ponderaciones frecuenciales, las balísticas temporales y los niveles integrados, estadísticos y de valoración.
- Ponderación frecuencial (A, C, Z): las curvas de respuesta del oído de IEC 61672-1, el modo de precisión en alta frecuencia y la verificación de clase de la Tabla 3.
- Ponderaciones especiales (G, B, D, AU): la ponderación G para infrasonido de ISO 7196, las curvas históricas B y D y la AU según IEC 61012.
- Ponderación temporal: las balísticas exponenciales Fast, Slow e Impulse según IEC 61672-1.
- Niveles integrados y estadísticos: Leq y LAeq, niveles percentiles L10/L50/L90, LCpeak y SEL, dosis de ruido (IEC 61252), y espectrogramas de octava.
- Niveles ambientales (ISO 1996-1/-2): Lden, Ldn y los niveles de evaluación compuestos, el ajuste tonal, la corrección de ruido residual y el balance de incertidumbre.
- Normativa española de ruido (RD 1367/2007): el nivel corregido LKeq, las correcciones Kt/Kf/Ki, los periodos temporales de evaluación y las fases de ruido, y las tablas de valores límite.
Análisis de grano fino en frecuencia y en tiempo, con cada estimación calibrada y acompañada de su calidad estadística.
- Análisis espectral calibrado: los estimadores de Welch de Bendat y Piersol con su calidad estadística: PSD y densidad espectral cruzada con intervalos de confianza chi-cuadrado, el espectro de salida coherente con la SNR espectral, suavizado en 1/n de octava y generadores de ruido de colores con pendiente exacta.
- Coherencia múltiple y parcial: las funciones de coherencia de entradas múltiples para varias fuentes correlacionadas y una salida, con el condicionamiento que distingue una causa real de una fuente que solo se correlaciona con ella, y los espectros de salida coherente parciales que indican qué fuente domina cada banda.
- Análisis tiempo-frecuencia: el espectrograma STFT calibrado en unidades absolutas (dB SPL para pascales) y la FFT con zoom que resuelve tonos más próximos que un bin práctico de FFT.
- Cepstrum, ecos y espectro de la envolvente: el cepstrum de potencia, real y complejo con análisis de quefrencia, detección de ecos con el coeficiente de reflexión leído en el pico cepstral, liftering paso bajo/paso alto de un espectro logarítmico, y el espectro de la envolvente que convierte las modulaciones de amplitud en líneas discretas.
- Promediado síncrono en el tiempo: extracción de una forma de onda periódica de periodo conocido por promediado en el dominio del tiempo, el filtro peine que lo describe en el dominio de la frecuencia, la ley de reducción de ruido en raíz cuadrada, y la elección del número de promedios que sitúa un nodo del peine sobre un orden interferente (McFadden 1987).
- Frecuencias de fallo de máquinas (en la sección de vibraciones): las familias cinemáticas de frecuencias de fallo de la maquinaria rotativa (Norton y Karczub, sección 8.4) dibujadas sobre un espectro de envolvente medido: frecuencias BPFO, BPFI, BSF y de jaula de los rodamientos, bandas laterales de engrane, deslizamiento, paso de polos y armónicos de ranura de los motores de inducción, y tonos de paso de pala.
- Correlación, retardo y envolvente: estimaciones de correlación con los errores aleatorios de Bendat y Piersol, estimación del retardo por correlación directa, pendiente de fase del espectro cruzado y las ponderaciones GCC de Knapp y Carter, retardo submuestral y alineación de respuestas al impulso, y la envolvente de Hilbert.
- Señales de prueba y herramientas de muestreo: ráfagas tonales IEC 60268-1 con conmutación exacta, remuestreo con especificación antialias declarada y retardo fraccionario de banda limitada.
- Medición de sistemas: pares complementarios de Golay, barridos con un espectro de magnitud objetivo arbitrario conformando el retardo de grupo, y la inversión con regularización de Kirkeby de una respuesta medida.
Qué significan los números y cuánto fiarse de ellos.
- Calibración y dBFS: calibración SPL física a partir de un tono de calibrador (IEC 60942), la comprobación de estabilidad que aplica a esa grabación, y el modo digital dBFS.
- Conformidad y verificación: qué afirma una clase de prestaciones, los verificadores que califican cada etapa frente a sus tablas de tolerancias, cómo leer el informe de conformidad, y el alcance de IEC 61672-2/-3 e IEC 61260-2/-3.
- Incertidumbre de medida (GUM y Monte Carlo): la ley de propagación de la incertidumbre y el método de Monte Carlo de ISO/IEC Guide 98-3, con incertidumbre expandida e intervalos de cobertura.
- Cualificación de datos: los tests de estacionariedad por inversiones de orden y por rachas sobre estadísticas de segmento, y las estadísticas de Rice de cruces por nivel y de picos con el factor de irregularidad.
Qué no cubre esta sección
Sección titulada «Qué no cubre esta sección»Faltan cuatro cosas que un lector espera razonablemente encontrar aquí, y cada guía lo dice en su propio bloque «No cubierto».
Aquí no se verifica ningún instrumento.
verify_filter_classyverify_weighting_classcomprueban una respuesta digital diseñada frente a las tablas de tolerancias de IEC 61260-1 y de IEC 61672-1; los ensayos de tipo de IEC 61672-2 que un sonómetro físico necesita para su aprobación de tipo, los ensayos periódicos de IEC 61672-3 que recibe en servicio, y los ensayos de conformidad del propio calibrador de IEC 60942, no se ejecutan, así que un veredicto de clase de aquí describe el algoritmo y no un aparato construido; Conformidad y verificación traza esa frontera parte por parte.Aquí no se abre ningún archivo. Nada en la biblioteca decodifica WAV, FLAC ni ningún otro contenedor: toda función toma un array que ya has leído, que es la razón de que
fssea siempre un argumento.Aquí no hay procesado de arrays. La correlación y el retardo modelan un único camino común entre exactamente dos sensores e informan solo del mayor pico; no hay ninguna resolución de TDOA multisensor, ni beamformer, ni localización de fuentes.
Aquí no hay rasgos perceptuales. El cepstrum de aquí es el de frecuencia lineal, sin escala mel ni variante MFCC, y la sonoridad como sensación pertenece a Psicoacústica, no a las métricas energéticas de esta sección.
Antes y después de estas páginas
Sección titulada «Antes y después de estas páginas»Las derivaciones que hay detrás de estas páginas están en la teoría del análisis de señal: la rejilla de bandas, las curvas de ponderación, la integración temporal, la aproximación de intensidad y el marco de incertidumbre. Si todavía no has ejecutado nada, Primeros pasos instala la biblioteca y calibra un primer análisis.
Si has llegado aquí desde una búsqueda y quieres la forma de la biblioteca entera, ¿Qué necesitas medir? la indexa por el trabajo y Todas las guías lista todas las páginas con una línea sobre cada una.