Medición de calidad sonora: guía de sonoridad ISO 532 y tonalidad ECMA-74 (OpenTest gratuito)

Aprenda a medir Sonoridad (ISO 532-1), Aspereza y Tonalidad (ECMA-74) con OpenTest, software gratuito y de código abierto. Guía paso a paso para ingenieros de NVH automotriz, electrónica de consumo y electrodomésticos. Este artículo está dirigido a ingenieros que trabajan en ensayos de acústica y vibraciones. Presenta cómo realizar mediciones de calidad sonora en OpenTest basadas en la norma de sonoridad ISO 532 y en los métodos de evaluación de tonalidad de ECMA-74. Midiendo y comparando tres métricas psicoacústicas clave - Sonoridad, Agudeza y Prominencia (Tonalidad), los equipos de electrónica de consumo, NVH automotriz, electrodomésticos y equipos informáticos pueden convertir "qué tan bien o mal suena" en datos de ingeniería cuantitativos y completar un flujo de trabajo estandarizado de calidad sonora en una sola plataforma, desde la adquisición de datos, pasando por el análisis, hasta la generación de informes.

Por qué importan las mediciones de calidad sonora

En los ensayos de ruido tradicionales, normalmente confiamos en los valores en dB para describir cuán "ruidoso" es un dispositivo. Pero cada vez más estudios y proyectos reales recuerdan a los ingenieros que la "sonoridad" es solo una parte de la historia. En NVH automotriz, electrodomésticos, equipos informáticos y electrónica de consumo, la aceptación del sonido del producto por parte del usuario depende mucho más de si suena agradable, agudo, cansado o molesto, y no solo del nivel global de presión sonora.

Las encuestas del sector también muestran que la mayoría de los fabricantes ahora consideran "qué tan bien suena" tan importante como "qué tan silencioso es", y empiezan a prestar atención a la calidad sonora ya en las primeras fases de diseño. Al mismo nivel sonoro, una mala calidad sonora puede reducir significativamente la satisfacción global con el producto.

Esta es precisamente la razón por la que la calidad sonora existe como disciplina: mediante un conjunto de métricas psicoacústicas como Sonoridad, Agudeza y Tonalidad/Prominencia, convierte impresiones subjetivas como "agudo", "retumbante", "áspero" o "suave" en datos que son medibles, comparables y trazables, de modo que los equipos de ingeniería puedan ir más allá del simple control del ruido y realmente diseñar y optimizar el sonido del producto en torno a la experiencia de escucha.

Métricas clave en la medición de calidad sonora

En la práctica de ingeniería, la calidad sonora no es un único número, sino un conjunto de magnitudes psicoacústicas. Entre las métricas de uso más común se encuentran Sonoridad, Agudeza, Aspereza, Fuerza de fluctuación, Prominencia/Tonalidad, etc.

Figura 1 - Métricas clave en la medición de calidad sonora

Sonoridad (ISO 532-1)

La sonoridad y el nivel de sonoridad describen cuán fuerte se percibe un sonido por el oído humano, en lugar de solo su nivel de presión sonora en dB. A nivel internacional, la norma ISO 532-1:2017 basada en el método de Zwicker se utiliza ampliamente para el cálculo de la sonoridad. Puede manejar tanto sonidos estacionarios como variables en el tiempo y se correlaciona bien con la percepción subjetiva en muchas aplicaciones de ruido técnico.

Desde el punto de vista de la ingeniería, la sonoridad tiene claras ventajas frente al nivel de presión sonora ponderado A:

• Tiene en cuenta la distinta sensibilidad del oído a la frecuencia (el oído humano es más sensible en la banda medio‑alta)
• Al mismo nivel de dB, la sonoridad suele reflejar con mayor precisión "si se siente fuerte o no"

Agudeza (DIN 45692)

La agudeza refleja si un sonido se percibe como agudo o punzante. Cuando el contenido de alta frecuencia tiene una proporción mayor, la gente tiende a sentir el sonido como más "agudo" o "cortante".

La agudeza se estandarizó en la norma DIN 45692:2009 y normalmente se calcula a partir de la distribución de sonoridad específica de un modelo de sonoridad, aplicando un peso adicional en las bandas de Bark más altas. El resultado se expresa en acum.

En aplicaciones como ventiladores, compresores y silbidos de accionamientos eléctricos, reducir la agudeza a menudo mejora la comodidad subjetiva con más eficacia que simplemente disminuir el nivel global en dB.

Aspereza (asper)

La aspereza se corresponde aproximadamente con la modulación rápida de amplitud en el rango de 15-300 Hz, lo que da una impresión "áspera, vibrante", por ejemplo en ciertos silbidos de inversores o engranajes en los que el sonido parece que está "vibrando".

• Unidad: asper
• Definición clásica: 1 asper corresponde a un tono puro de 1 kHz y 60 dB modulado en amplitud en torno a 70 Hz con una profundidad de modulación del 100 %
• Cuanto más profunda es la modulación y más cercana está la frecuencia de modulación a la región sensible (alrededor de 70 Hz), mayor es la aspereza percibida

En ingeniería, la aspereza se utiliza a menudo para describir hasta qué punto un sonido parece estar "zumbando" o "raspando", y es especialmente relevante para la evaluación subjetiva del ruido técnico en sistemas de accionamiento eléctrico, cajas de cambios y compresores.

Fuerza de fluctuación (vacil)

La fuerza de fluctuación capta las fluctuaciones más lentas de amplitud, es decir, amplitudes que suben y bajan aproximadamente en el rango de 0,5-20 Hz, percibidas como "pulsantes" o "respirantes", con una sensibilidad típica máxima alrededor de 4 Hz.

• Unidad: vacil
• Definición clásica de 1 vacil: un tono puro de 1 kHz y 60 dB con modulación de amplitud a 4 Hz y 100 % de profundidad de modulación
• En el "ruido de respiración" al ralentí en habitáculo, o en ventiladores cuyo nivel sube y baja periódicamente, la fuerza de fluctuación es un descriptor clave

Puede considerarse que la fuerza de fluctuación y la aspereza son dos caras de la misma moneda de "modulación":

• Fuerza de fluctuación: modulación lenta (unos pocos Hz), percibida como "respiración" o "pulsación"
• Aspereza: modulación más rápida (decenas de Hz), percibida como "vibrante, áspera, granulada"

Prominencia / Tonalidad (ECMA-74)

Muchos dispositivos no son especialmente ruidosos en términos globales, pero resultan extremadamente molestos debido a uno o dos componentes tonales de banda estrecha. Estos "tonos que sobresalen" se cuantifican normalmente mediante la tonalidad / prominencia.

En el ruido de equipos de TI y tecnología de la información, la norma ECMA-74 especifica métodos basados en la relación tono‑ruido (TNR) y la relación de prominencia (PR) para evaluar la prominencia tonal y determinar si una línea espectral es un "tono prominente".

Históricamente, estas métricas proceden de la investigación psicoacústica y ahora se utilizan ampliamente en automoción, aeroespacial, electrodomésticos y equipos de TI para predecir y optimizar la molestia. Por ejemplo, los estudios han demostrado que, manteniendo la sonoridad controlada, la agudeza, la tonalidad y la fuerza de fluctuación son predictores importantes de la molestia del ruido de helicópteros.

Por qué la calidad sonora es más útil que simplemente "mirar los dB"

En muchos proyectos, es posible que ya haya visto preguntas como estas:

• Dos diseños de ventilador tienen niveles de potencia sonora similares, pero uno "suena suave" mientras que el otro tiene un silbido claro
• Tras la reducción de ruido, el nivel global de SPL es unos cuantos dB más bajo, pero los comentarios de los usuarios apenas mejoran
• En la línea de producción, el SPL ponderado A se utiliza como único criterio, y algunas unidades que "suenan mal" aún se cuelan

Fundamentalmente, esto se debe a que:

• Nivel de presión sonora / potencia sonora = "cuánta energía hay"
• Métricas de calidad sonora = "cómo lo percibe el oído"

Con métricas como sonoridad, agudeza, aspereza, fuerza de fluctuación y prominencia, puede descomponer quejas vagas como "simplemente suena incómodo" en:

• Qué región de frecuencia tiene demasiada energía (lo que conduce a una agudeza alta)
• Si existe una fuerte modulación de amplitud (que provoca una aspereza o fuerza de fluctuación altas)
• Si algún componente tonal sobresale claramente por encima de su entorno (alta tonalidad / prominencia)

En la iteración de ingeniería, estas métricas pueden vincularse directamente con:

• Optimización estructural (rigidez, modos, forma de las palas, etc.)
• Estrategias de control (por ejemplo, frecuencia PWM, curvas de velocidad del ventilador y transiciones)
• Elección de materiales y tratamientos / aislamiento acústico

Esto proporciona indicaciones mucho más claras y aplicables que "simplemente reducir los dB".

Análisis de calidad sonora en OpenTest

Como plataforma para ensayos de acústica y vibraciones, OpenTest admite un flujo de trabajo completo de calidad sonora desde la adquisición → análisis → informes. Rellene el formulario al final ↓ de esta página para ponerse en contacto con nosotros y obtener una demo de OpenTest.

Dispositivo de ejemplo: ruido del ventilador de un PC de oficina

Para concretar el proceso, utilizamos como ejemplo un dispositivo muy accesible: un PC de oficina típico.

Objetivo del ensayo: evaluar las métricas de calidad sonora de su ruido de ventilador bajo diferentes condiciones de funcionamiento, con el fin de:

• Comparar el comportamiento acústico subjetivo de distintas estrategias de refrigeración y control del ventilador
• Aportar información cuantitativa a las revisiones NVH (p. ej., si la sonoridad supera el objetivo, si la agudeza es demasiado alta)
• Construir una base para una futura optimización de la calidad sonora (por ejemplo, suprimiendo frecuencias de silbido, suavizando transiciones de velocidad)

Los entornos de ensayo pueden ser:

• Una cámara semi-anecoica / laboratorio de bajo ruido (recomendado); o
• Un entorno de oficina silencioso para evaluaciones comparativas en fases tempranas

Sistema de medición: SonoDAQ + módulo de calidad sonora de OpenTest

En el lado de hardware, utilizamos un sistema de adquisición de datos multicanal CRYSOUND SonoDAQ (para más información detallada sobre el modelo, póngase en contacto con nosotros), junto con uno o más micrófonos de medida situados cerca del ventilador del PC o en la posición de escucha, según los requisitos del ensayo.

Figura 2 - Sistema de adquisición de datos multicanal SonoDAQ Pro

Por supuesto, OpenTest también admite la conexión mediante openDAQ, ASIO, WASAPI y otras interfaces de audio de uso generalizado, por lo que puede reutilizar dispositivos DAQ o interfaces de audio existentes para las mediciones cuando sea apropiado.

En el lado de software, el módulo de calidad sonora de OpenTest es uno de los módulos de medida. Combinado con análisis FFT, análisis en bandas de octava y análisis de nivel sonoro, puede cubrir la mayoría de las necesidades estándar de ensayos de audio y vibraciones.

Configuración de los parámetros de medida

Tras crear un nuevo proyecto en OpenTest, proceda del modo siguiente:

1. Configuración de canales y calibración

• En Channel Setup, seleccione los canales de micrófono que se van a utilizar y configure, según sea necesario, la sensibilidad, la frecuencia de muestreo y la ponderación en frecuencia
• Utilice un calibrador acústico (por ejemplo, 1 kHz, 94 dB SPL) para calibrar los micrófonos de medida, asegurando que la sonoridad y las métricas relacionadas tengan una referencia absoluta fiable

2. Cambiar al módulo "Measure > Sound Quality"

• Seleccione las métricas que se van a calcular: sonoridad, agudeza, prominencia
• Configure el ancho de banda de análisis, la resolución en frecuencia y los modos de promediado temporal
• Opcionalmente, configure la duración del ensayo y las etiquetas para las distintas condiciones de funcionamiento

Básicamente, este paso convierte las "definiciones de cálculo" de las normas ISO 532, DIN 45692 y ECMA-74 en una plantilla de escenario de calidad sonora de OpenTest reutilizable.

Adquisición de datos de sonido para diferentes condiciones de funcionamiento

Una vez que el entorno de ensayo está preparado y los parámetros están configurados, haga clic en Start para medir datos de calidad sonora en diferentes condiciones de funcionamiento. Cada registro de ensayo se guarda automáticamente para su análisis posterior.

Dado que la calidad sonora se centra en cómo suena durante el uso real, se recomienda registrar varias condiciones típicas, por ejemplo:

• Reposo / espera (ventilador apagado o a baja velocidad)
• Carga típica de oficina (documentos, navegación con varias pestañas, etc.)
• Alta carga / prueba de esfuerzo (CPU/GPU a plena carga)

Con esta descomposición, los ingenieros pueden gestionar claramente qué resultado de calidad sonora corresponde a cada condición de funcionamiento.

Figura 3 - Superposición de múltiples registros de ensayos de calidad sonora en OpenTest

De múltiples mediciones a un informe único de calidad sonora

Tras medir varias condiciones de funcionamiento (por ejemplo, reposo, oficina típica y prueba de esfuerzo a plena carga), puede hacer lo siguiente en OpenTest.

• En la lista de conjuntos de datos, seleccione los registros que desea comparar y superponer:
  • Comparar las curvas de sonoridad en diferentes condiciones
  • Ver si la agudeza presenta picos durante las aceleraciones o las transiciones de velocidad
  • Identificar las condiciones en las que aparecen tonos de banda estrecha prominentes (alta prominencia)
• En el Data Selector, guarde las formas de onda y los resultados de análisis asociados:
  • Exporte archivos .wav para futuras pruebas de escucha o evaluaciones subjetivas
  • Exporte archivos .csv / Excel para análisis estadísticos o modelización adicionales
• Haga clic en el botón Report de la barra de herramientas:
  • Introduzca la información sobre el proyecto, el DUT y las condiciones de funcionamiento
  • Seleccione las métricas y gráficas de calidad sonora que se incluirán (por ejemplo, sonoridad frente al tiempo, gráficos de barras de agudeza, espectros con prominencia tonal marcada)
  • Genere con un solo clic un informe de calidad sonora para revisión interna o envío al cliente

Figura 4 - Ejemplo de informe de calidad sonora en OpenTest

El informe generado incluye condiciones de medida y modos de funcionamiento,, métricas clave de calidad sonora, como la sonoridad, la agudeza y la prominencia, así como una comparación con métricas acústicas tradicionales (nivel de presión sonora, espectros en 1/3 de octava, potencia sonora, etc.), lo que facilita que los equipos de proyecto puedan debatir utilizando un conjunto de métricas que sean a la vez objetivas y estrechamente relacionadas con el sonido percibido.

Escenarios típicos de aplicación

Puede crear diferentes escenarios de ensayos de calidad sonora en OpenTest para distintos sectores, por ejemplo:

• Electrónica de consumo / equipos de TI (portátiles, routers, ventiladores, etc.)
  • Utilizar sonoridad + agudeza + (cuando proceda) aspereza para evaluar la "comodidad subjetiva" de diferentes estrategias térmicas / de ventilador
  • Comparar la calidad sonora entre diferentes curvas de velocidad o esquemas PWM
• NVH automotriz / sistemas de accionamiento eléctrico e-drive
  • Utilizar adquisición multicanal para registrar de forma síncrona el ruido interior y las señales de velocidad
  • Combinar el análisis de órdenes con métricas de calidad sonora para ver cuán "agudo" es el silbido del accionamiento eléctrico y si existe una modulación pronunciada que cause aspereza
• Electrodomésticos y equipos industriales
  • Cuando la potencia sonora ya cumple las normas, utilice métricas de calidad sonora para filtrar además los "ruidos molestos", en lugar de basarse únicamente en los dB

Si está creando o mejorando sus capacidades de ensayo de calidad sonora, puede utilizar las normas ISO 532 y ECMA-74 como columna vertebral y dejar que OpenTest conecte el entorno, la adquisición, el análisis y los informes en una cadena repetible. De este modo, cada ensayo de calidad sonora es claramente trazable y tiene muchas más posibilidades de evolucionar de un experimento aislado a un activo de ingeniería a largo plazo.

Le invitamos a rellenar el formulario que figura a continuación ↓ para ponerse en contacto con nosotros y reservar una demostración y prueba del módulo de calidad sonora de OpenTest. También puede visitar el sitio web de OpenTest en www.opentest.com para obtener más información sobre sus funciones y casos de aplicación.