El audio en las cámaras de CCTV

En varias ocasiones me han preguntado por la capacidad de las cámaras de CCTV, que cuentan con micrófono o entrada de audio, para actuar como sonómetros en lugares en que estos dispositivos de seguridad son necesarios y hay riesgo de superar los niveles permitidos de sonoridad. En este post voy a intentar esclarecer si las cámaras de CCTV con capacidad de registrar audio pueden realizar mediciones de nivel de sonoridad como un sonómetro.

Lo primero sería empezar con un poco de acústica, en la que hablaremos de qué es el sonido, cómo se propaga, cómo se mide y en qué rango de frecuencias como humanos podemos oír.

Lo que oímos no son más que variaciones en la presión del aire que haya producido una perturbación externa, la fuente de sonido (obviamente sin aire no hay sonido). La mínima variación de presión que podemos oír es de 20 micropascales y la máxima, sin dolor, es de 20 pascales. Como se puede observar, es un rango muy amplio, por lo que se utiliza una escala logarítmica en decibelios referenciada a esa mínima presión acústica que podemos captar.

El Nivel de Presión Sonora o NPS, en decibelios se corresponde con:

Donde la Presión de Referencia (Pref) es 20 micropascales.

Como humanos podemos oír entre los 20 Hz y los 20.000 Hz (20KHz) aunque este rango se acorta con la edad, reduciéndose a los 15KHz a partir de los 40 años y a los 10KHz a partir de los 60 años.

Así  mismo, hay un umbral de presión a partir del cual el sonido es molesto y si se supera es incluso molesto. Continuación se muestra una tabla con diferentes escenarios y los Niveles de Presión Sonora (NPS) percibidos por el oido humano:

asemos ahora a determinar cómo reciben los sonidos las cámaras de CCTV

La mayoría de los micrófonos utilizados en las cámaras de CCTV son del tipo electret debido a su tamaño compacto, bajo costo y eficiencia energética

Los micrófonos electret son un tipo común de micrófonos que ofrecen varias características distintivas:

1. Sensibilidad: Tienen una sensibilidad relativamente alta, lo que significa que pueden captar sonidos débiles con claridad.

2. Tamaño compacto: Son pequeños y livianos, lo que los hace ideales para aplicaciones donde el espacio es limitado como en las cámaras de CCTV.

3. Bajo costo: Son económicos de producir, lo que los hace populares en una amplia variedad de dispositivos electrónicos de consumo, entre ellos las cámaras de CCTV.

4. Eficiencia energética: Requieren una cantidad mínima de energía para funcionar, lo que los hace adecuados para dispositivos alimentados por tensiones de 12/24V que son con las que trabaja el POE.

5. Respuesta de frecuencia: Tienen una respuesta de frecuencia relativamente plana en comparación con otros tipos de micrófonos, lo que los hace adecuados para aplicaciones vinculadas al CCTV donde interesa oir conversaciones.

6. Durabilidad: Son robustos y pueden soportar condiciones ambientales adversas.

7. Polarización permanente: Utilizan un material electret para mantener una carga eléctrica constante en la cápsula del micrófono, lo que simplifica su diseño y reduce la necesidad de componentes externos de polarización. Además esto les confiere una gran durabilidad y una pérdida de sensibilidad mínima incluso con el paso de años.

Los micrófonos utilizados en las cámara  son de tipo omnidireccional. La curva polar (a los diagramas que abarcan los 360 grados se le llaman diagramas o curvas polares) de este tipo de micrófonos, que es el diagrama que nos muestra cómo escucha un micrófono en función del ángulo de incidencia de las ondas sonoras, generalmente es omnidireccional.

La sensibilidad del micrófono electret es constante en todas las direcciones, lo que lo hace ideal para capturar el sonido ambiental en entornos y además emula la capacidad de captación del oído humano en la mayor parte del rango audible.

El diagrama que representa cómo capta las señales acústicas nuestro oído en el espacio es el siguiente:

Sin embargo, es necesario tener en cuenta, que el sonido no se percibe igual en todas las frecuencias. Nuestro sistema auditivo es menos sensible a las frecuencias bajas y altas en comparación con las frecuencias medias. Esto significa que dos sonidos con la misma energía acústica pueden parecer tener diferentes niveles de volumen dependiendo de su frecuencia. Aquí es donde entra en juego el filtro de ponderación. El filtro A (UNE EN ISO 61672-1:2005) es un tipo específico de filtro de ponderación diseñado para imitar la respuesta del oído humano a diferentes frecuencias.

¿Cómo actúa el filtro? Sumando (amplificando) o restando (atenuando) decibelios, los que indica el filtro,  al nivel de sonido captado por el micrófono en función de la frecuencia, tal y como haría nuestro oído. En términos generales, la curva de ponderación A atenúa las frecuencias bajas y altas, dando más peso a las frecuencias medias, lo que refleja mejor la forma en que percibimos los humanos el sonido.

Es por ello que este filtro de ponderación A se utiliza comúnmente en la medición de ruido ambiental y en la evaluación de la exposición humana al ruido, especialmente en entornos urbanos y en áreas donde el ruido puede afectar la calidad de vida de las personas. Es necesario tener en cuenta que la exposición prolongada a niveles elevados de ruido puede tener efectos adversos en la salud física y mental, como el estrés, la pérdida auditiva y los trastornos del sueño. Por lo tanto, es crucial realizar mediciones precisas del ruido, utilizando el filtro A, para evaluar con precisión el impacto en la salud humana.

El filtro A también es componente fundamental en los equipos de medición de sonido, como los sonómetros. Estos dispositivos están diseñados para medir niveles de presión sonora en diferentes frecuencias, y el filtro A se aplica para asegurar que las mediciones reflejen con precisión la forma en que percibimos el sonido.

Es importante destacar que el filtro A no es el único filtro de ponderación utilizado en la medición de sonido. También existen otros filtros, como el filtro B y el filtro C. El filtro B es poco empleado, representa cómo oirá el oído humano una señal sin ponderar a niveles medios de su capacidad de audición. Mientras que el filtro C corresponde aproximadamente con la respuesta del oído humano a los niveles sonoros relativamente altos. Se utiliza principalmente para medidas de ruido en espectáculos, donde la transmisión del ruido de los bajos puede ser un problema.

Las cámaras de CCTV no disponen de este tipo de filtros de ponderación, concretamente el filtro de ponderación A, porque no está dentro del ámbito de las funcionalidades necesarias que los fabricantes consideran necesarias para una cámara. Por lo que podemos concluir que, si bien son capaces de captar el sonido en el mismo ámbito espacial que el oído humano (diagrama polar) no son capaces de determinar el nivel de presión sonora que un humano percibiría y por ello no pueden actuar a modo de sonometros, estableciendo alertas en función de un determinado umbral de intensidad sonora.