El decibel en la práctica

Posiblemente en el mundo del audio no exista una palabra tan mencionada y aplicada (sobretodo empíricamente) como el decibel (dB).

dBm, dBu, dBA, dBV, etc, todos son decibeles pero no significan lo mismo. En los dominios de la electroacústica y en la acústica de recintos siempre estaremos abocados a utilizar de alguna manera el decibel en las etapas de diseño y eso evidentemente le concierne en forma directa a los ingenieros electrónicos, de telecomunicaciones y a los físicos acústicos.

Si pensamos en el trabajo cotidiano de la captación sonora musical en estudio o simplemente en un documental cinematográfico, frecuentemente se presentan situaciones en las cuales tenemos que interconectar diversos elementos, bien sea micrófonos, grabadoras, procesadores, etc.

Los niveles de entrada y salida de audio son diferentes dependiendo de sí estamos utilizando equipos profesionales o para el "gran público" y su valor puede ser especificado en decibeles. El ruido ambiente urbano e industrial se mide igualmente en decibeles pero no son los mismos que mencioné anteriormente.

Para entenderlo con claridad hay que saber ante todo que el decibel es una representación matemática para reducir números muy grandes a valores mas pequeños de 2 o 3 cifras. En el audio y en la naturaleza misma los fenómenos sometidos a estudio se proyectan resultados con valores numéricos demasiado grandes y difíciles de manejar. Además de esto, el análisis de magnitudes puede resultar mucho más claro cuando se comparan valores: cuánto un valor es mayor o menor que otro.

Pues eso es justamente lo que hace el decibel (dB), comparar y evaluar rápidamente la relación entre magnitudes de la misma naturaleza. Hay que precisar que el decibel no es una unidad en sí sino una forma de medida relativa en la cual interviene un logaritmo de base 10.

Espero que las personas que no están muy familiarizadas con las matemáticas no abandonen el artículo en este punto ya que trataré de explicarlo de la manera más simple.

El decibel (dB) es la décima parte de un Bel (B), en honor de Alexander Graham Bell, el cual está definido así:

El decibel esta estrictamente definido por 10 veces el logaritmo decimal con base 10 de la relación de potencia de dos señales.

El decibel puede ser utilizado como unidad absoluta de medida si el valor de referencia P1 es fijado y conocido. En el caso de la ingeniería de sonido varios niveles de referencia normalizados fueron adoptados.

Es evidente que para hacer los cálculos hay que utilizar una calculadora pero voy a presentarles los valores de logaritmos mas utilizados.

log 2 = 0,3

log 4 = 0,6

log10 = 1

log 100 = 2

log 1000 = 3

Por ejemplo, la diferencia en decibeles entre una señal de 1 Watt de potencia y otra de 2 Watts será:

dB= 10 log (2/1)= 10 log 2= 10 x 0,3 = 3 dB

Si consideramos valores diferentes a los de potencias eléctricas o sonoras como por ejemplo voltajes o presiones acústicas entonces tenemos que tener en cuenta cómo éstas se relacionan con las potencias. En el caso eléctrico según la ley de Ohm P= V2/R (V al cuadrado) y aplicando las leyes de los logaritmos se obtiene:

dB= 20 log(V2/V1)

Por ejemplo, la diferencia en decibeles entre un voltaje de 1 voltio y otro de 2 voltios es 20 log

(2/1)= 20 log 2= 20 x 0,3= 6 dB

Duplicar el voltaje equivale a aumentarlo 6 dB; duplicar la potencia eléctrica equivale a incrementarla 3 dB.

Miremos ahora unos ejemplos prácticos:

1. Cuál es la ganancia de un amplificador de 50 Watts de potencia cuando lo alimentamos con 0,5 Watts ?

G (ganancia)= 10 log (50/0,5)= 10 log 100= 10 x 2= 20 dB

2. Un micrófono produce un voltaje de 2 mV (0,002 Voltios) y el preamplificador de la consola 2 Voltios. Cuál es la ganancia del preamplificador ?

G= 20 log (2/0,002)= 20 log 1000= 20 x 3= 60 dB

Cuando el nivel de una señal es expresado en decibeles siempre tiene que estar referenciado a algo sino el valor no tiene sentido. Existen diferentes niveles de referencia en el mundo del audio y aquí sólo mencionaremos los más utilizados.

Referencia 1 miliwatt: corresponde a un voltaje de 0,775 voltios aplicados a una resistencia de 600 ohms y que disipa una potencia de 1 miliwatt.

0 dBm= 1 miliwatt (0,775 voltios sobre 600 ohms)

0 dBm no significa "ausencia de señal" sino que la señal considerada se encuentra al mismo nivel que la señal de referencia.

Cuando se trata simplemente de voltaje hablamos de dBu (Europa) o dBv (USA).

Referencia 0,775 voltios:

0 dBv= 0 dBu= 0,775 voltios

+ 4 dBv= 1,23 voltios; +6 dBv= 1,66 voltios; - 60 dBv= 0,775 voltios

Referencia 1 voltio (equipos "gran público"):

0 dBV= 1 voltio

+ 6 dBV= 2 voltios; - 60 dBV= 1 milivoltio (mV); - 10 dBV= 0,316 voltios.

Los indicadores de nivel como los modulómetros PPM poseen marcaciones de 0 dB en sus escalas indicando el nivel máximo permitido para evitar la saturación. El voltaje eléctrico correspondiente difiere de acuerdo a los países y a los organismos internacionales de normalización.

En lo que respecta al nivel de presión sonora SPL (Sound Pressure Level) el nivel de referencia es universalmente reconocido: 0,00002 N/metros al cuadrado= 20 µPa (microPascales)= 0,00002 Pa

Ejemplo: en una cabina de sonido se miden 8 Pa (Pascales). Cuál es el nivel de presión acústica ?

G= 20 log (8/0,00002)= 20 log (0,00004)= 112 dB SPL

Una presión de 1 Pa corresponde a un nivel de 94 dB SPL.

Volviendo a las aplicaciones electroacústicas, es importante saber que los niveles de las señales provenientes de los micrófonos están comprendidos entre -40 dBv y -60 dBv (condensadores y dinámicos respectivamente).

Las señales de línea profesionales trabajan en general a +4 dBm (1,23 V) y las "gran público" a -10 dBV (0,316 V), es decir, 4 veces menos fuerte que las primeras, o sea 12 dB!! Sí se envia la salida de una consola a +4 dBm hacia una entrada a -10 dBV estaremos saturando desde la entrada y la solución es utilizar un atenuador de 12 dB o por lo menos uno de 10 dB.

La correcta comprensión del decibel nos permitirá también la interpretación de los datos que se encuentran en las especificaciones técnicas de los equipos y nos pueden evitar muchos dolores de cabeza al momento de interconectarlos.

La sensorialidad de nuestros oídos es "logarítmica" y no es gratuito que el decibel como representación logarítmica fuera concebido para simplificar las cosas y no para complicarlas.