7

Decibeles relativos y absolutos

En este post se explica el significado y la utilidad de los diferentes tipos de dB utilizados en sonido, tanto en las etapas eléctricas como acústicas.

El decibel es adimensional, es decir, expresa una relación entre dos magnitudes pero no especifica una unidad. Fue originalmente definido por Graham Bell para cuantificar la relación de potencias entre la entrada y la salida de un sistema. Su expresión matemática es la siguiente:

dB = 10 log(Ps/Pe)

220px-10log_x_and_x.svg

Cuando Ps y Pe (potencia de entrada y de salida) son iguales, el resultado es 0dB, es decir, el sistema no tiene ganancia; para Ps mayor a Pe el resultado es positivo y hay ganancia; para Ps menor que Pe el resultado es negativo y hay atenuación. Las ganancias se pueden expresar también en veces. Si la potencia de salida es 20 veces mayor que la de entrada (Ps/Pe=20) equivale a 13dB.

Cuando se habla de voltaje, cuya relación es cuadrática respecto a la potencia, se utiliza una propiedad del logaritmo para simplificar el cálculo y la expresión se re-define como:

dB = 20log(Vs/Ve)

En el cuadro de la izquierda se muestra la relación entre veces y dB, y queda en evidencia la primer ventaja de utilizar los decibeles: se simplifican y acotan los números. Si se quiere expresar una atenuación de 0.015 veces en la potencia, es más fácil expresarla como -18dB.

Otra ventaja de trabajar con dB se observa en el cálculo de cadenas de ganancia. Trabajar en veces implica multiplicar las ganancias de los equipos de la cadena, mientras que con dB sólo se debe sumar o restar.

cadena ganancia

Por convención, se definieron referencias estándares que permiten utilizar los decibeles como unidades absolutas y con dimensión.

relaciones

Trabajar con unidades en decibel tiene las mismas ventajas planteadas anteriormente. El nivel final de una cadena de ganancias se obtiene sumando y restando. Mientras que al trabajar con unidades convencionales, se deben realizar multiplicaciones y divisiones que tal vez resultan más complicadas de resolver rápida y mentalmente. Además, se reduce el rango numérico utilizado, en especial con la presión sonora, se reduce un rango de un millón de unidades a un poco más de 100.

Es importante siempre aclarar, con la nomenclatura correcta, si se trata de valores absolutos (dBu, dBV, etc) o relativos (simplemente dB). Y en caso de que sean absolutos, conocer la referencia para saber en qué rango se trabaja.

La diferencia entre dBu y dBV se mantiene constante en 2.2 dB, y entre dBm y dBW es siempre de 30 dB. Esta información puede ser útil para tener noción de los valores cuando se encuentran varias unidades.

La conversión de dBV a Voltios también es útil de recordar:

V = 10^(dBV/20)

Si bien las ecuaciones aparentan ser complicadas, no se comparan con la facilidad cotidiana que se consigue al trabajar en con decibeles.

Facundo Ramón
Investigación & Desarrollo – Equaphon

Facundo Ramón

7 Comments

  1. Manejo las T12 son exelentes pero he tenido problemas con algunas cajas y he tenido que mandar reparar y cogen mucho ruido y eso que las manejo a 220W, gracias

  2. Estimado Elver
    Realmente no entiendo tu consulta, puedes ampliarla, de esa forma podremos ayudarte.
    Un saludo

  3. No entiendo bien de donde sale qeu se la ganancia es 20 veces mayor equivale a 13dB… de donde puedo sacar ese calculo?

    • Hola Jose, gracias por comentar. El cálculo es 10*log(20) = 13 dB. En unidades de potencia se puede generalizar la relación de “veces” a “dB” como sigue:

      dB = 10*log(veces)

      Un saludo!

  4. dBm es “miliwats”? Por eso la relación con dBW es de 30dB?
    en dBu qué significa la u?
    Y en dBSPL? Gracias

    • Hola Martin! El dBm y el dBW son relaciones de potencia, solo que el dBm esta referido a 1 mW (0.001 W) y el dBW a 1 W. Por este motivo, la diferencia entre los dos es de 30 dB (1000 veces en potencia).

      La u de dBu hace referencia a la unidad de volumen usada en los vúmetros. Esta referido a 0.7746 V que es la tensión que aplicada a una impedancia de 600 ohms, disipa 1 mW. Este valor de impedancia se fijó por cuestiones historicas (era muy común en equipos de telefonía).

      En cuanto a los dBSPL, estos están referidos al umbral de audición (20 uPa).

      Saludos!

  5. Hola, muy buenas,

    El haber mezclado los decibelios de voltaje me parece un lío para su uso en Audio técnica. Creo que los dBV se deben usar solamente en electrónica y radioseñal (y no siempre) porque nos podemos confundir.

    Ahora expondré formas de medida:
    Ganancia de tensión; no debería ser en decibelios en el ámbito audio/vídeo, solo uso en dBV en electrónica especializada. Ganancia en corriente; lo mismo que la ganancia en tensión con la tensión variable proporcionalmente a la corriente (VxA), y en caso de operar con tensión fija, serán dB equivalentes a la potencia directamente.
    Los decibelios de voltaje no son equivalentes a la potencia final o de señal. Poniendo un ejemplo, ambas escalas en cero 0 dB & dBV para una potencia inicial identica, cuando la escala dBV llega a +3dBV, en la escala de potencia marcará +6dB. Parece ser que en la escala de decibelios de voltaje debemos tener la mitad de decibelios que en la de potencia/energía. Por lo cual, en vúmetros, analizadores gráficos, equalizador, procesador, grabador y reguladores de ganancia de señal de audio siempre debemos tener dB de potencia en linea de señal, y a procesar o potencia final sobre los transductores.

    En electrónica hay una manera de amplificar los previos, micros, phonos, etc que es de alta impedancia o amplificación de tensión mediante IC’s operacionales a veces Mosfet, y creo que tal preamplificacion no es de la tensión equivalente a la potencia, pues de ser así se precisaría de altas tensiones para alcanzar los 80 dB mínimos de algunas consolas. Además, la amplificación en tensión de alta impedancia no puede recorrer mas que unos palmos de cable sin distorsionarse y atenuarse, y tendría mucho ruido.

    La relación Señal/Ruido de un equipo debería ser en potencia, no en ruido de voltaje. Creo que es en potencia. Toda escala decibelica en aparatos de audio/vídeo debería estar en decibelios de potencia/energia y así es como creo que están. Ahora bien, si en las lineas de señal empezamos a usar escalas dBu/dBV y eso se traduce a las pantallas del DPS, de control computerizado y por errores humanos o de software se confunden los dB, tendremos lios que debemos evitar.

    Las escalas decibelicas, el propio decibelio es una medida diferencial y no absoluta, yo lo explico a mi manera. Y no sé si que siendo diferencial a mi entender tenga que ver con el calculo newtoniano de Integración/Diferenciación. Diferencia entre dos valores, uno conocido y la otra una variable dependiente del logaritmo decibelico. Se podría explicar mejor los decibelios como expresiones o relaciones difereciales de incremento, nivel y decremento. Otros le llaman Ganancia (Gain).

    Otro problema viene de usar decibelios para el nivel de presión acústica. La presión tiene un resultado similar al voltaje respecto a la energía. No es lineal dB en Pascales que en energía resultante. Aquí tenemos un feo problema. Las medidas SPL o de escalas dB, dBA … hacen referencia a la potencia o energía del sonido, no a la presión. Un incremento en la presión RMS que actúa sobre un micrófono de +3 dB se traduce en su linea de señal en +3 dBV de voltaje, pero son realmente +6 dB en potencia energía. La presión es Newtons/Área, es una aceleración en MxS^2 sobre la membrana del micro, alcanzando a la misma frecuencia el doble de velocidad promedio, y el doble de velocidad en un cuerpo son x4 veces la energía, unos +6dB.

    Por estas razones, el aplicar la escala decibelios a la presión también puede confundir, porque 60dB de potencia solo son 30dB de presión o voltage/amperaje. La propia SPL no debería hacer referencias a la presion sino solo a la potencia acústica, porque si estuviésemos en una escala en decibelios-Pascales, no seria la SPL actual (o eso creo), seria una con la mitad de decibelios.

    Las lineas de 600 Ohms provienen de telecomunicaciones y su impedancia es excesiva para el audio actual, y aunque se puedan conectar 10 o mas aparatos por linea, los voltajes de referencia deberían ser diferentes de los dBu, deberían estar basados en el Voltio y divisiones o múltiplos de éste para que los cálculos sean más en el S.I., mas científicos. Ejemplo, 1Voltio, 0.5V, 0.71V, 1.42V, 2.0V…R.M.S.
    Esto serian voltajes de referencia máximos o a alcanzar para las lineas de audio, que no tienen el porqué tener relación obligada con dBu sino medir en dB y ya está. Lo del dBu/ dBV parece más para telecomunicaciones y señales de electrónica industrial.

    Puedo haberme equivocado cuando uso los dBV como decibelios de voltaje, los cojo como ejemplo sin tener en cuenta cualquier voltaje mínimo de referencia como los tiene los dBu. Mi recomendación es desechar todos los dB que no sean de potencia en aplicaciones audio/vídeo.

    Saludos!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *