dB (Decibelio): Unidad logarítmica de medida en sonido y más allá

Decibelio (dB): Definición y base matemática

Un decibelio (dB) es una unidad adimensional y logarítmica que expresa la relación entre dos valores de una magnitud física—habitualmente potencia, intensidad, voltaje o presión sonora. La escala de decibelios no es absoluta; siempre compara un valor medido con una referencia. Su naturaleza logarítmica permite representar rangos vastos (como intensidades sonoras desde el susurro de hojas hasta motores a reacción) con números manejables.

Para magnitudes de potencia:

dB = 10 × log₁₀(P₁ / P₀)

donde P₁ es la potencia medida y P₀ la de referencia.

Para magnitudes de campo (voltaje, corriente, presión sonora):

dB = 20 × log₁₀(Q₁ / Q₀)

ya que la potencia es proporcional al cuadrado de estas magnitudes.

Propiedades clave:

• Cada incremento de 10 veces en potencia = +10 dB.
• Duplicar la potencia = +3 dB.
• Duplicar el voltaje o la presión sonora = +6 dB.

Campos de aplicación: acústica, ingeniería de audio, telecomunicaciones, medios digitales y estándares regulatorios (por ejemplo, medición de ruido de aeronaves OACI).

La escala logarítmica: fundamento y base perceptiva

La escala logarítmica es esencial porque tanto los fenómenos físicos (como la propagación del sonido) como la percepción humana (por ejemplo, la audición) son no lineales. El oído humano percibe un aumento de diez veces en la intensidad sonora solo como un incremento moderado en sonoridad. La escala de decibelios alinea la medición con la percepción y simplifica cálculos de multiplicación/división en sumas/restas.

Ejemplo:
En una cadena de señal con ganancia de amplificador de +20 dB, pérdida de cable de -10 dB y divisor de -3 dB, el efecto total es simplemente:
+20 - 10 - 3 = +7 dB

Importancia regulatoria:
La OACI utiliza dB y escalado logarítmico en la certificación de ruido de aeronaves para ajustar la percepción comunitaria y permitir estándares globalmente coherentes.

Niveles de referencia y sufijos de decibelios

Los decibelios son siempre relativos—la referencia debe indicarse. Los sufijos lo aclaran:

OACI: El ruido de aeronaves normalmente se mide en dBA, ya que esto se ajusta a la sonoridad percibida.

Cálculos con decibelios: fórmulas y ejemplos

Relación de potencia (ejemplo dBm)

dBm = 10 × log₁₀(P / 1 mW)

Ejemplo: Transmisor de 100 mW:
dBm = 10 × log₁₀(100 / 1) = 20 dBm

Relación de voltaje (ejemplo dBV)

dBV = 20 × log₁₀(V / 1 V)

Ejemplo: Señal de 2 V:
dBV = 20 × log₁₀(2 / 1) ≈ 6.02 dBV

Nivel de presión sonora (ejemplo dBSPL)

dBSPL = 20 × log₁₀(p / 20 μPa)

Ejemplo: 0.2 Pa medidos:
dBSPL = 20 × log₁₀(0.2 / 0.00002) = 80 dB SPL

Nivel de presión sonora (SPL) en acústica

El nivel de presión sonora (SPL) expresa la presión efectiva de una onda sonora, referida a 20 μPa en aire—aproximadamente el umbral de audición humano.

• 0 dB SPL: Sonido más débil audible
• 60 dB SPL: Conversación
• 100 dB SPL: Sobrevuelo de avión a reacción
• 120 dB SPL: Umbral de dolor

Medición:
Micrófonos calibrados y sonómetros (IEC 61672, ANSI S1.4) aseguran lecturas SPL precisas.

OACI y medio ambiente:
El ruido de aeronaves se mide usando SPL (habitualmente ponderado A) para garantizar coherencia internacional y protección de la salud pública.

Ponderación de frecuencia: dBA, dBC, dBZ

La ponderación de frecuencia ajusta los niveles medidos para reflejar la sensibilidad del oído humano a diferentes frecuencias.

dBA (ponderación A): Usado en la mayoría de regulaciones y mediciones ambientales.
dBC (ponderación C): Usado para ruidos de pico/impulsivos.
dBZ (ponderación Z): Plana, para mediciones técnicas.

OACI: Las pruebas de ruido de aeronaves usan dBA para que el impacto del ruido coincida con la percepción humana de la sonoridad.

Normas internacionales e instrumentación

Los sonómetros deben cumplir con normas para garantizar precisión y coherencia:

• IEC 61672: Clases de desempeño y precisión (Clase 1: alta precisión; Clase 2: uso general), ponderación de frecuencia/tiempo, calibración.
• ANSI S1.4: Equivalente en EE.UU.

Características:

• Ponderación de frecuencia seleccionable (A, C, Z)
• Ponderación de tiempo (RÁPIDO, LENTO, IMPULSO)
• Rutinas de calibración

OACI: La certificación de ruido de aeronaves exige medidores Clase 1, calibración regular y cumplimiento del Anexo 16 de la OACI.

Tipos de medición en decibelios: casos de uso

• dBA/dBC: Ruido ambiental/laboral, cumplimiento normativo, evaluaciones en aeropuertos/comunidades.
• dBu/dBV: Ingeniería de audio, radiodifusión, compatibilidad de equipos.
• dBm/dBV: RF, electrónica, niveles de potencia en telecomunicaciones.
• dBFS: Audio digital, masterización, evitar saturación digital.
• dB re 1 μPa: Acústica submarina.

OACI: Usa dBA para ruido de aeronaves, dBm/dBV en aviónica y dBSPL en investigación.

Ponderación temporal y promediado en la medición dB

La ponderación temporal suaviza las lecturas del medidor:

Nivel continuo equivalente (LEQ):
Representa el nivel sonoro constante durante un periodo, igualando la energía del sonido fluctuante.

LAeq,T: LEQ ponderado A durante el tiempo T—estándar para estudios ambientales y de ruido aeronáutico OACI.

Conversión e interpretación de valores dB

• Duplicar la potencia: +3 dB
• Reducir a la mitad la potencia: –3 dB
• Duplicar voltaje o presión: +6 dB
• Sonoridad percibida: +10 dB ≈ “el doble de fuerte”, +3 dB es apenas perceptible

Siempre especifique la referencia o sufijo para mayor claridad (ej., dBA, dBV, dBm).

Ejemplos prácticos: dB en la práctica

• Ruido laboral: Medir LAeq,8h con medidor Clase 1; el límite regulatorio suele ser 85 dBA.
• Equipos de audio: Calibrar a 0 dBu o –10 dBV; mantener señales digitales bajo 0 dBFS.
• Ruido ambiental: Usar sonómetros para LAeq,T, Lmax; resultados en dBA para reportes públicos.
• Especificaciones de dispositivos: Sensibilidad de micrófono en dB SPL (ponderado A), salida en dBu/dBV.
• Ruido de aeronaves OACI: Medición en campo, reportes en LAE y LEQ, según OACI Anexo 16.

Tabla resumen: tipos de decibelios y sus aplicaciones

Glosario de términos clave relacionados con decibelios

• Escala logarítmica: Cada paso es un factor multiplicativo (ej., 10× por cada 10 dB).
• Nivel de presión sonora (SPL): Valor en dB de la presión efectiva del sonido, referido a 20 μPa en aire.
• Ponderación A (dBA): Curva de frecuencia que simula el oído humano, usada en la mayoría de regulaciones de ruido.
• dBm: Potencia referida a 1 mW, común en RF y telecomunicaciones.
• dBFS: Decibelios relativos a la escala completa en audio digital.
• LEQ: Nivel sonoro continuo equivalente, que representa la energía acústica total en un periodo.

En resumen: El decibelio es una unidad versátil y fundamental para expresar relaciones en sonido, audio, telecomunicaciones y campos regulatorios. Su escala logarítmica ajusta la medición técnica a la percepción humana, apoyando la ingeniería práctica, la salud y el cumplimiento normativo a nivel mundial. Especifique siempre la referencia o sufijo (dBA, dBm, etc.) para una interpretación precisa, especialmente en entornos regulados como la aviación (OACI) y la salud laboral.