Intensidad de sonido
La intensidad de sonido es la magnitud física que expresa la mayor o menor potencia de las ondas sonoras. Hay dos unidades en las que se suele medir:
- Se puede medir en watts por metro cuadrado o [W / m2]. Un [W / m2] es la intensidad de un sonido que al ser absorbido por una superficie de un metro cuadrado disipa una potencia de 1 watt.
- Se puede medir en decibeles con respecto a una intensidad de referencia dada por I0 = 10 − 12[W / m2].
- La sonoridad es un concepto distinto, representa una medida subjetiva de la intensidad con que una persona percibe un sonido.
Decibel
Se denomina decibel a la unidad empleada en Acústica y Telecomunicaciones para expresar la relación entre dos potencias, acústicas o eléctricas.
El decibel, símbolo dB, es una unidad logarítmica y es la décima parte de un bel, que sería realmente la unidad, pero que no se utiliza por ser demasiado grande en la práctica.
El bel recibió este nombre en honor de Alexander Graham Bell, tradicionalmente considerado como inventor del teléfono.
Aplicaciones en Acústica
El decibel es la principal unidad de medida utilizada para el nivel de potencia o nivel de intensidad del sonido. En esta aplicación la escala termina por los 140 dB, donde se llega al umbral del dolor.
Se utiliza una escala logarítmica porque la sensibilidad que presenta el oido humano a las variaciones de intensidad sonora sigue una escala aproximadamente logarítmica, no lineal. Por ello el bel y su submúltiplo el decibel, resultan adecuados para valorar la percepción de los sonidos por un oyente. Se define como la comparación (relación) entre dos sonidos porque en los estudios sobre acústica fisiológica se vió que un oyente al que se le hace escuchar un solo sonido no puede dar una indicación fiable de su intensidad, mientras que, si se le hace escuchar dos sonidos diferentes, es capaz de distinguir la diferencia de intensidad.
Normalmente una diferencia de 3 decibeles, que representa el doble de señal, es la mínima diferencia apreciable por un oído humano sano. Una diferencia de 10 decibeles es aparentemente el doble de señal aunque la diferencia de sonoridad sea de diez veces.
Para el cálculo de la sensación recibida por un oyente, a partir de las unidades físicas, mensurables, de una fuente sonora, se define el nivel de potencia, LW, (en decibeles) y para ello se relaciona la potencia de la fuente del sonido a estudiar con la potencia de otra fuente cuyo sonido esté en el umbral de audición, por la fórmula siguiente:
LW = 10 x log (W1 / W0) (dB)
en donde W1 es la potencia a estudiar, y W0 es la potencia umbral de audición, que expresada en unidades del SI, equivale a 10-12 watts.
Las ondas de sonido producen un aumento de presión en el aire, luego otra manera de medir físicamente el sonido es en unidades de presión (pascales). Y puede definirse el Nivel de presión, LP, que también se mide en decibelios.
Lp = 20 x log (P1 / P0) (dB)
en donde P1 es la presión del sonido a estudiar, y P0 es la presión umbral de audición, que expresada en unidades del SI, equivale a 2x10-5 Pa.
Decibelio Ponderado
El oído humano no percibe igual las distintas frecuencias y alcanza el máximo de percepción en las medias, de ahí que para aproximar más la unidad a la realidad auditiva, se ponderen las unidades.
Aplicaciones en Telecomunicación
El decibel es quiza la unidad más utilizada en el campo de las Telecomunicaciones por la simplificación que su naturaleza logarítmica posibilita a la hora de efectuar cálculos con valores de potencia de la señal muy pequeños.
Como relación de potencias que es, la cifra en decibelios no indica nunca el valor absoluto de las dos potencias comparadas, sino la relación entre ellas.
Esto permite, por ejemplo, expresar en decibeles la ganancia de un amplificador o la pérdida de un atenuador sin necesidad de referirse a la potencia de entrada que, en cada momento, se les esté aplicando.
La pérdida o ganancia de un dispositivo, expresada en decibelios viene dada por la fórmula:
dB = 10 x log (PE / PS)
en donde PE es la potencia de la señal en la entrada del dispositivo, y PS la potencia a la salida del mismo.
Si hay ganancia de señal (amplificación) la cifra en decibelios será positiva, mientras que si hay pérdida (atenuación) será negativa.
En Telecomunicación muchas veces se utiliza como nivel de referencia el miliwatt, obteniéndose los resultados en dB referidos a 1 mW, esto es en dBm.
Para sumar ruidos, o señales en general, es muy importante considerar que no es correcto sumar directamente valores de las fuentes de ruido expresados en decibelios. Así, dos fuentes de ruido de 21dB no dan 42dB sino 24dB.
En este caso se emplea la formula:
10log10 (10x1/10+10x2/10+...)= dB Totales
Donde Xn son los valores de ruido o señal, expresados en decibeles, a sumar.
10log10 (antilog(x1/10)+antilog(x2/10)+...)= dB Totales
En algunos paises, para los mismos fines que el decibel, se utiliza otra unidad llamada neper, que es similar al belio pero que en lugar de estar basada en el logaritmo decimal de la relación de potencias lo está en el logaritmo natural o neperiano de la citada relación, viniendo el número de nepers dado por la fórmula:
N=0.5 ln (P1/P2)
Como el decibelio el neper es una unidad adimensional, estando el uso de ambas unidades reconocido por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT)