Decibelio.- Es la unidad relativa empleada en acústica y telecomunicaciones para expresar la relación entre dos magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.

El decibelio, cuyo símbolo es dB, es una unidad logarítmica. Es un submúltiplo del belio, de símbolo B, que es el logaritmo de la relación entre la magnitud de interés y la de referencia, pero no se utiliza por ser demasiado grande en la práctica, y por eso se utiliza el decibelio, la décima parte de un belio. El belio recibió este nombre en honor de Alexander Graham Bell.

Un belio equivale a 10 decibelios y representa un aumento de potencia de 10 veces sobre la magnitud de referencia. Cero belios es el valor de la magnitud de referencia. Así, dos belios representan un aumento de cien veces en la potencia, tres belios equivalen a un aumento de mil veces y así sucesivamente.

Aplicaciones en acústica.- El decibelio es la unidad de medida utilizada para el nivel de potencia y el nivel de intensidad del ruido. Se utiliza una escala logarítmica porque la sensibilidad que presenta el oído humano a las variaciones de intensidad sonora sigue una escala aproximadamente logarítmica, no lineal. Por ello el belio (B) y su submúltiplo el decibelio (dB), resultan adecuados para valorar la percepción de los sonidos por un oyente.

Se define como la comparación o relación entre dos sonidos porque en los estudios sobre acústica fisiológica se vio 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.

Como el decibelio es una unidad relativa, para las aplicaciones acústicas, se ha tomado como convención, un umbral de audición de 0 dB equivalente a un sonido con una presión de 20 micro pascales, algo así como un aumento de la presión atmosférica normal de 1/5.000.000.000. Aun así, el verdadero umbral de audición varía entre distintas personas y dentro de la misma persona, para distintas frecuencias. Se considera el umbral del dolor para el humano a partir de los 140 dB. Esta suele ser, aproximadamente, la medida máxima considerada en aplicaciones de acústica.

Para el cálculo de la sensación recibida por un oyente, a partir de las unidades físicas medibles de una fuente sonora, se define el nivel de potencia, LW, en decibelios, 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× log10

W 1

W 0 (10−12)(dB )¿

En donde W1 es la potencia a estudiar, en vatios (variable), W0 es el valor de referencia, igual a 10 − 12 vatios (pV) y log10 es el logaritmo en base 10 de la relación entre estas dos potencias. Este valor de referencia se aproxima al umbral de audición en el aire. Notar que si W1 es mayor que la potencia de referencia W0 de una antena ideal isotrópica el valor en decibelios es positivo. Y si W1 es menor que la referencia W0 el resultado es negativo. También observar que un aumento de 10 veces de la potencia W1 con respecto a la referencia significa un aumento de 10 dB. Y que al aumentar al doble la potencia W1 con respecto a W0 significa un aumento de 3 dB.

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×log10

P1P0

(dB ) ¿

En donde P1 es la presión del sonido a estudiar, y P0 es el valor de referencia, que para sonido en el aire es igual a 2×10−5 Pa. Este valor de referencia se aproxima al umbral de audición en el aire.

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 (para ello se utilizan las llamadas curvas isofónicas).

Por este motivo se definió el decibelio A (dBA), una unidad de nivel sonoro medido con un filtro previo que quita parte de las bajas y las muy altas frecuencias. De esta manera, después de la medición se

filtra el sonido para conservar solamente las frecuencias más dañinas para el oído, razón por la cual la exposición medida en dBA es un buen indicador del riesgo auditivo.

Hay además otras unidades ponderadas, como dBC, dBD, adecuadas para medir la reacción del oído ante distintos niveles de sonoridad.

Unidades basadas en el decibelio.- Como el decibelio es a dimensional y relativo, para medir valores absolutos se necesita especificar a qué unidades está referida la medida:

dBSPL: Hace referencia al nivel de presión sonora. Es la medida, por ejemplo, usada para referirse a ganancia o atenuación de volumen. Toma como unidad de referencia 20 micro pascal (up).

dBW: La W indica que el decibelio hace referencia a vatios. Es decir, se toma como referencia 1 W (vatio). Así, a un vatio le corresponden 0 dBW.

Relación entre dBu y dBm.

dBm: Cuando el valor expresado en vatios es muy pequeño, se usa el mili vatio (mW). Así, a un mW le corresponden 0 dBm.

dBu: El dBu expresa el nivel de señal en decibelios y referido a

0,7746 voltios √35. 0,7746 V es la tensión que aplicada a una

impedancia de 600 Ω, desarrolla una potencia de 1 mW. Se emplea la referencia de una impedancia de 600 Ω por razones históricas.

En algunos casos (especialmente en telecomunicaciones), al medir niveles relativos en decibelios, se da un nombre específico a la unidad, dependiendo del tipo de medida.

dBc: Nivel relativo entre una señal portadora (carrier) y alguno de sus armónicos.

dBi: Decibelios medidos con respecto a una antena isotrópica.

dBd: Decibelios medidos con respecto a una antena dipolo.

Aplicaciones en telecomunicación.- El decibelio es quizá 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. A diferencia de lo que ocurre en el sonido, donde siempre se refiere al mismo nivel de referencia, en telecomunicación, el nivel de referencia es cambiante.

Esto permite, por ejemplo, expresar en decibelios 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× log10PSPE

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. 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 21 dB no dan 42 dB sino 24 dB.

En este caso se emplea la fórmula:

dBtotales=10 ∙ log10(10X110+10

X 210+⋯)

En donde Xn son los valores de ruido o señal, expresados en decibelios, a sumar. Esta fórmula también puede expresarse con la siguiente notación:

dBtotales=10 ∙ log10(antilog( X110 )+antilog ( X210 )+⋯)El dBi, o decibelio isótropo, es una unidad para medir la ganancia de una antena en referencia a una antena isótropa teórica. El valor de dBi corresponde a la ganancia de una antena ideal (teórica) que irradia la potencia recibida de un dispositivo al que está conectado, y al cual también transmite las señales recibidas desde el espacio, sin considerar ni pérdidas ni ganancias externas o adicionales de potencias.

El dBm es una unidad de medida utilizada, principalmente, en telecomunicación para expresar la potencia absoluta mediante una relación logarítmica. El dBm se define como el nivel de potencia en decibelios en relación a un nivel de referencia de 1 mW. El valor en dBm en un punto, donde tenemos una potencia P, viene dado por la fórmula siguiente:

dBm=10× log P1mW

Al utilizarse un nivel de referencia determinado (1 mW) la medida en dBm constituye una verdadera medición de la potencia y no una simple relación de potencias como en el caso de la medida en decibelios. Así, una lectura de 20 dBm significa que la potencia medida es 100 veces mayor que 1mW y por tanto igual a 100 mW.

La ventaja de todas estas unidades logarítmicas es que reducen a simples sumas y restas los cálculos de potencias cuando hay ganancias o atenuaciones. Por ejemplo, si aplicamos una señal de 15 dBm a un amplificador con una ganancia de 10 dB, a la salida tendremos una señal de 25 dBm. Si en lugar de un amplificador, la señal de 15 dBm la aplicamos a un atenuador con una pérdida 25 dB, la señal a la salida será de -10 dBm.

Es importante tener en cuenta que si se quieren realizar operaciones más complejas sobre los dBm, por ejemplo, sacar un promedio de los

datos, estos debe de ser transformados a potencia, sacar el promedio y luego transformar el resultado de vuelta a dBm.

dBm promedio=10× log(∑i=1n

P i

nmW)

En donde;

Pn=10dBmn10

No obstante lo indicado anteriormente, hay un hecho muy importante a tener en cuenta en todas estas mediciones y es el que la impedancia de calibrado del aparato debe coincidir en todos los casos con la impedancia del punto donde se realiza la medida.

En los sistemas de transmisión telefónica se utiliza un número reducido de impedancias distintas en los puntos de medida y los aparatos de medición, normalmente, están dispuestos para poder seleccionar los calibrados apropiados para cada una de ellas.

En cualquier caso, si se conocen las impedancias del punto de medida y la de calibrado del aparato se puede efectuar la oportuna corrección a la lectura del instrumento mediante la fórmula:

dBm (corregidos )=dBm (medidos )+10× logZ pZ i

En la que Zp es la impedancia del punto de medida y Zi es la impedancia de calibrado del instrumento de medida.

El vatio de decibel o lo dBW es una unidad para la medición de la potencia de una señal expresada en los decibeles en comparación con uno watt. Se usa debido a su capacidad de expresar valores tanto muy grandes como muy pequeños de potencia en uno breve rango de la cantidad, por ejemplo:

1 watt = 0 dBW, 10 vatios = 10 dBW, 100 vatios = 20 dBW y de 1.000.000 W = 60 dBW.

PodBW=10 log10(PiW )

En donde Pi es la potencia de la señal en el dispositivo, y Po la potencia a la salida del mismo expresada de dBW.

Se compara dBm, que es como un mili vatio (0.001 W).

dBm Nivel

Potencia Notas

80 dBm 100 kWPotencia típica de transmisión de una estación de

radio FM con un rango de 30-40 millas

60 dBm1 kW = 1000

WRadiación típica combinada de RF de un horno de

microondas

40 dBm 10 W Potencia entregada a las antenas de telefonía móvil

36 dBm 4 WSalida típica de potencia para una banda de radio

ciudadana (27 MHz) en muchos países

33 dBm 2 W

Máxima salida de potencia para un teléfono celular UMTS/3G (teléfono de potencia clase 1)

Máxima salida de potencia para un teléfono celular GSM850/900

30 dBm1 W = 1000

mW

Fuga RF típica de un horno de microondas

Máxima salida de potencia para un teléfono celular GSM1800/1900

27 dBm 500 mWPotencia típica de transmisión de un teléfono celular

Máxima salida de potencia para un teléfono celular UMTS/3G (teléfono de potencia clase 2)

26 dBm 400 mW

25 dBm 316 mW

24 dBm 250 mW Máxima salida de potencia para un teléfono celular

UMTS/3G (teléfono de potencia clase 3)

23 dBm 200 mW

22 dBm 160 mW

21 dBm 125 mWMáxima salida de potencia para un teléfono celular

UMTS/3G (teléfono de potencia clase 4)

20 dBm 100 mWBluetooth Estándar Clase 1, cobertura de 100 m

(máxima potencia de salidad para un transmisor FM).

Potencia típica de un router inalámbrico Wi-Fi.

15 dBm 32 mWPotencia típica de de transmisión de Wi-Fi en

laptops.

10 dBm 10 mW

6 dBm 4.0 mW

5 dBm 3.2 mW

4 dBm 2.5 mW Estándar Bluetooth clase 2, cobertura de 10 m

3 dBm 2.0 mW (=1.9952623 mW)

2 dBm 1.6 mW

1 dBm 1.3 mW

0 dBm1.0 mW = 1000 µW

Estándar Bluetooth Clase 3, cobertura de 1 m.

-1 dBm 794 µW

-3 dBm 501 µW

-5 dBm 316 µW

-10 dBm 100 µWPotencia de señal típica de recepción de una red

inalámbrica WiFi(−10 a −30 dBm)

-20 dBm 10 µW

-30 dBm1.0 µW = 1000 nW

-40 dBm 100 nW

-50 dBm 10 nW

-60 dBm1.0 nW = 1000 pW

-70 dBm 100 pWRango típico (-60 a -80 dBm) de potencia de señal

inalámbrica (802.11x) recibida por una red

-80 dBm 10 pW

-111 dBm

0.008 pW = 8 fW

Thermal noise floor Para banda comercial GPS single channel signal bandwidth (2 MHz)

-127.5 dBm

0.178 fW = 178 aW

Potencia típica recibida de un satélite GPS

-174 dBm

0.004 aWRuido térmico para un ancho de banda de 1 Hz a

temperatura ambiente.

-194 dBm

0.00004 aWRuido térmico para un ancho de banda de 1 Hz en el

espacio exterior. (4 kelvin)

-∞ dBm 0 WLa potencia cero no se expresa correctamente en dBm

(su valor es menos infinito)

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS

FACULTAD TÉCNICA

CARRERA Electrónica Y Telecomunicaciones

TEMA:

DOCENTE : Ing. Raúl Yujra

ALUMNO : UNIV. Oscar Flores Ramírez

C.I. : 6172366 L.P.

FECHA : 28 de Marzo de 2011

LA PAZ – BOLIVIA

2011