Nivel absoluto

[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Pablo Arrieta Natal, Irene Salinero, José María Díaz Nafría, elaboradas en el contexto de la Clarificación conceptual en torno a los Sistemas de transmisión, bajo la supervisión de J.M. Díaz Nafría.

Definiciones

Un nivel absoluto (decibélico) es un nivel decibélico, ${\textstyle L({\text{dB}})=k\cdot \log _{10}(y/x)}$, en el que la referencia, x, es un valor absoluto de la magnitud en cuestión, y $k$ es 10 cuando comparamos magnitudes de potencia o energía y 20 si se comparan magnitudes de campo. No debe confundirse con los niveles relativos en los que la referencia es la de un valor de la señal (magnitud de campo o potencia) en un punto de referencia del sistema o circuito bajo estudio.

Para su adecuada identificación es recomendable, salvo que el contexto no deje lugar a dudas, añadir información acerca de la referencia puede identificarse, por una parte, mediante un subíndice al símbolo de nivel, $L$, que identifique la magnitud a comparar (P: potencia, u: tensión, E: campo eléctrico, I: intensidad acústica, p: presión acústica), y por otra añadiendo al símbolo decibélico el valor y unidad de la referencia (donde el valor se omite si este es igual a la unidad). Así, por ejemplo, dB(W·Hz^–1), dB(W/(m²·4 kHz^–1)), dB(20 μPa) (ibidem).

Sin embargo, resulta muy común recurrir a otros símbolos establecidos por convención que identifican el valor de la referencia mediante abreviaturas como las referidas en la tabla 1 que recoge algunos de los principales niveles absolutos de interés en telecomunicación. En los niveles reflejados en la tabla podría ocasionar una cierta extrañeza el uso de 0,775 V para la potencia y los valores de referencia para la señal acústica. En el primer caso, la referencia está elegida de modo que en un circuito telefónico simétrico (cuya impedancia característica típica es de unos 600 ohmios) el valor eficaz de 0,775 V corresponde a 1 mW (lo que puede probarse fácilmente) y, por tanto, el nivel de potencia en dBm y en dBu es equivalente para dichas líneas. En el caso de las señales acústicas la referencia está elegida de modo que corresponda con el umbral de audición humano estándar a 1 kHz, que es de 10^-12 W/m² y que en condiciones normales de presión y temperatura, caracterizadas acústicamente por una impedancia de 400 Rayl, coincide con 20 μPa (como puede probarse fácilmente, teniendo en cuenta que ${\textstyle I=p^{2}/Z}$).

Tabla 1

Magnitud	Identificador de nivel	Referencia	Expresión matemática	Símbolo dB con información suplementaria de referencia	Símbolo dB abreviado
Potencia	$L_{P}$	1 mW	${\textstyle 10\log _{10}(P/1{\text{ mW}})}$	${\textstyle {\text{dB(mW)}}}$	${\text{dB}}_{m}$
Potencia	$L_{P}$	1 W	$10\log _{10}(P/1{\text{ W}})$	${\textstyle {\text{dB(W)}}}$	${\text{dB}}_{W}$
Tensión	$L_{u}$	0,775 V	$20\log _{10}(U/0,775{\text{ V}})$	${\text{dB(0,775 V)}}$	${\text{dB}}_{u}$
Tensión	$L_{V}$	1 V	$20\log _{10}(U/{\text{V}})$	${\text{dB(V)}}$	${\text{dB}}_{V}$
Campo eléctrico	$L_{E}$	1 μV/m2	${\textstyle 20\log _{10}{\Bigl (}{\frac {E}{1{\text{ μV/m²}}}}{\Bigr )}}$	${\textstyle {\text{dB(μV/m²)}}}$	${\text{dB}}_{\mu }$ ó ${\text{dB}}_{u}$
Intensidad sonora	$L_{I}$	10-12 W/m2	${\textstyle 10\log _{10}{\Bigl (}{\frac {I}{10^{-12}{\text{ W/m²}}}}{\Bigr )}}$	${\textstyle {\text{dB(}}10^{-12}{\text{W/m²)}}}$	${\text{dB}}$
Presión acústica	$L_{p}$	20 μPa	${\textstyle 20\log _{10}{\Bigl (}{\frac {p}{2\cdot 10^{-5}{\text{Pa}}}}{\Bigr )}}$	${\textstyle {\text{dB(}}2\cdot 10^{-5}{\text{Pa)}}}$	${\text{dB}}$

En la normalización e interoperabilidad de los sistemas de telecomunicación, el uso de los niveles absolutos es crucial para garantizar que los servicios de telecomunicación puedan ofrecerse con las debidas garantías. Esto permite a los operadores saber qué niveles deben ofrecerse y los pueden esperarse en un funcionamiento adecuado. Para ello se recurre típicamente a la identificación de los niveles de las señales que deben garantizarse en los puntos de referencia del circuito (o de nivel relativo nulo), lo que se identifica con el subíndice 0, por ejemplo, $L_{0}=20{\text{ dB}}_{m0}$. En el artículo sobre nivel relativo, se discute cómo estos niveles pueden traducirse a niveles absolutos en un punto del circuito, A, de nivel relativo arbitrario: $L(A)=L_{0}+L_{r}(A)$.

También se añaden a veces otros símbolos que identifican el contexto o el modo en el que deben realizarse las medidas, por ejemplo, se emplea emplea el subíndice p para indicar que a las medidas y la referencia se aplica ponderación sofométrica telefónica (aunque si se trata de ponderación sofométrica A, B o C, en lugar de p, se emplean estos identificadores), o se recurre a s para indicar que se trata de un contexto de transmisión radiofónica. Así, $20{\text{ dB}}_{m0p}$ se trata de un nivel de 20 dB en un punto de nivel relativo nulo respecto al mW y aplicando ponderación sofométrica telefónica.

Ejemplo de distinción entre niveles absolutos y relativos

Para ilustrar la diferencia entre los niveles absolutos y relativos veamos un ejemplo en el contexto de la presión sonora. Imaginemos que medimos la presión sonora en decibelios (dB) en un punto determinado de una sala de conciertos expresada.

• Nivel Absoluto: si se tratara de 60 dB, la presión acústica correspondiente sería de 60 dB respecto al umbral de audición humano estándar a 1 kHz, de 20 μPa. Es decir en dicho punto la presión acústica es 1000 veces superior a dicho valor, esto es, 20 mPa.
• Nivel Relativo: supongamos que medimos la presión sonora en diferentes partes de la sala de conciertos, para conocer empíricamente sus condiciones acústicas. Si en un extremo de la sala, medimos que el nivel de presión sonora es de 70 dB, y en el otro extremo es de 50 dB. Estas mediciones representan niveles relativos de presión sonora en comparación con un punto de referencia dentro de la misma sala, por ejemplo, el centro de la sala. Si en dicho punto, la presión sonora fuera de 60 dB, los niveles relativos de las medidas antes referidas en dos extremos de la sala sería de 10 dBr en una, y de -10 dBr en la otra.