Qué son los niveles de línea -10dBV y +4dBu

Describimos los dos niveles de voltaje típicos en señales de línea (-10dBV ‘doméstico’ o ‘consumo’ y +4dBu ‘profesional’), la diferencia de casi 12 dB entre ellos, y la relación algo difusa que guardan con los 0dBm. En otra entrega, una vez tengamos claro qué significan estos niveles, hablaremos de los márgenes (headroom) en las conexiones, la interconexión entre sistemas, y también de la relación con los VU típicos en analógico y los dBFS típicos en digital (dB 'a fondo de escala').

Si lo necesitas, puedes repasar el tutorial sobre qué son los dB contado para músicos, así como otro sobre los dB ‘a secas’ frente a dB con ‘apellido’ (como estos dBV y dBu). De la cuestión de cómo los dB (una representación ideada para hablar de potencias) puede aplicarse a algo que habla de amplitudes ya hemos publicado también un tutorial.

En concreto estos dos estándares corresponden a estas tensiones:

• -10dBV definen una señal de 0,316 V RMS (senoidal de 0,443 V pico)
• +4 dBu definen una señal de 1,23 V RMS (senoidal de 1,74 V pico)

Por tanto la salida profesional aporta un nivel de tensión 4 veces mayor (aprox.) que la doméstica, lo que implica una potencia 16 veces mayor, que no es poca cosa como apreciamos al indicar ese salto en dBs:

• Hay aprox. 12 dB de diferencia entre ambos niveles

Si sois de los que queréis utilidad práctica en todo cuanto leéis, esa última cifra os da también una primera idea simple de cómo equilibrar conexiones entre uno y otro nivel: asegurando esa diferencia de 12 dB con algún atenuador (si vais de salida ‘pro’ a ‘consumidor’, típicamente bastará bajar el nivel de salida para situarlo en -12dB) o con algún pequeño amplificador previo si vais de salida ‘consumo’ a ‘pro’ para darle ese salto (de lo contrario perderéis 12 dB de calidad SNR, aunque también es cierto que un producto ‘consumo’ seguramente no tenga el nivel de calidad de un ‘pro’ y por tanto no se consiga finalmente mejor calidad aunque elevéis esos 12dB, todo es cuestión de comprobar la SNR de origen, la que os ofrece el producto ‘consumo’, respecto a la disponible en el ‘pro’).

Pero, como os anunciaba, en una entrega posterior haremos mención más detallada a la cuestión de la interconexión, en la que puede profundizarse bastante más allá de esta regla básica y un tanto simplista de los 12 dB.

Tal como veremos, en la definición de los dBV y de los dBu interviene una mención a la potencia de 1mW, así que antes de ir a por nuestros niveles de línea audio, pensemos por un momento en cuestiones de potencia. Eso nos permitirá llegar a asociar los dBV y los dBu (que hablan de tensión) con los dBm (que miden potencia), aunque, como veremos, no será una relación ‘fija’ sino dependiente de la carga

Distinguir potencia y voltaje es importante. Un ejemplo: En el enchufe hay siempre una tensión (los famosos 220V AC) pero mientras no enchufamos una carga no circula corriente y no se consume ninguna potencia. Un horno microondas suele ser de potencia aprox. 800W porque para realizar su función absorbe mucha corriente, mientras una pequeña lámpara LED para lectura es de unos 5W y sólo exige el paso de una corriente muy pequeña. Es decir: en función de cuál sea la carga, la potencia que se desarrolla es una u otra, pese a que el voltaje sea el mismo.

Algo parecido pasa con nuestros equipos audio. Muchas veces nos interesa de los sistemas su potencia más que su puro nivel de amplitud o voltaje, porque es la potencia la que habla del trabajo que desarrollamos con esos sistemas.

Pero cuando hablamos de señales la cosa cambia. Una señal en sí no tiene ‘potencia’. La señal, entendida como la ‘forma’, está en nuestro caso definida por el voltaje que representa al sonido. Cuando hablamos de niveles de señal y de interconexión de sistemas es normal por tanto que nos interesemos por los voltajes, mientras que cuando hablamos de la capacidad de un sistema para generar acciones nos interesa más la potencia.

Nadie habla en un ampli de la tensión que generan, sino de la potencia, de sus vatios. Esa potencia que viene en la hoja de especificaciones está vinculada a usar cajas altavoces de cierta carga o impedancia: genera X vatios sobre carga de 8 ohmios (y otra distinta sobre carga de 4 ohmios).

Para caracterizar una salida (como la de un micro o un previo) y poder hablar de ella con independencia de cuál sea el sistema al que vayamos a conectarla, no podemos usar potencia. Sencillamente porque no se puede valorar qué potencia se desarrollará sobre una carga desconocida. Es por ello que se ha decidido aplicar unidades que hablan de relaciones entre tensiones.

Así, los niveles de las salidas audio estándar son -10dBV y +4dBu. Las unidades dBV y dBu no miden relaciones entre potencias, no están directamente relacionadas con los W o mW, ni por tanto con los dBW ni los dBm. Están definidas como relaciones entre voltajes. Nos hablan del voltaje nominal de la salida. Sólo conociendo la impedancia de la carga que vaya a usarse podrían hacerse correspondencias a potencias.

Una impedancia de carga exageradamente baja podrá hacer inservible el sistema, porque la salida no pueda alimentar tanta corriente como exige esa carga y entre en severa distorsión. Pero ese no es el problema del que hablan los dBV y los dBu, que sólo quieren servir para que sepamos qué nivel de señal (qué nivel de voltaje) vamos a encontrar cuando las cosas funcionen bien (no con cargas anormalmente bajas).

Lo curioso es que tanto el dBV como el dBu, pese a saber que hablarán de voltajes, se definieron tomando como modelo qué potencia desarrollaría ese voltaje sobre cierta carga. Buff…. Ánimo que ya mismo deshacemos el lío.

Fijaos que empiezo por hablar de 0dBV y no todavía de los -10dBV que definen al nivel línea ‘doméstico’.

El nivel 0dBV se definió como el que corresponde a una senoide cuya tensión RMS (o eficaz) sea de 1V (RMS). Esa tensión senoidal de 1 V RMS de la que habla 0dBV aplicada a una resistencia de 1kOhmio implicaría una potencia de 1 mW, o lo que es lo mismo 0dBm.

Pero eso es sólo un caso entre los muchos posibles porque la carga podría ser diferente a 1kohmio y la forma de onda podría no ser senoidal. Veis que hay cierta asociación un poco débil con una ‘potencia’: 0dBV con una resistencia de 1kOhm generaría 1mW, o sea 0dBm. Genial: los dBV y los dBm coinciden… Sí, pero sólo si la carga es de 1kOhm. Menos es nada, al menos nos da una idea de por dónde puede andar.

Se definió así por simplicidad: 1V (RMS) es algo fácil de medir y de recordar, lo mismo que son fáciles de recordar 1 kOhmio y 1 mW. Son valores ‘razonables’ en el ámbito de pequeña señal. Pero no olvidéis que sobre otra impedancia que no sean los 1000 Ohm sería distinta la potencia que se generaría, claro. Y es que con los dBV lo que nos importa realmente medir es el nivel de voltaje, no la potencia. 0dBV equivale a hablar de 1V RMS.

Ya os comenté que me gusta pensar también en picos: una senoidal de 1V RMS tiene un nivel de pico de 1,4V aprox.

Finalmente ¿Qué son -10dBV? Partiendo de la tensión 1V RMS que representan los 0dBV, y como -10dB corresponden a una relación 0,1 en potencia y por tanto a una relación 0,316… en amplitud (raíz cuadrada de 0,1), llegamos a que

• -10dBV corresponden a una senoide de 0,316 V RMS o 0,443 V pico

En cuanto a potencia, si asociamos 0dBV a 0dBm (1mW) está claro que -10dBV corresponderá a -10 dBm (0.1mW, realmente muy poca potencia), pero de nuevo sólo valdría considerando impedancia de 1000 Ohm y señal senoidal.

• -10dBV son 0.1mW sólo cuando la carga es 1000 Ohm y la señal senoidal

Sobre cualquier otro tipo de carga o señal serían otros valores de potencia en mW, pero siempre -10dBV sería 10 veces menos potencia que 0dBV. Por si en algún momento necesitáis relacionarlo con potencia, nos puede quedar la idea de que con cargas que ronden los 1000 Ohm hablar del estándar -10dBV es hablar de 0.1mW ante señal senoidal (3dB más con cuadrada). Si la carga rondara los 100 Ohm (cuanta menor carga mayor potencia en una relación que es lineal) volveríamos a tener 1 mW: la carga ha bajado diez veces, y por tanto la potencia ha subido en esa misma proporción. Si la carga fuera de 10kOhm tendríamos una potencia de sólo 0.01W.

La vinculación entre tensión y potencia, entre dBV y dBm, es por lo tanto muy leve. Totalmente dependiente de la carga (o impedancia) así como de la forma de la señal que estemos considerando, y que muy pocas veces va a ser senoidal salvo en pruebas de laboratorio. Pero es que en este ámbito ya decíamos que no es la potencia lo que nos interesa caracterizar, sino el nivel de las señales, su amplitud.

Vamos también aquí a empezar por pensar no en los +4dBu sino en la referencia 0dBu.

0dBu se ha definido como el voltaje que hace falta tenga una senoide para que sobre una carga de 600 Ohm genere 1mW (o lo que es lo mismo 0dBm). Y resulta ser una senoide de 0,775 V RMS que correspondería a un voltaje de 1,1 V pico. Fijaos que, curiosamente, es ¡más bajo! que el que correspondía a 0dBV, a pesar de que el nivel pro es más alto que el doméstico. Pero claro: falta considerar que el nivel pro son +4dBu y el consumo -10dBV, haciendo que se vuelvan las tornas.

El porqué de esa carga de 600 ohmios tiene que ver con cierto tipo de líneas que históricamente fueron importantes. El dBu se inventó para líneas telefónicas, de 600 ohmios y pequeña señal. Tenía sentido por tanto considerar como referencia 1mW y valorar qué nivel de tensión existía en esas condiciones. Ante cargas de 600 Ohm, el valor en dBu y en dBm coincide.

Pero como nivel para audio profesional no usamos los 0dBu, sino los +4dBu.

De forma equivalente a lo que hemos comentado para el nivel audio doméstico, en el caso del estándar de nivel profesional:

• +4 dBu corresponden a una senoide de 1,23 V RMS y portanto una tensión 1,74 V pico

Y si queréis asociarlo a alguna idea de potencia, dicha tensión, en el caso senoidal, desarrolla una potencia de 2,51 mW pero sólo cuando la carga sea de 600 Ohm.

• +4 dBu corresponden a 2,51mW si la carga es 600 Ohm y la señal senoidal

Vuelvo a insistir en el interés que deberíamos tener por el valor pico, que es por lo que lo acompaño al más habitual valor RMS. Lo del valor RMS senoidal no nos importa tanto como el valor pico. Nuestras señales no van a ser senoidales, salvo al hacer algún test de equipos en plan laboratorio. Según el tipo de señal que manejemos podría llegar a haber picos muy destacados, por ejemplo en el habla o en una guitarra acústica con púa. Y lo que nos tiene que interesar es asegurar que no nos salimos del margen de funcionamiento correcto de los sistemas, cuyo límite viene asociado al pico.

Lo veremos con detalle en la siguiente entrega, ya os dije que hoy sólo queríamos definir estos niveles habituales en audio y la diferencia que los separa.

No hay que confundir la diferencia entre esos dos niveles concretos, con la diferencia que separa una medida en dBV y en dBu.

Recordad que 0dBu correspondían a 0,775 V RMS senoidales (1,095 V pico) mientras 0dBV correspondía a una tensión más grande de 1V RMS senoidal y un nivel de pico de 1,4V aprox. Esa diferencia entre tensiones expresada en dB sería de 2,218dB. Como el dBu es una unidad algo más pequeña en valor que el dBV, el nivel de una determinada señal expresado en dBu tendrá un valor 2,21 dB más alto que expresado en dBV.

Cosa distinta es la distancia que separa los dos niveles diferentes de referencia -10dBV (un nivel bastante más bajo que 0dBV) y +4 dBu (algo más alto que los 0dBu). Concretamente, y recordando lo ya presentado:

• -10 dBV: 0,443 V (pico) o una senoide de 0,316 V (RMS)
• +4 dBu: 1,736 V (pico) o una senoide de 1,228 V (RMS)

Por lo que queda claro que +4dBu implica un nivel de voltaje casi unas 4 veces más fuerte que -10dBV. Y por tanto corresponderá a una potencia unas 16 veces más fuerte (una diferencia de aprox. 12 dB entre ambos niveles). Para ser más precisos 10 + 4 - 2,218 o lo que es lo mismo unos 11,782 dB más fuerte la señal ‘pro’ frente a la ‘consumo’. A efectos prácticos, unos 12 dB.

Lo podéis obtener también como resultado de esta representación gráfica:

Para los que hayáis tenido la paciencia de aguantar, viene un caramelo. Tenéis una calculadora para convertir entre unos y otros valores, jugando con dBu, dBV, tensión pico y RMS, forma de onda, e cincluso con la impedancia, la potencia y los dBm, en la web de Analog Devices.

Las relaciones en voltaje hablan no tienen en cuenta el efecto de ‘carga’ o impedancia, mientras las relaciones en potencia sí. Así que la medida en dBm será coincidente con la medida en dBV o en dBu sólo en el caso de que la impedancia sea de 1000 o 600 Ohms, respectivamente. Y realmente pocas veces vamos a tener cargas de exactamente 1000 o 600 Ohm, así que la mayor parte de las veces la relación no es tan simple. Esa calculadora os ayudará a realizar este tipo de conversiones.