O que é Decibel: Entenda a Escala Logarítmica na Eletrônica e Áudio

Entender o que é decibel é um passo fundamental para qualquer profissional ou entusiasta que deseja dominar a eletrônica, as telecomunicações e a engenharia de som.

Eu vejo frequentemente estudantes confundirem o decibel como uma unidade de medida absoluta, como o metro ou o quilo, mas a realidade é mais fascinante: o decibel é uma unidade de comparação logarítmica que expressa a razão entre duas intensidades ou potências.

Nós utilizamos essa escala porque o ouvido humano e muitos componentes eletrônicos não respondem de forma linear, mas sim logarítmica.

Nesta análise técnica, eu vou detalhar como essa grandeza funciona, por que Alexander Graham Bell foi o precursor desse conceito e como você pode aplicar os cálculos de dB nos seus projetos de circuitos e sistemas de transmissão.

O que é Decibel e qual sua origem histórica

Para compreender o que é decibel, precisamos olhar para a unidade original: o Bel.

Criado nos Laboratórios Bell para quantificar a perda de intensidade do sinal em cabos telefônicos, o Bel era uma unidade considerada grande demais para o uso diário.

Por isso, a engenharia adotou o decibel, que corresponde a um décimo de um Bel.

Eu ressalto que o uso do prefixo “deci” facilita o trabalho com números menores e mais precisos.

Na prática, nós raramente medimos algo em Bels.

O decibel se tornou o padrão global porque permite comprimir escalas vastas de potência em números gerenciáveis, facilitando a leitura de ganhos de amplificação ou atenuações de sinal em longas distâncias de cabeamento.

A natureza logarítmica da audição humana

Nós, seres humanos, percebemos variações de som de forma não linear.

Se eu dobrar a potência de um amplificador, você não sentirá que o volume dobrou.

Para que a percepção auditiva de volume realmente dobre, é necessário um aumento de potência muito maior.

É aqui que entra a escala logarítmica.

O logaritmo permite que representemos a enorme faixa dinâmica do ouvido — que vai do som de uma folha caindo até a decolagem de um jato — em uma escala de 0 a 140 dB.

Sem essa abordagem, teríamos que trabalhar com números na casa dos trilhões, o que tornaria os projetos de eletrônica de áudio impraticáveis e confusos para o cálculo de componentes.

Fundamentos matemáticos e física aplicada ao dB

A matemática por trás do decibel é baseada no logaritmo decimal (base 10).

É essencial diferenciar se estamos tratando de potência ou de grandezas de campo, como tensão e corrente.

Eu utilizo fórmulas distintas para cada caso, pois a potência é proporcional ao quadrado da tensão em sistemas de impedância constante.

Quando falamos em potência, a fórmula que eu aplico é:
dB = 10 * log10(P1 / P0)
P1 = Potência medida;
P0 = Potência de referência;
Resultado em Decibéis (dB)

Já para medidas de tensão (Voltagem), a fórmula sofre uma alteração no multiplicador devido à lei de potência:
dB = 20 * log10(V1 / V0)
V1 = Tensão medida;
V0 = Tensão de referência;
Resultado em Decibéis (dB)

Diferença entre ganho, perda e níveis absolutos

Um ponto que eu sempre reforço na Ibytes é que o dB sozinho não indica um valor fixo, mas sim uma relação.

Se eu digo que um circuito tem um ganho de 3 dB, significa que ele dobrou a potência de entrada.

Se o valor for negativo, como -3 dB, houve uma perda de metade da potência (atenuação).

Entretanto, nós também utilizamos referências fixas para criar medidas absolutas.

Os termos mais comuns que eu encontro em laboratório são:
dBm: Referência de 1 miliwatt (mW) sobre 600 ohms.
dBV: Referência de 1 Volt RMS.
dBu: Referência de 0,775 Volts RMS.
dBSPL: Nível de pressão sonora, usado em acústica.

Aplicações reais em circuitos de áudio e RF

Em projetos de radiofrequência (RF), eu utilizo o decibel para calcular o balanço de link.

Isso inclui o ganho da antena, a perda nos cabos e a sensibilidade do receptor.

Sem o dB, o cálculo de transmissão de dados via satélite ou Wi-Fi seria uma tarefa exaustiva de multiplicações complexas; com o dB, nós apenas somamos e subtraímos valores.

Na engenharia de áudio, o conhecimento sobre o que é decibel permite ajustar a estrutura de ganho de mesas de som e amplificadores.

Eu recomendo sempre manter o nível de sinal (Headroom) adequado para evitar a distorção harmônica, que ocorre quando o sinal atinge o limite do circuito em dB antes da saturação.

Vantagens e limitações do uso da escala dB

A principal vantagem que eu vejo no uso do decibel é a capacidade de encadear estágios de circuitos.

Se eu tenho um pré-amplificador com ganho de 10 dB conectado a um amplificador de potência de 20 dB, o ganho total do sistema é simplesmente 30 dB.

Essa simplicidade aritmética é o que torna o sistema logarítmico tão poderoso na engenharia.

Por outro lado, uma limitação é que a escala logarítmica pode esconder erros grandes se o técnico não estiver atento.

Um erro de apenas 3 dB pode parecer pequeno numericamente, mas na prática representa o dobro ou a metade da energia total do sistema.

É preciso ter precisão matemática ao converter os valores para grandezas lineares quando necessário.

Boas práticas na medição de níveis sonoros

Ao realizar medições de pressão sonora (dBSPL), eu oriento sempre o uso de decibelímetros calibrados.

Existem diferentes curvas de ponderação, como a Curva A (dBA), que simula a resposta do ouvido humano para níveis baixos, e a Curva C (dBC), usada para sons de alta intensidade e baixas frequências.

Eu também sugiro que, em ambientes industriais, o monitoramento seja contínuo.

A exposição prolongada a níveis acima de 85 dB pode causar danos irreversíveis à audição.

Como profissionais de eletrônica, nós temos a responsabilidade de projetar equipamentos que respeitem essas normas de segurança e saúde ocupacional.

Confira mais conteúdos técnicos e tutoriais no canal do YouTube: https://www.youtube.com/@Ibytesbrasil

Perguntas Frequentes sobre Decibéis

O que significa aumentar 3 dB no volume?

Aumentar 3 dB significa que você dobrou a potência elétrica que alimenta os alto-falantes. Embora o som pareça um pouco mais alto, para o ouvido humano ter a sensação de que o volume “dobrou”, o aumento precisaria ser de aproximadamente 10 dB.

O decibel é uma unidade de medida de energia?

Não exatamente. O decibel é uma unidade adimensional que expressa a razão entre duas quantidades de energia ou potência. Ele só se torna uma medida de “valor” quando comparado a uma referência fixa, como no caso do dBm.

Por que usamos logaritmos em vez de porcentagem?

Nós usamos logaritmos porque a resposta da natureza e dos sentidos humanos é logarítmica.

Além disso, trabalhar com somas em dB é muito mais eficiente do que trabalhar com multiplicações de grandes porcentagens em sistemas com múltiplos estágios de amplificação.

Para aprender mais sobre montagens práticas e ver o decibelímetro em ação, assista ao nosso vídeo completo: https://www.youtube.com/watch?v=oOGQpb7fR4w