El mecanismo del oído es capaz de responder tanto a ondas de presión muy pequeñas como a ondas de presión muy grandes en virtud de ser no lineal; es decir, responde mucho más eficientemente a sonidos de amplitud muy pequeña que a sonidos de amplitud muy grande. Debido a la enorme no linealidad del oído en la detección de las ondas de presión, es conveniente utilizar una escala no lineal para describir la intensidad de las ondas sonoras. Dicha escala la proporciona el nivel de intensidad sonora, o nivel de decibelios, de una onda sonora, que se define mediante la ecuación
Aquí L representa los decibelios, que corresponden a una onda sonora arbitraria de intensidad I, medida en vatios por metro cuadrado. La intensidad de referencia I0, que corresponde a un nivel de 0 decibelios, es aproximadamente la intensidad de una onda de 1.000 hertzios de frecuencia en el umbral de la audición: unos 10-12 vatios por metro cuadrado. Dado que la escala de decibelios refleja la función del oído con mayor precisión que una escala lineal, tiene varias ventajas en su uso práctico; éstas se analizan en la sección de audición, más adelante.
Una característica fundamental de este tipo de escala logarítmica es que cada unidad de aumento en la escala de decibelios corresponde a un aumento de la intensidad absoluta por un factor multiplicativo constante. Así, un aumento de la intensidad absoluta de 10-12 a 10-11 vatios por metro cuadrado corresponde a un aumento de 10 decibelios, al igual que un aumento de 10-1 a 1 vatio por metro cuadrado. La correlación entre la intensidad absoluta de una onda sonora y su nivel de decibelios se muestra en la Tabla 1, junto con ejemplos de sonidos en cada nivel. Si se considera que el nivel definitorio de 0 decibelios (10-12 vatios por metro cuadrado) está en el umbral de la audición para una onda sonora con una frecuencia de 1.000 hertzios, entonces 130 decibelios (10 vatios por metro cuadrado) corresponden al umbral de la sensación, o al umbral del dolor. (A veces, el umbral del dolor se da como 120 decibelios, o 1 vatio por metro cuadrado.)
| decibelios | intensidad* | tipo de sonido |
|---|---|---|
| *En vatios por metro cuadrado. | ||
| 130 | Disparo de artillería a corta distancia (umbral de dolor) | |
| 120 | 1 | Música rock amplificada; cerca de un motor de avión | 110 | 10-1 | música orquestal fuerte, en la audiencia | 100 | 10-2 | sierra eléctrica |
| 90 | 10-3 | autobús o camión interior | 80 | 10-4 | 70 | 10-5 | ruido medio de la calle; timbre telefónico fuerte |
| 10-6 | conversación normal; oficina de negocios | 50 | 10-7 | 40 | 10-8 | habitación tranquila en casa | 30 | 10-9 | sala de conferencias tranquila; dormitorio |
| 10-10 | radio, televisión, o estudio de grabación | 10 | 10-11 |
| 10-12 | Silencio absoluto silencio (umbral de audición) | |
Aunque la escala de decibelios no es lineal, es directamente medible, y para ello existen sonómetros. Los niveles sonoros de los sistemas de audio, la acústica arquitectónica y otras aplicaciones industriales se suelen indicar en decibelios.