Децибелы относительно полной шкалы ( DBFs или дБ FS ) является единицей измерения для уровней амплитуды в цифровых системах, таких как импульсно-кодовой модуляции (PCM), которые имеют определенный максимальный пиковый уровень. Единица измерения аналогична единицам дБов и децибел относительно перегрузки ( дБО ). [1]
Уровень 0 dBFS назначается максимально возможному цифровому уровню. [2] Например, сигнал, который достигает 50% максимального уровня, имеет уровень –6 дБ полной шкалы, что на 6 дБ ниже полной шкалы. Условные обозначения различаются для средних квадратного корня (RMS) измерений, но все пиковые измерения меньше , чем максимальные отрицательные уровни.
Цифровой сигнал, который не содержит никаких отсчетов при 0 dBFS, все еще может обрезаться при преобразовании в аналоговую форму из-за интерполяции процесса восстановления сигнала между отсчетами. [3] Этого можно избежать, если тщательно спроектировать схему цифро-аналогового преобразователя . [4] Измерения истинных пиковых уровней между выборками обозначаются как dBTP или dB TP («истинный пик в децибелах»). [5] [6]
Уровни RMS
Поскольку пиковое измерение не полезно для оценки шумовых характеристик системы [7] или измерения громкости аудиозаписи, например, вместо этого часто используются измерения RMS.
Существует возможность неоднозначности при назначении уровня по шкале dBFS форме волны, а не конкретной амплитуде, потому что некоторые инженеры следуют математическому определению RMS, которое на -3 дБ ниже пикового значения, в то время как другие выбирают опорный уровень, поэтому что среднеквадратичные и пиковые измерения синусоидальной волны дают одинаковый результат. [8] [9] [10] [11] [12]
Единица измерения дБ FS или дБFS определена в стандарте AES AES17-1998, [13] IEC 61606, [14] и Рекомендациях ITU-T. P.381 [15] и P.382, [16] так , что среднеквадратичное значение полномасштабной синусоидальной волны обозначается 0 дБ полной шкалы . Это означает, что полномасштабная прямоугольная волна будет иметь среднеквадратичное значение +3 дБ полной шкалы. [17] [18] Это соглашение используется в спецификациях цифровых микрофонов Wolfson [19] и Cirrus Logic [20] и т. Д.
Единица дБov определена в стандарте телефонии ITU-T G.100.1 таким образом, что среднеквадратичное значение полномасштабной прямоугольной волны обозначается 0 дБov. [21] [22] Все возможные измерения дБov являются отрицательными числами, и синусоида не может существовать при значении среднеквадратичного значения, превышающем –3 дБov, без ограничения . [21] Это устройство может применяться как в аналоговых, так и в цифровых системах. [21] Это соглашение является основой для единицы громкости LUFS ITU [23], а также используется в измерителях Sound Forge [10] и Euphonix [24], а также в технических характеристиках цифровых микрофонов Analog Devices [25] (хотя и упоминается как « dBFS ").
Динамический диапазон
Измеренный динамический диапазон цифровой системы - это отношение уровня сигнала полной шкалы к минимальному среднеквадратичному уровню шума . Теоретический минимальный уровень шума вызван шумом квантования . Обычно это моделируется как равномерное случайное колебание между -1 ⁄ 2 LSB и + 1 ⁄ 2 младшего разряда. (Только определенные сигналы вызывают однородные случайные колебания, поэтому эта модель обычно, но не всегда, точна.) [26]
Поскольку динамический диапазон измеряется относительно уровня RMS полномасштабной синусоидальной волны, динамический диапазон и уровень этого шума квантования в dBFS можно оценить по той же формуле (хотя и с обратным знаком):
Значение n равно разрешающей способности системы в битах или разрешающей способности системы минус 1 бит (ошибка измерения). Например, 16-битная система имеет теоретический минимальный уровень шума -98,09 дБ полной шкалы относительно полномасштабной синусоидальной волны:
В любом реальном преобразователе дизеринг добавляется к сигналу перед дискретизацией. Это устраняет эффекты неоднородной ошибки квантования , но увеличивает минимальный уровень шума.
История
Фраза «дБ ниже полной шкалы» появилась в печати с 1950-х годов [27] [28] [29], а термин «dBFS» использовался с 1977 года [30].
Хотя децибел (дБ) разрешен для использования вместе с единицами Международной системы единиц (СИ), dBFS - нет. [31]
Аналоговые уровни
dBFS не определен для аналоговых уровней в соответствии со стандартом AES-6id-2006. Нет единого стандарта для преобразования между цифровым и аналоговым уровнями, в основном из-за различных возможностей различного оборудования. Величина передискретизации также влияет на преобразование со слишком низкими значениями, имеющими значительную ошибку. Уровень преобразования выбран как лучший компромисс для типичного запаса по мощности и уровней сигнал / шум рассматриваемого оборудования. Примеры: [32] [33] [34]
- EBU R68 используется в большинстве европейских стран, указывая +18 dBu при 0 dBFS.
- В Европе EBU рекомендует, чтобы уровень -18 dBFS соответствовал уровню выравнивания .
- Вещательные компании Великобритании, уровень выравнивания принимается равным 0 дБн (PPM 4 или −4 VU)
- Американский стандарт SMPTE определяет -20 дБFS как уровень выравнивания .
- Европейская и британская калибровка для Post & Film [ требуется пояснение ] : –18 dBFS = 0 VU.
- Установки в США используют +24 дБу для 0 дБ полной шкалы.
- Почта США и Австралии: −20 дБFS = 0 VU = +4 дБн.
- В Японии, Франции и некоторых других странах преобразователи могут быть откалиброваны на +22 дБн при 0 дБ полной шкалы.
- Спецификация BBC: −18 дБFS = PPM "4" = 0 дБн
- Немецкий ARD и студия, PPM +6 дБн = −10 (−9) дБFS. +16 (+15) дБн = 0 дБ полной шкалы. Нет VU.
- Бельгия VRT: 0 дБ (исх. VRT) = +6 дБн; −9 дБFS = 0 дБ (для справки VRT); 0 дБFS = +15 дБн.
Смотрите также
- Битовая глубина звука
- Битрейт
- Полная шкала
Рекомендации
- ^ М. Терстон, A; Х. Пирс, Т; Д. Хигман, М; Хоксфорд, Малкольм (1993-01-01), Bandpass Sigma Delta AD Conversion , стр. 259–281, ISBN 9781441951311, получено 2018-07-27 ,
Во всех случаях эталонный уровень мощности, используемый для измерений, будет точкой перегрузки рассматриваемого преобразователя, а цифры будут указаны в дБО.
- ^ Прайс, Джим. «Понимание дБ» . Профессиональное аудио . Проверено 13 марта 2007 .
- ^ Nielsen, Søren H .; Лунд, Томас. «Уровни 0dBFS + в цифровом мастеринге» (PDF) . TC Electronic A / S . Дания.
пики между выборками могут быть значительно выше 0dBFS.
- ^ Олдрич, Ника (июль 2003 г.). «Цифровые искажения на компакт-дисках и DVD-дисках: последствия использования традиционных цифровых измерителей пиковых значений» (PDF) . Trillium Lane Labs. Архивировано из оригинального (PDF) 16 августа 2010 года . Проверено 20 ноября 2010 года .
- ^ «BS.1770-4 (10/2015): Алгоритмы для измерения громкости аудиопрограммы и истинного пикового уровня звука» . Международный союз электросвязи . Проверено 27 июля 2018 .
Измерители, которые ... используют частоту дискретизации с передискретизацией не менее 192 кГц, должны показывать результат в единицах дБ TP [что] означает децибелы относительно 100% полной шкалы, истинного пикового измерения.
- ^ «Терминология для громкости и уровня dBTP, LU и все такое - BBC R&D» . BBC . Проверено 27 июля 2018 .
Как видно из рисунка, если пиковые значения выборки равны 0 dBFS, истинный пик будет выше 0 dBTP.
- ^ Дэвидсон, Дж. (1961). «Измерители среднего и RMS для измерения шума». IRE Транзакции на Аудио . AU-9 (4): 108–111. DOI : 10,1109 / tau.1961.1166333 . ISSN 0096-1981 .
Делается вывод, что значимые величины находятся путем измерения среднеквадратичных значений. ... Здесь могут возразить, что другие измерения, в частности измерения пикового напряжения или размаха напряжения, также важны. Это правда, но не с принятой здесь точки зрения. Такие измерения применимы только к области нелинейных откликов, таких как пробой диэлектрика и т. Д.
- ^ «Настройки RMS» (PDF) . Adobe Audition - Руководство пользователя для Windows . Adobe . 2003. Архивировано из оригинального (PDF) 27 января 2007 года . Проверено 16 марта 2007 . - Допускается «0 дБ = синусоидальная волна полной шкалы» или «0 дБ = прямоугольная волна полной шкалы».
- ^ «Ссылка 0 Db» . Руководство пользователя активного монитора уровня голоса / шума . GL Communications, Inc . Проверено 16 марта 2007 . - Опорное значение «0 дБ» может быть либо «FS Sine Wave», либо «FS Square1 1Wave».
- ^ а б Кац, Роберт (2000-10-28). «Определено нулевое значение dBFS» . Цифровой домен . Проверено 11 июня 2017 .
Этот метод дает результат -3 дБ для полномасштабной синусоидальной волны и 0 дБ для полной прямоугольной волны. Sound Forge использует этот метод.
- ^ «A / 85 - Методы установления и поддержания громкости звука для цифрового телевидения - ATSC» . ATSC . Проверено 27 июля 2018 .
многие программы показывают уровень на виртуальных измерителях с помощью обычного расчета среднеквадратичного значения, что приводит к показанию синусоидальной волны полной шкалы -3,01 дБ полной шкалы, что неверно в контексте этого документа.
- ^ «LUFS, dBFS, RMS ... WTF?!? Как читать новые измерители громкости - Производственный совет» . Консультации по производству . 2013-01-08 . Проверено 27 июля 2018 .
- ^ «Стандарт AES» AES17-2015: Стандартный метод AES для цифровой аудиотехники - Измерение цифрового аудиооборудования » . www.aes.org . Проверено 29 апреля 2016 .
Поскольку определение полной шкалы основано на синусоиде, с прямоугольными тестовыми сигналами можно будет считывать до + 3,01 дБ полной шкалы.
- ^ «IEC 61606-3: 2008 Аудио и аудиовизуальное оборудование. Цифровые аудиокомпоненты. Основные методы измерения звуковых характеристик. Часть 3. Профессиональное использование» . Международная электротехническая комиссия . 2008 . Проверено 27 июля 2018 .
среднеквадратичная амплитуда синусоиды ... 997 Гц, пиковая положительная выборка которой только что достигает положительной цифровой полной шкалы ... определяется как 0 дБ полной шкалы
- ^ «P.381 (03/17): Технические требования и методы испытаний для универсального проводного интерфейса гарнитуры или наушников цифровых мобильных терминалов» . Международный союз электросвязи . 2017 . Проверено 27 июля 2018 .
0 dBFS представляет собой среднеквадратичный (RMS) уровень полномасштабного синусоидального сигнала.
- ^ «P.382 (07/16): Технические требования и методы испытаний для многоканальных проводных гарнитур или интерфейсов наушников цифровых беспроводных терминалов» . Международный союз электросвязи . Проверено 27 июля 2018 .
0 dBFS представляет собой среднеквадратичный (RMS) уровень полномасштабного синусоидального сигнала.
- ^ Цифровые и аналоговые единицы измерения для цифровых КМОП-микросхем микрофонного предусилителя ASIC ( Analog Devices ) - «Определение 0 дБFS как полномасштабной синусоидальной волны используется несколькими аудиоанализаторами, а среднеквадратичные и пиковые значения в цифровой области для синусоиды волны одинаковы для этих анализаторов.… Таким образом, прямоугольная волна, верх и низ которой находятся на максимальных цифровых кодах, имеет среднеквадратичное значение 1,414 FFS или 3,01 дБFS "
- ^ «10 аудиозаписей» . Тонмейстер. 23 октября 2011 . Проверено 30 января 2016 .
- ^ «Техническое описание WM7216E» (PDF) . Май 2016.
Обратите внимание, что, поскольку определение FSR основано на синусоидальной волне, можно поддерживать выходной тестовый сигнал прямоугольной формы с уровнем + 3dBFS.
[ постоянная мертвая ссылка ] - ^ «Техническое описание CS7250B» (PDF) .
Обратите внимание, что, поскольку определение FSR основано на синусоидальной волне, можно поддерживать выходной тестовый сигнал прямоугольной формы с уровнем +3 dBFS.
- ^ а б в «G.100.1 (06/15): Использование децибел и относительных уровней в электросвязи в речевом диапазоне» . Международный союз электросвязи . Проверено 27 июля 2018 .
Таким образом, уровень тона с цифровой амплитудой (пиковым значением) x превышает L = –3,01 дБov.
- ^ Зопф, Роберт. «Полезная нагрузка транспортного протокола реального времени (RTP) для комфортного шума (CN)» . tools.ietf.org . Проверено 30 апреля 2016 .
Например, в случае системы с u-закономерностью опорным сигналом будет прямоугольная волна ... и это ... представляет 0dBov.
- ^ «BS.1770-4 (10/2015): Алгоритмы для измерения громкости аудиопрограммы и истинного пикового уровня звука» . Международный союз электросвязи . 2015 . Проверено 27 июля 2018 .
Если ко входу ... применяется синусоидальная волна 0 дБ FS, 1 кГц ..., указанная громкость будет равна -3,01 LKFS.
- ^ «Примечание по применению 1: Измерение в Системе 5: пиковое и среднее значение» (PDF) . Январь 2002 г.
По логарифмической шкале дБ разница между пиком синусоидальной волны и средним среднеквадратичным уровнем составляет 3 дБ. Euphonix основывает свои измерения на системе измерения Audio Precision, которая придерживается методики среднего RMS.
- ^ «Понимание чувствительности микрофона» . Аналог . Проверено 30 января 2016 .
поэтому выходной сигнал цифрового микрофона необходимо масштабировать от пикового до среднеквадратичного за счет уменьшения значения dBFS. Для синусоидального входа среднеквадратичный уровень составляет 3 дБ (логарифмическая мера (FS√2) ниже пикового уровня ... Синусоидальный входной сигнал 94 дБ SPL даст пиковый выходной уровень –26 дБ полной шкалы или –29 дБ полной шкалы. среднеквадратичный уровень.
- ^ Уоткинсон, Джон (2001). Искусство цифрового аудио, 3-е издание . Focal Press. ISBN 978-0-240-51587-8.
- ^ Автоматический контроль . Издательство Reinhold Publishing Corporation. 1957-01-01.
- ^ Журнал Hewlett-Packard . Компания Hewlett-Packard. 1962-01-01.
- ^ Главный радиоэкспериментатор . Генеральная радиокомпания. 1969-01-01.
- ^ Роберт, Таламбирас (1977-05-01). «Некоторые соображения при проектировании систем оцифровки звука с широким динамическим диапазоном» .
При работе с аналого-цифровыми преобразователями удобно определять опорное значение 0 дБ для синусоидальной волны полной шкалы. ... Шум квантования в полосе Найквиста для 16-битного преобразователя будет -98.08dbFS
Цитировать журнал требует|journal=
( помощь ) - ^ Тейлор 1995, Руководство по использованию Международной системы единиц (СИ), Специальная публикация NIST SP811
- ^ http://wiki.ibs.org.uk/faq/index.php?title=dBFS#dBFS [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Эберхард Зенгпиль. «Преобразование уровня децибел (дБ) в вольт» . Sengpiel Audio . Проверено 30 января 2016 .
- ^ http://www.broadcastpapers.com/whitepapers/paper_loader.cfm?pid=393 [ постоянная мертвая ссылка ]
Внешние ссылки
- Определение AES Pro Audio Reference для dBFS
- dBFS - Глоссарий Sweetwater