дБФС
Децибелы относительно полной шкалы ( dBFS или dBFS ) — это единица измерения уровней амплитуды в цифровых системах, таких как импульсно-кодовая модуляция (PCM), которые имеют определенный максимальный пиковый уровень. Единица аналогична единицам дБов и децибелам относительно перегрузки ( дБО ). [1]
Уровень 0 dBFS присваивается максимально возможному цифровому уровню. [2] Например, сигнал, достигающий 50 % от максимального уровня, имеет уровень −6 дБFS, что на 6 дБ ниже полной шкалы. Правила различаются для среднеквадратичных измерений (RMS), но все пиковые измерения, меньшие максимального значения, являются отрицательными уровнями.
Цифровой сигнал, который не содержит выборок с уровнем 0 дБFS, все равно может обрезаться при преобразовании в аналоговую форму из-за процесса реконструкции сигнала , интерполирующего между выборками. [3] Этого можно избежать путем тщательного проектирования схемы цифро-аналогового преобразователя . [4] Измерения истинных пиковых уровней между выборками обозначаются как dBTP или dB TP («истинный пик в децибелах»). [5] [6]
Среднеквадратические уровни
[ редактировать ]Поскольку пиковое измерение бесполезно для оценки шумовых характеристик системы, [7] или при измерении громкости аудиозаписи, например, вместо этого часто используются измерения среднеквадратичного значения.
Потенциальная неоднозначность существует при назначении уровня по шкале dBFS форме сигнала, а не конкретной амплитуде, поскольку некоторые инженеры следуют математическому определению среднеквадратичного значения, которое для синусоидальных сигналов на 3 дБ ниже пикового значения, в то время как другие выбирают эталонное значение. уровень так, чтобы среднеквадратичные и пиковые измерения синусоидальной волны давали одинаковый результат. [8] [9] [10] [11] [12]
Единица измерения dBFS или dBFS определена в стандарте AES AES17-1998. [13] МЭК 61606, [14] и Рекомендации МСЭ-Т. стр.381 [15] и стр.382, [16] так, что среднеквадратичное значение полномасштабной синусоидальной волны обозначается как 0 дБ полной шкалы. Это означает, что полномасштабная прямоугольная волна будет иметь среднеквадратичное значение +3 дБ полной шкалы. [17] [18] Это соглашение используется в Wolfson [19] и Циррус Логик [20] характеристики цифрового микрофона и т. д.
Единица измерения dBov определена в стандарте телефонии ITU-T G.100.1 таким образом, что среднеквадратичное значение полномасштабного прямоугольного сигнала обозначается как 0 dBov. [21] [22] Все возможные измерения dBov являются отрицательными числами, и синусоидальная волна не может существовать при среднеквадратичном значении, превышающем −3 dBov, без ограничения . [21] Это устройство может применяться как к аналоговым, так и к цифровым системам. [21] ITU Это соглашение является основой для единицы громкости LUFS . [23] а также используется в Sound Forge [10] и счетчики Euphonix, [24] и характеристики цифрового микрофона Analog Devices [25] (хотя и называется «dBFS»).
Динамический диапазон
[ редактировать ]Измеренный динамический диапазон (DR) цифровой системы представляет собой отношение полномасштабного уровня сигнала к среднеквадратичному уровню шума . Теоретический минимальный уровень шума обусловлен шумом квантования . Обычно это моделируется как равномерное случайное колебание между — 1 ⁄ 2 младшего разряда и + 1 ⁄ 2 младшего разряда. (Только определенные сигналы производят однородные случайные колебания, поэтому эта модель обычно, но не всегда, точна.) [26]
Поскольку динамический диапазон измеряется относительно среднеквадратического уровня полномасштабной синусоидальной волны, динамический диапазон и уровень этого шума квантования в dBFS можно оценить по одной и той же формуле (хотя и с обратным знаком):
Значение n равно разрешению системы в битах или разрешению системы минус 1 бит (ошибка измерения). Например, 16-битная система имеет теоретический минимальный уровень шума -98,09 дБFS относительно полномасштабной синусоидальной волны:
В любом реальном преобразователе дизеринг перед дискретизацией к сигналу добавляется . Это устраняет влияние неравномерной ошибки квантования , но увеличивает минимальный уровень шума.
История
[ редактировать ]Фраза «дБ ниже полной шкалы» появилась в печати с 1950-х годов. [27] [28] [29] а термин «dBFS» используется с 1977 года. [30]
Хотя децибел (дБ) разрешено использовать вместе с единицами Международной системы единиц (СИ), дБFS — нет. [31]
Аналоговые уровни
[ редактировать ]dBFS не определен для аналоговых уровней согласно стандарту AES-6id-2006. Не существует единого стандарта, обеспечивающего преобразование цифрового и аналогового уровней, в основном из-за разных возможностей различного оборудования. Величина передискретизации также влияет на преобразование: слишком низкие значения имеют значительную ошибку. Уровень преобразования выбран как лучший компромисс для типичного запаса мощности и уровня сигнал/шум рассматриваемого оборудования. Примеры: [32] [33] [34]
- EBU R68 используется в большинстве европейских стран, определяя +18 дБн при 0 дБ полной шкалы.
- В Европе EBU рекомендует, чтобы −18 dBFS соответствовало уровню выравнивания .
- Вещательные компании Великобритании, уровень выравнивания принимается равным 0 дБ (PPM 4 или −4 VU).
- Американский стандарт SMPTE определяет уровень выравнивания –20 дБFS .
- Калибровка в Европе и Великобритании для Post & Film [ нужны разъяснения ] составляет −18 дБFS = 0 ВУ.
- В установках в США используется +24 дБн при 0 дБ полной шкалы.
- Почта Америки 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 dBu = −10 (−9) dBFS. +16 (+15) дБу = 0 дБFS. Нет ВУ.
- Бельгия VRT: 0 дБ (исх. VRT) = +6 дБн; −9 дБFS = 0 дБ (опорное значение VRT); 0 дБFS = +15 дБн.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ М. Терстон, А; Х. Пирс, Т; Д. Хигман, М; Хоксфорд, Малкольм (1993-01-01), Bandpass Sigma Delta AD Conversion , Springer, стр. 259–281, ISBN 9781441951311 , получено 27 июля 2018 г. ,
Во всех случаях опорным уровнем мощности, используемым для измерений, будет точка перегрузки рассматриваемого преобразователя, а цифры будут указаны в дБ0.
- ^ Прайс, Джим. «Понимание дБ» . Профессиональное аудио . Проверено 13 марта 2007 г.
- ^ Нильсен, Сорен Х.; Лунд, Томас. «Уровни 0dBFS+ в цифровом мастеринге» (PDF) . ТК Электроник А/С . Дания. Архивировано из оригинала (PDF) 2 мая 2019 г. Проверено 27 июля 2018 г.
межвыборочные пики могут быть значительно выше 0dBFS.
- ^ Олдрич, Ника (июль 2003 г.). «Цифровые искажения на компакт-дисках и DVD: последствия традиционных цифровых измерителей пиков» (PDF) . Лаборатории Триллиум Лейн. Архивировано из оригинала (PDF) 16 августа 2010 г. Проверено 20 ноября 2010 г.
- ^ «BS.1770-4 (10/2015): Алгоритмы измерения громкости аудиопрограмм и истинного пикового уровня звука» . Международный союз электросвязи . Проверено 27 июля 2018 г.
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 измерения истинного пика.
- ^ «Терминология громкости и уровня dBTP, LU и все такое — BBC R&D» . Би-би-си . Январь 2011 года . Проверено 27 июля 2018 г.
Как видно из рисунка, если пиковые значения выборки составляют 0 dBFS, истинный пик будет выше 0 dBTP.
- ^ Дэвидсон, Дж. (1961). «Измерители среднего и среднеквадратического значения для измерения шума». Транзакции IRE по аудио . АУ-9 (4): 108–111. дои : 10.1109/tau.1961.1166333 . ISSN 0096-1981 .
делается вывод, что значимые величины находятся путем среднеквадратичных измерений. ... Здесь можно возразить, что другие измерения, в частности измерения пикового или размаха напряжения, также имеют значение. Это верно, но не с принятой здесь точки зрения. Такие измерения применимы только к области нелинейного отклика, например, пробоя диэлектрика и т.п.
- ^ «Настройки RMS» (PDF) . Adobe Audition – Руководство пользователя для Windows . Adobe . 2003. Архивировано из оригинала (PDF) 27 января 2007 г. Проверено 16 марта 2007 г. - Допускается «0 дБ = синусоидальная волна FS» или «0 дБ = прямоугольная волна FS»
- ^ «Справочник 0 дБ» . Руководство пользователя монитора уровня активного голоса/шума . ГЛ Коммуникейшнс, Инк . Проверено 16 марта 2007 г. - Опорное значение «0 дБ» может быть либо «FS Sine Wave», либо «FS Square1 1Wave».
- ^ Перейти обратно: а б Кац, Роберт (28 октября 2000 г.). «Определено ноль dBFS» . Цифровой домен . Проверено 11 июня 2017 г.
Этот метод дает результат -3 дБ для полномасштабной синусоидальной волны и 0 дБ для полномасштабной прямоугольной волны. Sound Forge использует этот метод.
- ^ «A / 85 - Методы установления и поддержания громкости звука для цифрового телевидения - ATSC» . АТСК . Проверено 27 июля 2018 г.
многие программы показывают уровень на виртуальных счетчиках посредством обычного расчета среднеквадратичного значения, что приводит к полномасштабному показанию синусоидальной волны -3,01 дБ полной шкалы, что неверно в контексте данного документа.
- ^ «LUFS, dBFS, RMS… WTF?!? Как читать новые измерители громкости — Production Advice» . Производственный совет . 08.01.2013 . Проверено 27 июля 2018 г.
- ^ «Стандарт AES » AES17-2015: Стандартный метод AES для цифровой аудиотехники — Измерение цифрового аудиооборудования» . www.aes.org . Проверено 29 апреля 2016 г.
Поскольку определение полной шкалы основано на синусоидальном сигнале, с помощью прямоугольных тестовых сигналов можно будет считывать до + 3,01 дБ полной шкалы.
- ^ «IEC 61606-3:2008 Аудио и аудиовизуальное оборудование. Детали цифрового звука. Основные методы измерения характеристик звука. Часть 3. Профессиональное использование» . Международная электротехническая комиссия . 2008 год . Проверено 27 июля 2018 г.
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 универсальной проводной гарнитуры или интерфейса наушников цифровых мобильных терминалов» . Международный союз электросвязи . 2017 . Проверено 27 июля 2018 г.
0 dBFS представляет среднеквадратический уровень (RMS) полномасштабного синусоидального сигнала.
- ^ «P.382 (07/16): Технические требования и методы испытаний многомикрофонных проводных гарнитур или интерфейсов наушников цифровых беспроводных терминалов» . Международный союз электросвязи . Проверено 27 июля 2018 г.
0 dBFS представляет собой среднеквадратичный (RMS) уровень полномасштабного синусоидального сигнала.
- ^ Цифровые и аналоговые единицы измерения для цифровых КМОП-микрофонных предусилителей ASIC ( аналоговые устройства ) - «Определение 0 дБFS как полномасштабной синусоидальной волны используется несколькими аудиоанализаторами, а среднеквадратичные и пиковые значения в цифровой области для синусоидальной волны волны одинаковы для этих анализаторов… Таким образом, прямоугольный сигнал, верхняя и нижняя часть которого находятся на максимальных цифровых кодах, имеет среднеквадратичное значение 1,414 FFS или 3,01 dBFS».
- ^ «10 Аудиозапись» . Тонмейстер. 23 октября 2011 года . Проверено 30 января 2016 г.
- ^ «Техническое описание WM7216E» (PDF) . Май 2016 г.
Обратите внимание: поскольку определение FSR основано на синусоидальном сигнале, можно поддерживать выходной тестовый сигнал прямоугольной формы с уровнем +3 дБFS.
[ постоянная мертвая ссылка ] - ^ «Техническое описание CS7250B» (PDF) .
Обратите внимание: поскольку определение FSR основано на синусоидальном сигнале, можно поддерживать выходной тестовый сигнал прямоугольной формы, уровень которого составляет +3 дБFS.
- ^ Перейти обратно: а б с «G.100.1 (06/15): Использование децибел и относительных уровней в телекоммуникациях в речевом диапазоне» . Международный союз электросвязи . Проверено 27 июля 2018 г.
уровень тона с цифровой амплитудой (пиковым значением) x выше L= –3,01 дБов. Следовательно,
- ^ Цопф, Роберт (2002). «Полезная нагрузка транспортного протокола реального времени (RTP) для комфортного шума (CN)» . www.tools.ietf.org . дои : 10.17487/RFC3389 . Проверено 30 апреля 2016 г.
Например, в случае системы с U-характеристикой опорным сигналом будет прямоугольная волна... и это... представляет собой 0dBov.
- ^ «BS.1770-4 (10/2015): Алгоритмы измерения громкости аудиопрограмм и истинного пикового уровня звука» . Международный союз электросвязи . 2015 . Проверено 27 июля 2018 г.
Если на вход ... подается синусоидальная волна 0 дБ FS, 1 кГц..., то индикаторная громкость будет равна −3,01 LKFS.
- ^ «Примечание по применению 1: Измерение по системе 5: пиковое и среднее значение» (PDF) . Январь 2002 г.
В логарифмическом масштабе дБ разница между пиком синусоидальной волны и среднеквадратичным уровнем составляет 3 дБ. Euphonix основывает свои измерения на системе измерения Audio Precision, которая придерживается метода среднеквадратического значения.
- ^ «Понимание чувствительности микрофона» . Аналог . Проверено 30 января 2016 г.
поэтому выход цифрового микрофона необходимо масштабировать от пикового до среднеквадратичного значения путем снижения значения dBFS. Для синусоидального входа среднеквадратичный уровень составляет 3 дБ (логарифмическая мера (FS√2) ниже пикового уровня... Синусоидальный входной сигнал SPL 94 дБ даст пиковый выходной уровень –26 dBFS или –29 dBFS. среднеквадратичный уровень.
- ^ Уоткинсон, Джон (2001). Искусство цифрового аудио, 3-е издание . Фокальная пресса. ISBN 978-0-240-51587-8 .
- ^ Автоматическое управление . Издательская корпорация Рейнхольд. 1 января 1957 г.
- ^ Журнал Hewlett-Packard . Компания Хьюлетт-Паккард. 1 января 1962 г.
- ^ Главный радиоэкспериментатор . Генеральная радиокомпания. 1 января 1969 г.
- ^ Роберт, Таламбирас (1 мая 1977 г.). «Некоторые соображения по проектированию систем оцифровки звука широкого динамического диапазона» .
При работе с аналого-цифровыми преобразователями удобно определять опорное значение 0 дБ для синусоидального сигнала от полной шкалы до полной шкалы. ... Шум квантования в полосе Найквиста для 16-битного преобразователя составит -98,08 дБFS.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|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» . Сенгпил Аудио . Проверено 30 января 2016 г.
- ^ http://www.broadcastpapers.com/whitepapers/paper_loader.cfm?pid=393 [ постоянная мертвая ссылка ]