stringtranslate.com

дБФС

Отсечение цифрового сигнала. Красные линии обозначают полный масштаб, а форма сигнала показана до и после жесткого ограничения (серый и черный контуры соответственно).

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. Соглашения для среднеквадратических измерений (RMS) различаются, но все пиковые измерения, меньшие максимального, 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

Поскольку пиковое измерение бесполезно для оценки шумовых характеристик системы [7] или, например, для измерения громкости аудиозаписи, вместо него часто используются измерения среднеквадратичного значения.

Потенциальная неоднозначность существует при назначении уровня по шкале dBFS для формы сигнала, а не для конкретной амплитуды, поскольку некоторые инженеры следуют математическому определению среднеквадратичного значения, которое для синусоидальных сигналов на -3 дБ ниже пикового значения, в то время как другие выбирают опорный уровень, чтобы среднеквадратические и пиковые измерения синусоидальной волны давали одинаковый результат. [8] [9] [10] [11] [12]

Единица измерения dB FS или dBFS определена в стандарте AES AES17-1998, [13], IEC 61606, [14] и Рекомендациях ITU-T Rec. P.381 [15] и P.382, [16] таким образом, чтобы среднеквадратичное значение полномасштабной синусоидальной волны обозначалось 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 спецификациях цифровых микрофонов Wolfson [19] и Cirrus Logic [20] и т. д.

Единица дБов определена в стандарте телефонии ITU-T G.100.1 таким образом, что среднеквадратичное значение полномасштабного прямоугольного сигнала обозначается как 0 дБов. [21] [22] Все возможные измерения dBov являются отрицательными числами, и синусоидальная волна не может существовать при среднеквадратическом значении, превышающем −3 dBov без ограничения . [21] Данное устройство может применяться как к аналоговым, так и к цифровым системам. [21] Это соглашение является основой для единицы измерения громкости LUFS ITU , [23] и также используется в измерителях Sound Forge [10] и Euphonix, [24] и спецификациях цифровых микрофонов Analog Devices [25] (хотя и называется « дБФС»).

Динамический диапазон

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 LSB и + 1 ⁄ 2 LSB. (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 перед дискретизацией к сигналу добавляется дизеринг . Это устраняет влияние неравномерной 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 «дБFS» используется с 1977 года. [30]

Хотя децибел (дБ) разрешено использовать вместе с единицами Международной системы единиц (СИ), дБFS — нет. [31]

Аналоговые уровни

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 сигнала к шуму рассматриваемого оборудования. Примеры: [32] [33] [34]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ М. Терстон, А; Х. Пирс, Т; Д. Хигман, М; Хоксфорд, Малкольм (1 января 1993 г.), 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.
  2. ^ Прайс, Джим. «Понимание дБ». Профессиональное аудио . Проверено 13 марта 2007 г.
  3. ^ 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.
  4. ^ 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.
  5. ^ «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.
  6. ^ «Терминология громкости и уровня dBTP, LU и все такое - исследования и разработки BBC» . 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.
  7. ^ 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, при пробое диэлектрика и т.п.
  8. ^ «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»
  9. ^ «Справочник по 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».
  10. ^ Аб 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.
  11. ^ «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.
  12. ^ «LUFS, dBFS, RMS... WTF ?!? Как читать новые измерители громкости - Производственные советы» . Производственный совет . 08.01.2013 . Проверено 27 июля 2018 г.
  13. ^ «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.
  14. ^ «IEC 61606-3:2008 Аудио и аудиовизуальное оборудование. Детали цифрового аудио. 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.
  15. ^ «P.381 (17 марта): 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 собой среднеквадратичный уровень (RMS) полномасштабного синусоидального сигнала.
  16. ^ «P.382 (16 июля): 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.
  17. ^ 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».
  18. ^ «10 Аудиозапись». Тонмейстер. 23 октября 2011 года . Проверено 30 января 2016 г.
  19. ^ «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 +3dBFS.[ постоянная мертвая ссылка ]
  20. ^ «Технические данные CS7250B» (PDF) . Обратите внимание: поскольку определение FSR основано на синусоидальной волне, можно поддерживать выходной тестовый сигнал прямоугольной формы, уровень которого составляет +3 дБFS.
  21. ^ abc «G.100.1 (15 июня): Использование децибел и относительных уровней в телекоммуникациях в речевом диапазоне». Международный союз электросвязи . Проверено 27 июля 2018 г. Следовательно, уровень тона с цифровой амплитудой (пиковым значением) x выше L= –3,01 дБов.
  22. ^ 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.
  23. ^ «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 указанная громкость будет равна −3,01 LKFS.
  24. ^ «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.
  25. ^ «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 дБFS или –29 дБFS. среднеквадратичный уровень.
  26. ^ Уоткинсон, Джон (2001). Искусство цифрового аудио, 3-е издание . Фокальная пресса. ISBN 978-0-240-51587-8.
  27. ^ Автоматическое управление. Издательская корпорация Рейнхольд. 1 января 1957 г.
  28. ^ Журнал Hewlett-Packard. Компания Хьюлетт-Паккард. 1 января 1962 г.
  29. ^ Общий радиоэкспериментатор. Генеральная радиокомпания. 1 января 1969 г.
  30. ^ 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}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  31. ^ Тейлор 1995, Руководство по использованию международной системы единиц (СИ), специальная публикация NIST SP811.
  32. ^ http://wiki.ibs.org.uk/faq/index.php?title=dBFS#dBFS [ постоянная неработающая ссылка ]
  33. ^ Эберхард Сенгпиль. «Преобразование уровня децибел (дБ) в вольт». Сенгпил Аудио . Проверено 30 января 2016 г.
  34. ^ http://www.broadcastpapers.com/whitepapers/paper_loader.cfm?pid=393 [ постоянная мертвая ссылка ]

Внешние ссылки