Los decibeles relativos a la escala completa ( dBFS o dBFS ) son una unidad de medida para los niveles de amplitud en sistemas digitales, como la modulación por código de pulsos (PCM), que tienen un nivel de pico máximo definido. La unidad es similar a las unidades dBov y decibeles relativos a la sobrecarga ( dBO ). [1]
El nivel de 0 dBFS se asigna al nivel digital máximo posible. [2] Por ejemplo, una señal que alcanza el 50% del nivel máximo tiene un nivel de −6 dBFS, que es 6 dB por debajo de la escala completa. Las convenciones difieren para las mediciones de raíz cuadrada media (RMS), pero todas las mediciones de pico menores que el máximo son niveles negativos.
Una señal digital que no contiene ninguna muestra a 0 dBFS puede sufrir cortes cuando se convierte a formato analógico debido al proceso de reconstrucción de señal que interpola entre muestras. [3] Esto se puede evitar mediante un diseño cuidadoso del circuito del convertidor digital a analógico . [4] Las mediciones de los niveles pico verdaderos entre muestras se indican como dBTP o dB TP ("pico verdadero en decibeles"). [5] [6]
Dado que una medición de pico no es útil para calificar el rendimiento de ruido de un sistema [7] o medir la sonoridad de una grabación de audio, por ejemplo, a menudo se utilizan en su lugar mediciones RMS.
Existe un potencial de ambigüedad al asignar un nivel en la escala dBFS a una forma de onda en lugar de a una amplitud específica, porque algunos ingenieros siguen la definición matemática de RMS, que para señales sinusoidales es 3 dB por debajo del valor pico, mientras que otros eligen el nivel de referencia para que las mediciones de RMS y pico de una onda sinusoidal produzcan el mismo resultado. [8] [9] [10] [11] [12]
La unidad dB FS o dBFS se define en la norma AES AES17-1998, [13] IEC 61606, [14] y en las Recs. ITU-T P.381 [15] y P.382, [16] de modo que el valor RMS de una onda sinusoidal de escala completa se designa como 0 dB FS. Esto significa que una onda cuadrada de escala completa tendría un valor RMS de +3 dB FS. [17] [18] Esta convención se utiliza en las especificaciones de micrófonos digitales de Wolfson [19] y Cirrus Logic [20] , etc.
La unidad dBov se define en el estándar de telefonía ITU-T G.100.1 de tal manera que el valor RMS de una onda cuadrada de escala completa se designa 0 dBov. [21] [22] Todas las posibles mediciones de dBov son números negativos, y una onda sinusoidal no puede existir en un valor RMS mayor que −3 dBov sin recorte . [21] Esta unidad se puede aplicar tanto a sistemas analógicos como digitales. [21] Esta convención es la base para la unidad de sonoridad LUFS de la ITU , [23] y también se utiliza en Sound Forge [10] y medidores Euphonix, [24] y especificaciones de micrófonos digitales Analog Devices [25] (aunque se denominan "dBFS").
El rango dinámico medido (DR) de un sistema digital es la relación entre el nivel de señal de escala completa y el nivel de ruido RMS . El nivel de ruido mínimo teórico es causado por el ruido de cuantificación . Esto suele modelarse como una fluctuación aleatoria uniforme entre − 1 ⁄ 2 LSB y + 1 ⁄ 2 LSB. (Solo ciertas señales producen fluctuaciones aleatorias uniformes, por lo que este modelo suele ser preciso, aunque no siempre). [26]
Como el rango dinámico se mide en relación con el nivel RMS de una onda sinusoidal de escala completa, el rango dinámico y el nivel de este ruido de cuantificación en dBFS se pueden estimar con la misma fórmula (aunque con signo invertido):
El valor de n es igual a la resolución del sistema en bits o a la resolución del sistema menos 1 bit (el error de medida). Por ejemplo, un sistema de 16 bits tiene un nivel de ruido mínimo teórico de −98,09 dBFS en relación con una onda sinusoidal de escala completa:
En cualquier convertidor real, se añade tramado a la señal antes del muestreo. Esto elimina los efectos del error de cuantificación no uniforme , pero aumenta el nivel mínimo de ruido.
La frase "dB por debajo de la escala completa" ha aparecido impresa desde la década de 1950, [27] [28] [29] y el término "dBFS" se ha utilizado desde 1977. [30]
Aunque se permite el uso del decibel (dB) junto con las unidades del Sistema Internacional de Unidades (SI), no se permite el uso del dBFS. [31]
Según el estándar AES-6id-2006, no se define dBFS para niveles analógicos. No existe un único estándar que convierta entre niveles digitales y analógicos, debido principalmente a las diferentes capacidades de los distintos equipos. La cantidad de sobremuestreo también afecta la conversión, ya que los valores demasiado bajos tienen un error significativo. El nivel de conversión se elige como el mejor compromiso para el margen dinámico y los niveles de señal a ruido típicos del equipo en cuestión. Ejemplos: [32] [33] [34]
En todos los casos el nivel de potencia de referencia utilizado para las medidas será el punto de sobrecarga del convertidor en cuestión, y las cifras se expresarán en dBO.
Los picos entre muestras pueden ser considerablemente más altos que 0dBFS.
Los medidores que... utilizan una frecuencia de muestreo sobremuestreada de al menos 192 kHz, deben indicar el resultado en unidades de dB TP [que] significa decibeles en relación con una medición de pico real del 100 % de la escala completa.
Como se puede ver en la figura, si los valores pico de la muestra son 0 dBFS, el pico verdadero será mayor que 0 dBTP.
Se llega a la conclusión de que las cantidades significativas se encuentran mediante mediciones de RMS. ... En este punto se puede objetar que otras mediciones, en particular las mediciones de voltaje pico a pico, también son significativas. Esto es cierto, pero no desde el punto de vista adoptado aquí. Tales mediciones son aplicables solo al campo de la respuesta no lineal, como la ruptura dieléctrica, etc.
Este método arroja un resultado de -3 dB para una onda sinusoidal de escala completa y de 0 dB para una onda cuadrada de escala completa. Sound Forge utiliza este método.
Muchos programas de software indican el nivel en medidores virtuales mediante un cálculo RMS convencional, lo que genera una lectura de onda sinusoidal de escala completa de -3,01 dB FS, lo cual es incorrecto en el contexto de este documento.
Debido a que la definición de escala completa se basa en una onda sinusoidal, será posible con señales de prueba de onda cuadrada leer hasta +3,01 dB FS.
la amplitud rms de una ... sinusoide de 997 Hz cuyo pico de muestra positiva apenas alcanza la escala completa digital positiva ... se define como 0 dB FS
0 dBFS representa el nivel cuadrático medio (RMS) de una señal sinusoidal de escala completa
0 dBFS representa el nivel de raíz cuadrada media (RMS) de una señal sinusoidal de escala completa.
Tenga en cuenta que, debido a que la definición de FSR se basa en una onda sinusoidal, es posible admitir una salida de señal de prueba de onda cuadrada cuyo nivel sea +3dBFS.[ enlace muerto permanente ]
Tenga en cuenta que, debido a que la definición de FSR se basa en una onda sinusoidal, es posible admitir una salida de señal de prueba de onda cuadrada cuyo nivel sea +3 dBFS.
El nivel de un
tono
con una amplitud digital (valor de pico) de x
sobre
es, por lo tanto, L = –3,01 dBov.
Por ejemplo, en el caso de un sistema de ley u, la referencia sería una onda cuadrada... y esto... representa 0dBov
Si se aplica una onda sinusoidal de 0 dB FS, 1 kHz ... a la entrada ..., la sonoridad indicada será igual a −3,01 LKFS.
En una escala de dB logarítmica, la diferencia entre el pico de una onda sinusoidal y el nivel promedio RMS es de 3 dB. Euphonix basa su medición en el sistema de medición Audio Precision, que se adhiere a la técnica de promedio RMS.
Por lo tanto, la salida de un micrófono digital debe escalarse de pico a rms bajando el valor dBFS. Para una entrada sinusoidal, el nivel rms es 3 dB (la medida logarítmica de (FS√2) por debajo del nivel pico... Una señal de entrada sinusoidal de 94 dB SPL dará un nivel de salida pico de -26 dBFS, o un nivel rms de -29 dBFS.
Es conveniente, cuando se trabaja con convertidores A/D, definir una referencia de 0 dB para una onda sinusoidal de escala completa a escala completa. ... El ruido de cuantificación en el ancho de banda de Nyquist para un convertidor de 16 bits sería -98,08 dbFS
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