dBFS
Unidad de medida de los niveles de amplitud en sistemas digitales
Recorte de una forma de onda digital. Las líneas rojas indican la escala completa y la forma de onda se muestra antes y después del recorte total (contornos grises y negros respectivamente).

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]

Niveles RMS

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").

Rango dinámico

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):

D R = S norte R = 20 registro 10 ⁡ ( 2 norte 3 2 ) ≈ 6.0206 norte + 1.761 {\displaystyle \mathrm {DR} =\mathrm {SNR} =20\log _{10}{\left(2^{n}{\sqrt {\tfrac {3}{2}}}\right)}\ aproximadamente 6.0206n+1.761}

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:

D R = S norte R = 20 registro 10 ⁡ ( 2 16 3 2 ) ≈ 6.0206 ⋅ 16 + 1.761 ≈ 98.09 {\displaystyle \mathrm {DR} =\mathrm {SNR} =20\log _{10}{\left(2^{16}{\sqrt {\tfrac {3}{2}}}\right)}\aproximadamente 6,0206\cdot 16+1,761\aproximadamente 98,09\,}

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.

Historia

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]

Niveles analógicos

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 la mayoría de los países europeos se utiliza EBU R68, especificando +18  dBu a 0 dBFS.
  • En Europa, la UER recomienda que −18 dBFS equivale al nivel de alineación .
    • Para las emisoras del Reino Unido, el nivel de alineación se toma como 0 dBu (PPM  4 o −4  VU)
    • El estándar estadounidense SMPTE define −20 dBFS como el nivel de alineación .
  • La calibración europea y del Reino Unido para postproducción y película [ aclaración necesaria ] es −18 dBFS = 0  VU.
  • Las instalaciones de EE. UU. utilizan +24 dBu para 0 dBFS.
  • Correos americano y australiano: −20 dBFS = 0  VU = +4 dBu.
  • En Japón, Francia y algunos otros países, los convertidores pueden calibrarse para +22 dBu a 0 dBFS.
  • Especificación de la BBC: −18 dBFS = PPM  "4" = 0 dBu
  • ARD y estudio alemanes, PPM  +6 dBu = −10 (−9)  dBFS. +16 (+15)  dBu = 0 dBFS. Sin VU.
  • Bélgica VRT: 0 dB (ref. VRT) = +6 dBu; −9 dBFS = 0 dB (ref. VRT); 0 dBFS = +15 dBu.

Véase también

Referencias

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  3. ^ Nielsen, Søren H.; Lund, Thomas. "Niveles de 0dBFS+ en masterización digital" (PDF) . TC Electronic A/S . Dinamarca. Archivado desde el original (PDF) el 2019-05-02 . Consultado el 2018-07-27 . Los picos entre muestras pueden ser considerablemente más altos que 0dBFS.
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  • Definición de dBFS de referencia de audio profesional AES
  • dBFS – Glosario de Sweetwater
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