dBFS

dBFS o dB FS ( decibelios relativos a la escala completa ) es una unidad de medida para los niveles de amplitud en sistemas digitales, como la modulación por impulsos codificados (PCM), que tienen un nivel pico máximo definido. La unidad es similar a las unidades dBov y decibelios 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 cuadrática media (RMS), pero todas las mediciones de pico menores que el máximo son niveles negativos.

Una señal digital que no contiene muestras a 0 dBFS aún puede recortarse al convertirse a formato analógico debido al proceso de reconstrucción de la señal que interpola entre muestras. ^{[ 3 ]} Esto se puede prevenir mediante un diseño cuidadoso del circuito convertidor digital-analógico . ^{[ 4 ]} Las mediciones de los niveles pico reales entre muestras se denotan como dBTP o dB TP (decibelios pico reales). ^{[ 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 mediciones RMS en su lugar.

Existe la posibilidad de ambigüedad al asignar un nivel en la escala dBFS a una forma de onda en lugar de a una amplitud específica, ya que 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 de modo que las mediciones RMS y pico de una onda sinusoidal produzcan el mismo resultado. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

dBFS se define en la norma AES AES17-1998, ^{[ 13 ]} IEC 61606, ^{[ 14 ]} y las recomendaciones 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.

dBov se define en el estándar de telefonía ITU-T G.100.1 de tal manera que el valor RMS de una onda cuadrada a escala completa se designa como 0 dBov. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Todas las mediciones posibles de dBov son números negativos, y una onda sinusoidal no puede existir con 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 de la unidad de sonoridad LUFS de la ITU , ^{[ 23 ]} y también se utiliza en los medidores Sound Forge ^{[ 10 ]} y Euphonix, ^{[ 24 ]} y en las especificaciones de micrófonos digitales de Analog Devices ^{[ 25 ]} (aunque se hace referencia a ella como "dBFS").

El rango dinámico (RD) medido de un sistema digital es la relación entre el nivel de señal a escala completa y el nivel de ruido RMS . El nivel de ruido mínimo teórico se debe al ruido de cuantización. Este se suele modelar 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, pero no siempre) ^{. [} 26 ^]

Dado que el rango dinámico se mide en relación con el nivel RMS de una onda sinusoidal de escala completa, tanto el rango dinámico como el nivel de este ruido de cuantificación en dBFS se pueden estimar con la misma fórmula (aunque con signo invertido):

${\displaystyle \mathrm {DR} =\mathrm {SNR} =20\log _{10}{\left(2^{n}{\sqrt {\tfrac {3}{2}}}\right)}\approx 6.0206n+1.761}$

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 medición). Por ejemplo, un sistema de 16 bits tiene un nivel de ruido mínimo teórico de −98,09 dBFS con respecto a una onda sinusoidal de escala completa:

${\displaystyle \mathrm {DR} =\mathrm {SNR} =20\log _{10}{\left(2^{16}{\sqrt {\tfrac {3}{2}}}\right)}\approx 6.0206\cdot 16+1.761\approx 98.09\,}$

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.

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 el decibelio (dB) está permitido para su uso junto con las unidades del Sistema Internacional de Unidades (SI), el dBFS no lo está. ^{[ 31 ]}

La norma CD-DA Red Book (1980) definía que el nivel máximo de sonoridad debía ser de 0 dBFS.

El dBFS no está definido para niveles analógicos, según el estándar AES-6id-2006. No existe un estándar único para la conversión entre niveles digitales y analógicos, debido principalmente a las diferentes capacidades de los equipos. La cantidad de sobremuestreo también afecta la conversión, ya que los valores demasiado bajos presentan errores significativos. El nivel de conversión se elige como el mejor compromiso entre el margen dinámico típico y la relación señal/ruido del equipo en cuestión. Ejemplos: ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

• La norma EBU R68 se utiliza en la mayoría de los países europeos y especifica +18 dBu a 0 dBFS.
• En Europa, la EBU recomienda que −18 dBFS equivale al nivel de alineación .
  • En el Reino Unido, el nivel de alineación se considera de 0 dBu (PPM  4 o -4  VU).
  • El estándar estadounidense SMPTE define −20 dBFS como el nivel de alineación .
• La calibración europea y británica para postproducción y cine es de −18 dBFS = 0  VU.
• Las instalaciones en EE. UU. utilizan +24 dBu para 0 dBFS.
• Correos de Estados Unidos y Australia: −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.
• VRT de Bélgica: 0  dB (referencia VRT) = +6 dBu; −9 dBFS = 0  dB (referencia VRT); 0 dBFS = +15 dBu.

• Profundidad de bits de audio : número de bits de información grabados para cada muestra de audio digital. 
• Tasa de bits : velocidad de transmisión de información expresada en bits por segundo. 
• LUFS – Unidad de medida de sonoridad 

• Definición de dBFS de la AES Pro Audio Reference
• dBFS – Glosario de Sweetwater