デジタル波形のクリッピング。赤い線はフルスケールを示し、波形はハードクリッピングの前後（それぞれ灰色と黒のアウトライン）を示しています。

dBFSまたはdB FS（フルスケールに対するデシベル）は、パルス符号変調（PCM）などの最大ピークレベルが定義されたデジタルシステムにおける振幅レベルの測定単位です。この単位は、 dBovや過負荷に対するデシベル（dBO）の単位に似ています。 [ 1 ]

0 dBFSは、デジタル信号の最大レベルに割り当てられます。[ 2 ]例えば、最大レベルの50%に達する信号のレベルは-6 dBFSとなり、これはフルスケールより6 dB低い値です。実効値（RMS）測定の場合は慣例が異なりますが、最大値より小さいピーク値はすべて負のレベルとなります。

0 dBFSのサンプルを含まないデジタル信号は、サンプル間の補間を行う信号再構成プロセスにより、アナログ形式に変換されたときにクリップする可能性があります。 [ 3 ]これは、デジタル-アナログコンバータ回路を慎重に設計することで防ぐことができます。 [ 4 ]真のサンプル間ピークレベルの測定値は、 dBTPまたはdB TP（デシベルトゥルーピーク）と表記されます。 [ 5 ] [ 6 ]

RMSレベル

ピーク測定はシステムのノイズ性能を評価するのに役立たないため[ 7 ]、あるいは例えばオーディオ録音の 音量を測定する場合にはRMS測定が代わりに使用されることが多い。

dBFSスケールのレベルを特定の振幅ではなく波形に割り当てる場合、曖昧さが生じる可能性があります。これは、エンジニアの中には、正弦波信号の場合ピーク値より3dB低いRMSの数学的定義に従う人がいる一方で、正弦波のRMSとピーク測定で同じ結果が得られるように基準レベルを選択するエンジニアもいるためです。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

dBFSはAES規格AES17-1998 [ 13 ]、IEC 61606 [ 14 ]、ITU-T勧告P.381 [ 15 ]、P.382 [ 16 ]で定義されており、フルスケール正弦波のRMS値は0dB FSと指定されます。これは、フルスケール方形波のRMS値が+3dB FSとなることを意味します。[ 17 ] [ 18 ]この規則は、Wolfson [ 19 ]やCirrus Logic [ 20 ]のデジタルマイクの仕様など で使用されています。

dBovはITU-T G.100.1電話規格で定義されており、フルスケール方形波のRMS値は0dBovと指定されます。[ 21 ] [ 22 ]すべてのdBov測定値は負の数であり、正弦波はクリッピングなしで-3dBovよりも大きなRMS値で存在することはできません。[ 21 ]この単位は、アナログシステムとデジタルシステムの両方に適用できます。[ 21 ]この規則はITUのLUFSラウドネス単位の基礎となっており、[ 23 ] Sound Forge [ 10 ]やEuphonixメーター、[ 24 ]、Analog Devicesデジタルマイク仕様[ 25 ]（ただし、「dBFS」と呼ばれます） でも使用されています。

ダイナミックレンジ

デジタルシステムの測定ダイナミックレンジ（DR）は、フルスケール信号レベルとRMSノイズフロアの比です。理論上の最小ノイズフロアは量子化ノイズによって生じます。これは通常、 -1 ⁄ 2 LSBから+1 ⁄ 2 LSBの間の均一なランダム変動としてモデル化されます。（均一なランダム変動を生成するのは特定の信号のみであるため、このモデルは一般的に正確ですが、常に正確とは限りません。）[ 26 ]

ダイナミック レンジはフル スケールの正弦波の RMS レベルを基準として測定されるため、ダイナミック レンジとこの量子化ノイズのレベル (dBFS) はどちらも同じ式 (ただし符号は反転) を使用して推定できます。

nの値は、システムのビット分解能、またはシステムの分解能から1 ビット（測定誤差）を引いた値に等しい。例えば、16ビットシステムでは、フルスケール正弦波に対する理論上の最小ノイズフロアは-98.09 dBFSである。

実際のコンバータでは、サンプリング前に信号にディザリングが加えられます。これにより、非均一量子化誤差の影響は除去されますが、最小ノイズフロアは増加します。

歴史

「dBフルスケール以下」という表現は1950年代から印刷物に登場しており、[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]、「dBFS」という用語は1977年から使用されています。[ 30 ]

デシベル（dB）は国際単位系（SI）の単位と一緒に使用することが許可されていますが、dBFSは許可されていません。[ 31 ]

アナログレベル

AES-6id-2006規格では、アナログレベルについてはdBFSは定義されていません。デジタルレベルとアナログレベルを変換する単一の規格は存在しません。これは主に、機器の性能が異なるためです。オーバーサンプリングの量も変換に影響し、値が低すぎると大きな誤差が生じます。変換レベルは、対象となる機器の典型的なヘッドルームと信号対雑音比（S/N比）を考慮した最適な妥協点として選択されます。例：[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

  • EBU R68 はほとんどのヨーロッパ諸国で使用されており、0 dBFS で +18 dBuを指定します。
  • 欧州では、EBU は -18 dBFS がアライメント レベルに相当することを推奨しています。
    • 英国の放送局では、調整レベルは0 dBu（PPM  4または-4  VU）とされています。
    • アメリカのSMPTE規格では、アライメント レベルとして -20 dBFS が定義されています。
  • ポストおよびフィルムの欧州および英国のキャリブレーションは -18 dBFS = 0  VU です。
  • 米国の設置では、0 dBFS に +24 dBu を使用します。
  • アメリカとオーストラリアの郵便: −20 dBFS = 0  VU = +4 dBu。
  • 日本、フランス、およびその他の一部の国では、コンバーターは 0 dBFS で +22 dBu に調整されている場合があります。
  • BBC仕様: −18 dBFS = PPM  "4" = 0 dBu
  • ドイツのARDとスタジオ、PPM  +6 dBu = −10 (−9)  dBFS。+16 (+15)  dBu = 0 dBFS。VUなし。
  • ベルギー VRT: 0 dB (VRT ref.) = +6 dBu; −9 dBFS = 0 dB (VRT ref.); 0 dBFS = +15 dBu。

参照

参考文献

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