dBFS

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、最大ピークレベルが定義されているデジタルシステムの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 のレベルは、可能な最大デジタルレベルに割り当てられます。^{[ 2 ]}例えば、最大レベルの 50% に達する信号は -6 dBFS のレベルを持ち、これはフルスケールより 6 dB 低い値です。実効値(RMS) 測定では慣例が異なりますが、最大値より小さいすべてのピーク測定値は負のレベルになります。

0 dBFSのサンプルを含まないデジタル信号でも、信号再構成プロセスでサンプル間を補間するため、アナログ形式に変換する際にクリッピングが発生する可能性があります。 ^{[ 3 ]}これは、デジタル-アナログ変換回路の設計を慎重に行うことで防止できます。^{[ 4 ]}サンプル間の真のピークレベルの測定値は、dBTPまたはdB TP (デシベル真のピーク) と表記されます。^{[ 5 ] [ 6 ]}

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 ]} 、例えば音声録音の音量を測定するのには役立たないため、代わりにRMS測定がよく使用されます。

dBFS スケール上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、一部のエンジニアは RMS の数学的定義に従い、正弦波信号の場合はピーク値より 3 dB 低い値としているのに対し、他のエンジニアは正弦波の RMS とピーク値の測定値が同じ結果になるように基準レベルを選択しているためです。 ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

dBFS は、AES規格 AES17-1998 ^{[ 13 ]}、IEC 61606 ^{[ 14 ]}、ITU-T勧告 P.381 ^{[ 15 ]}および P.382 ^{[ 16 ]}で定義されており、フルスケール正弦波の RMS 値は 0 dB FS と指定されています。これは、フルスケール方形波の RMS 値が +3 dB FS になることを意味します。^{[ 17 ] [ 18 ]}この慣例は、 Wolfson ^{[ 19 ]}およびCirrus Logic ^{[ 20 ]}のデジタルマイクロフォン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 0 dBov と指定されています。^{[ 21 ] [ 22 ]} dBov の測定値はすべて負の数であり、クリッピングなしでは正弦波の RMS 値が −3 dBov を超えることはありません。^{[ 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 ]}この慣例は、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 のメーター^{[ 24 ]} 、 Analog Devices のデジタルマイクロフォン仕様^{[ 25 ]} (ただし、「dBFS」と呼ばれています)でも使用されています。

デジタルシステムの測定された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引き起こされます。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。（特定の信号のみが均一なランダム変動を生成するため、このモデルは通常正確ですが、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（ただし符号は逆）で推定できます。

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

nの値は、システムのビット単位の分解能、またはシステムの分解能から1ビット（測定誤差）を引いた値に等しくなります。例えば、16ビットシステムの場合、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となります。

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

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処理が加えられます。これにより、不均一な量子化誤差の影響は除去されますが、ノイズフロアの最小値が上昇します。

「フルスケール以下のdB」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）の単位と併用することが認められているが、dBFSは認められていない。^{[ 31 ]}

CD -DAレッドブック（1980年）規格では、最大ラウドネスは0 dBFSと規定されている。

AES-6id-2006規格によれば、アナログレベルでは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、さまざまな機器の機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を与え、値が低すぎると大きな誤差が生じます。変換レベルは、対象となる機器の一般的なヘッドルームと信号対雑音比の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を規定している。
• ヨーロッパでは、EBUは-18 dBFSをアライメントレベルとして推奨しています。
  • 英国の放送局では、アライメントレベルは0 dBu（PPM  4または-4  VU）とみなされます。
  • アメリカのSMPTE規格では、−20 dBFSをアライメントレベルと定義しています。
• ポストプロダクションおよび映画制作におけるヨーロッパおよび英国のキャリブレーションは、-18 dBFS = 0  VU です。
• 米国での設置では、0 dBFSに+24 dBuが使用されます。
• アメリカ郵便およびオーストラリア郵便：-20 dBFS = 0  VU = +4 dBu。
• 日本、フランス、その他一部の国では、コンバーターは0 dBFSで+22 dBuに校正されている場合があります。
• BBC規格：-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メーターなし。
• ベルギーのVRT：0  dB（VRT基準）= +6 dBu、−9 dBFS = 0  dB（VRT基準）、0 dBFS = +15 dBu。

• オーディオビット深度– 各デジタルオーディオサンプルに記録される情報ビット数 
• ビットレート– 1秒あたりのビット数で表される情報伝送速度 
• LUFS – ラウドネス測定単位 

• AES Pro Audio ReferenceにおけるdBFSの定義
• dBFS – スウィートウォーター用語集