Перейти к содержанию

дБFS (dBFS)

Цифровые микрофоны, АЦП и аудиокодеки указывают уровни в дБFS — децибелах относительно полной шкалы цифрового слова. Шкала проста, но у неё есть подвох: 0 дБFS определяют по пику синуса, а не по среднеквадратичному значению.

Обновлено Редакция GAW

дБFS (decibels relative to full scale) — уровень цифрового сигнала в децибелах относительно полной шкалы: максимального кода, который помещается в слово. Для N-битного слова в дополнительном коде полная шкала — 2^(N−1); уровень синуса с амплитудой A равен 20 lg(A/FS). Всё, что меньше полной шкалы, имеет отрицательный уровень.

Определение 0 дБFS

Даташит ICS-43434 фиксирует определение: 0 дБFS — синус, пик которого касается кода полной шкалы. Следствие неочевидно: сигнал с другим пик-фактором может иметь среднеквадратичный уровень выше 0 дБFS. Меандр полной шкалы — +3 дБFS. Поэтому, если считать уровень по среднеквадратичному значению отсчётов, его сначала умножают на √2 — тогда синус и в пиках, и в среднеквадратичном значении даёт одно число.

дБFS у цифровых микрофонов

У цифрового микрофона полную шкалу обычно сопоставляют максимальному звуку, который он пропускает, — точке акустической перегрузки; InvenSense называет такое сопоставление единственным разумным. При этом условии чувствительность в дБFS задана перегрузкой:

SдБFS=94 дБ−AOP.S_\text{дБFS} = 94\ \text{дБ} - \text{AOP}.
ВеличинаICS-43434
Чувствительность (1 кГц, 94 дБ SPL)−26 дБFS, пики 0,05 от полной шкалы
Шумовая полка (20 Гц – 20 кГц, взвешивание A)−90 дБFS
Перегрузка120 дБ SPL, то есть 0 дБFS

Отсюда пересчёт отсчётов этого микрофона в дБ SPL: уровень в дБFS плюс 120. Сдвиг слова на один бит меняет уровень на 6 дБ — так InvenSense объясняет, сколько цифрового усиления можно добавить без потери динамического диапазона. Подробный разбор — в статье «Микрофоны для микроконтроллера».

Частые вопросы

Почему меандр полной шкалы имеет уровень +3 дБFS?

Потому что 0 дБFS по определению — синус, пики которого касаются полной шкалы. Его среднеквадратичное значение в √2 раз меньше пика. У меандра той же амплитуды среднеквадратичное значение равно пику, то есть в √2 раз больше, чем у синуса, — это +3 дБ. Пример приводит даташит ICS-43434.

Что значит чувствительность микрофона −26 дБFS?

Что синус 94 дБ SPL (1 Па) даёт на выходе сигнал, пики которого на 26 дБ ниже полной шкалы, — 0,05 от неё. Если полная шкала сопоставлена максимальному акустическому входу — а InvenSense называет это единственным разумным вариантом, — чувствительность задана перегрузкой: 94 − 120 = −26, где 120 дБ SPL — уровень, при котором выход упирается в полную шкалу.

Чем дБFS отличается от дБВ?

Опорой. дБВ отсчитывают от 1 В среднеквадратичного напряжения — так задают чувствительность аналоговых микрофонов. дБFS отсчитывают от полной шкалы цифрового слова, и она пиковая. Поэтому числа в дБВ и дБFS напрямую не сравнивают: сравнивают SNR и перегрузку, которые выражены в акустических единицах.

Источники

  1. TDK InvenSense. ICS-43434 Multi-Mode Microphone with I2S Digital Output: Datasheet (DS-000069, Revision 1.2) — разд. Digital Microphone Sensitivity: чувствительность цифрового микрофона — в дБFS; синус 0 дБFS — сигнал, пик которого касается кода полной шкалы; поэтому сигналы с другим пик-фактором могут иметь среднеквадратичный уровень выше 0 дБFS: прямоугольник полной шкалы — 3 дБFS; синус 94 дБ SPL даёт −26 дБFS, пики на 26 дБ ниже полной шкалы, это 0,05 от неё; считать, что среднеквадратичный уровень −29 дБFS, — распространённая ошибка; табл. 2 — шумовая полка −90 дБFS
  2. InvenSense. Lewis J. Understanding Microphone Sensitivity (WP, Revision 1.0, 12/18/2013) — чувствительность цифрового микрофона в дБFS = 20 lg(доля полной шкалы при 94 дБ SPL); если полная шкала соответствует максимальному акустическому входу, чувствительность = 94 дБ − максимальный уровень: 120 дБ SPL → −26 дБFS; выход цифрового микрофона задаётся по пику, аналогового — относительно 1 В ср. кв.; сдвиг цифрового слова на 1 бит меняет уровень на 6 дБ

Нашли ошибку?

Смотрите также