ديسيبل

وحدة قياس مستوى السعة dBFS أو dB FS ( ديسيبل بالنسبة إلى النطاق الكامل ) هي وحدة قياس لمستويات السعة في الأنظمة الرقمية، مثل تعديل رمز النبضة (PCM)، والتي لها مستوى ذروة أقصى محدد. تشبه هذه الوحدة وحدتي dBov و dB بالنسبة إلى الحمل الزائد (dBO). ^{[ 1 ]}

يُخصص مستوى 0 ديسيبل (dBFS) لأعلى مستوى رقمي ممكن. ^{[ 2 ]} على سبيل المثال، إشارة تصل إلى 50% من المستوى الأقصى يكون مستواها -6 ديسيبل (dBFS)، أي أقل بـ 6 ديسيبل من المستوى الأقصى. تختلف الاصطلاحات في قياسات الجذر التربيعي المتوسط ​​(RMS)، ولكن جميع قياسات الذروة الأقل من الحد الأقصى تُعتبر مستويات سالبة.

قد تتعرض الإشارة الرقمية التي لا تحتوي على أي عينات عند مستوى 0 ديسيبل كامل النطاق (dBFS) للتشويه عند تحويلها إلى شكل تناظري، وذلك بسبب عملية إعادة بناء الإشارة التي تتضمن الاستيفاء بين العينات. ^{[ 3 ]} ويمكن تجنب ذلك من خلال تصميم دقيق لدائرة محول الإشارة الرقمية إلى التناظرية . ^{[ 4 ]} يُرمز إلى قياسات مستويات الذروة الحقيقية بين العينات بـ dBTP أو dB TP (ديسيبل الذروة الحقيقية). ^{[ 5 ] [ 6 ]}

بما أن قياس الذروة ليس مفيدًا لتحديد أداء الضوضاء للنظام، ^{[ 7 ]} أو قياس مستوى صوت التسجيل الصوتي، على سبيل المثال، فغالبًا ما يتم استخدام قياسات RMS بدلاً من ذلك.

قد يحدث لبسٌ عند تحديد مستوى على مقياس ديسيبل كامل (dBFS) لشكل الموجة بدلاً من تحديد سعة محددة، لأن بعض المهندسين يتبعون التعريف الرياضي لقيمة الجذر التربيعي المتوسط ​​(RMS)، والتي تكون في حالة الإشارات الجيبية أقل بمقدار 3 ديسيبل من قيمة الذروة، بينما يختار آخرون المستوى المرجعي بحيث تُعطي قياسات الجذر التربيعي المتوسط ​​والذروة لموجة جيبية النتيجة نفسها. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

يُعرَّف ديسيبل كامل النطاق (dBFS) في معيار AES17-1998 ^{[ 13 ]} ، ومعيار IEC 61606 ^{[ 14 ]} ، وتوصيات ITU-T P.381 ^{[ 15 ]} وP.382 ^{[ 16 ]} ، بحيث تُحدد قيمة RMS لموجة جيبية كاملة النطاق بـ 0 ديسيبل كامل النطاق. وهذا يعني أن قيمة RMS لموجة مربعة كاملة النطاق ستكون +3 ديسيبل كامل النطاق. ^{[ 17 ] [ 18 ]} ويُستخدم هذا الاصطلاح في مواصفات الميكروفونات الرقمية من Wolfson ^{[ 19 ]} و Cirrus Logic ^{[ 20 ] ، وغيرها.}

يُعرَّف ديسيبل (dBov) في معيار الاتصالات الهاتفية ITU-T G.100.1 بحيث تُحدد القيمة الفعّالة (RMS) لموجة مربعة كاملة النطاق بـ 0 ديسيبل. ^{[ 21 ] [ 22 ]} جميع قياسات ديسيبل الممكنة هي أعداد سالبة، ولا يمكن أن توجد موجة جيبية بقيمة فعّالة أكبر من -3 ديسيبل دون حدوث تشويه . ^{[ 21 ]} يمكن تطبيق هذه الوحدة على كل من الأنظمة التناظرية والرقمية. ^{[ 21 ]} هذا الاصطلاح هو أساس وحدة قياس شدة الصوت LUFS التابعة للاتحاد الدولي للاتصالات، ^{[ 23 ]} ويُستخدم أيضًا في أجهزة قياس الصوت Sound Forge ^{[ 10 ]} و Euphonix، ^{[ 24 ]} ومواصفات الميكروفونات الرقمية من Analog Devices ^{[ 25 ]} (على الرغم من الإشارة إليها باسم "dBFS").

يُعرَّف النطاق الديناميكي المقاس (DR) لنظام رقمي بأنه نسبة مستوى الإشارة الكامل إلى مستوى الضوضاء RMS . وينتج الحد الأدنى النظري لمستوى الضوضاء عن ضوضاء التكميم . وعادةً ما يتم نمذجة هذه الضوضاء على أنها تذبذب عشوائي منتظم بين -1/2 LSB و + 1 / 2 LSB. (تُنتج بعض الإشارات فقط تذبذبات عشوائية منتظمة، لذا فإن هذه النمذجة دقيقة في الغالب، ولكن ليس دائمًا) . ^{[ 26 ]}

بما أن النطاق الديناميكي يُقاس بالنسبة إلى مستوى RMS لموجة جيبية كاملة النطاق، فإنه يمكن تقدير كل من النطاق الديناميكي ومستوى ضوضاء التكميم هذه بوحدة dBFS باستخدام نفس الصيغة (وإن كانت بإشارة معكوسة):

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

قيمة n تساوي دقة النظام بالبتات أو دقة النظام مطروحًا منها  بت واحد (خطأ القياس). على سبيل المثال، يمتلك نظام 16 بت حدًا أدنى نظريًا لمستوى الضوضاء يبلغ -98.09 ديسيبل بالنسبة لموجة جيبية كاملة النطاق.

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

في أي محول حقيقي، تُضاف عملية التمويه إلى الإشارة قبل أخذ العينات. هذا يزيل آثار خطأ التكميم غير المنتظم ، ولكنه يزيد من الحد الأدنى لمستوى الضوضاء.

ظهرت عبارة "ديسيبل أقل من المقياس الكامل" في المطبوعات منذ الخمسينيات من القرن الماضي، ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} وتم استخدام مصطلح "ديسيبل في المقياس الكامل" منذ عام 1977. ^{[ 30 ]}

على الرغم من أن وحدة الديسيبل (dB) مسموح باستخدامها جنبًا إلى جنب مع وحدات النظام الدولي للوحدات (SI)، إلا أن وحدة dBFS غير مسموح باستخدامها. ^{[ 31 ]}

حدد معيار الكتاب الأحمر CD -DA (1980) أن الحد الأقصى لمستوى الصوت يجب أن يكون 0 ديسيبل.

لا يُعرَّف مقياس dBFS للمستويات التناظرية، وفقًا لمعيار AES-6id-2006. لا يوجد معيار واحد يُحوّل بين المستويات الرقمية والتناظرية، ويعود ذلك في الغالب إلى اختلاف إمكانيات الأجهزة المختلفة. كما يؤثر مقدار أخذ العينات الزائدة على التحويل، حيث تُسبب القيم المنخفضة جدًا خطأً كبيرًا. يُختار مستوى التحويل كأفضل حل وسط بين مستوى الإشارة ومستوى الضوضاء النموذجيين للجهاز المعني. أمثلة: ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

• يستخدم معيار EBU R68 في معظم الدول الأوروبية، ويحدد +18 ديسيبل عند 0 ديسيبل.
• في أوروبا، توصي هيئة البث الأوروبية بأن يكون مستوى المحاذاة -18 ديسيبل .
  • بالنسبة للمذيعين في المملكة المتحدة، يتم اعتبار مستوى المحاذاة 0 ديسيبل (PPM  4 أو -4  VU).
  • يحدد معيار SMPTE الأمريكي مستوى المحاذاة -20 ديسيبل .
• المعايرة الأوروبية والبريطانية لـ Post & Film هي −18 dBFS = 0  VU.
• تستخدم المنشآت الأمريكية +24 ديسيبل لـ 0 ديسيبل.
• البريد الأمريكي والأسترالي: −20 dBFS = 0  VU = +4 dBu.
• في اليابان وفرنسا وبعض الدول الأخرى، يمكن معايرة المحولات لـ +22 ديسيبل عند 0 ديسيبل.
• مواصفات بي بي سي: -18 ديسيبل = جزء في المليون  "4" = 0 ديسيبل
• قناة ARD الألمانية واستوديوهاتها، PPM  +6 ديسيبل = -10 (-9)  ديسيبل. +16 (+15)  ديسيبل = 0 ديسيبل. لا يوجد VU.
• بلجيكا VRT: 0  ديسيبل (VRT ref.) = +6 ديسيبل؛ -9 ديسيبل = 0  ديسيبل (VRT ref.)؛ 0 ديسيبل = +15 ديسيبل.

• عمق بت الصوت - عدد بتات المعلومات المسجلة لكل عينة صوتية رقمية 
• معدل البت – معدل نقل المعلومات معبر عنه بالبتات في الثانية 
• LUFS - وحدة قياس مستوى الصوت 

• تعريف مرجع AES Pro Audio لوحدة dBFS
• دي بي إف إس - مسرد سويت ووتر