데시벨(decibel, )은 전기공학이나 진동·음향공학 등에서 사용되는 무차원의 단위이다. 

데시벨은 국제단위계(SI)에서 'SI와 함께 쓰지만, SI에 속하지 않는 단위'로 규정되어 있다.

데시벨은 소리의 어떤 기준 전력에 대한 전력 비의 상용로그 값을 벨(bel)으로서, 그것을 다시 10분의 1배(=데시[d])한 변환이다.벨(bel)의 10분의 일이란 의미에서 데시벨[dB]이며, 벨이 상용에서는 너무 큰 값이기에 그대로 쓰기는 힘들기 때문에 통상적으로는 데시벨을 이용한다. 소리의 강함(음압 레벨, SPL)·전력 등의 비교나 감쇠량 등을 에너지 비로 나타낼 때에도 사용된다. 

어떤 기준치 A에 대하여 B의 데시벨 값 B

L_B = 10 \log_{10}\frac{B}{A}[dB]

이 된다. 

연산 증폭기 등의 증폭기의 입력 및 출력 전압비(이득, gain)을 나타내는 단위로도 사용하며, 다음 환산식에 적용하여 구한다.

G = 20 \log_{10}\frac{y}{x}[dB]

(단, G:데시벨로 환산한 입력/출력비 x:입력, y:출력)

(출처: http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8D%B0%EC%8B%9C%EB%B2%A8)


[예제]
출력이 입력의 2배인 경우: 20 log2 = 20 x 0.301 = 6dB
출력이 입력의 4배인 경우: 20 log(2x2) = 20 x (log2 + log2)= 20 x 0.602 = 12dB
출력이 입력의 1/2배인 경우: 20 log2-1 = -1 x 20 x 0.301 = -6dB

출력과 입력이 같은 경우: 20 log1 = 20 x 0 = 0dB


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주파수(周波數, frequency) 

주기적인 현상이 단위시간 동안 몇 번 일어났는지를 뜻하는 말이며, 단위로는 Hz를 쓴다. 

1 Hz는 1초에 1번 주기적인 현상이 일어나는 것이고, 2 Hz는 1초에 2번 주기적인 현상이 일어나는 것이다. 


샘플링 주파수(sampling frequency) = 샘플링 레이트(sampling rate

이산적(discrete)인 신호를 만들기 위해 연속적 신호에서 얻어진 초당 sampling 횟수를 정의한다. 단위는 Hz를 쓴다. 


[0dBFS의 1KHz Sine 파의 8KHz로 샘플링]

0dBFS: 16bit Linear PCM에서 가능한 가장 큰 Sine 파. Peak 값은 32767, -32768

1KHz: 한 주기가 0.001초

8KHz sampling: 1KHz 싸인파의 경우, 한 주기에 8번 sampling함.


[주파수 analysis]

0dBFS의 1KHz Sine 파를 8KHz로 샘플링 데이터를 주파수 분석하면 위와 같은 결과를 얻을 수 있다.

주파수 1Khz인 지점에서 Peak가 형성되며, Peak 값은 0dBFS이다.


나이키스트-섀넌 표본화 정리는 신호의 완전한 재구성은 표본화 주파수가 표본화된 신호의 최대 주파수의 두 배보다 더 클 때, 혹은 나이키스트 주파수가 표본화된 신호의 최고 주파수를 넘을 때 가능하다고 말한다. 더 낮은 샘플링 레이트가 사용되었을 경우 원래의 신호 정보가 완전히 복원되지 못할 수 있다. .[1] 예를 들어, 신호가 100 Hz의 상위 대역폭을 가졌을 때 200 Hz보다 큰 표본화 주파수는 에일리어싱을 피하고, 이론적으로는 완전한 재구성이 가능하다. 인간의 가청 주파수의 범위는 20Hz에서 20kHz이다.[2]
이 대역폭에서 표본화 정리를 만족시키는 최소 샘플링 레이트는 40kHz이다. 컴팩트 디스크에 사용되는 44.1kHz 샘플링 레이트는 이것 혹은 다른 기술적 이유때문에 채택된 것이다.

(출처: http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%83%98%ED%94%8C%EB%A7%81_%EB%A0%88%EC%9D%B4%ED%8A%B8)


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dBFS: "decibels relative to full scale".


PCM 처럼 최대 가능한 peak level을 가진 digital system에서의 데시벨 

(It is an abbreviation for decibel amplitude levels in digital systems

which have a maximum available peak level; like PCM encoding.)


Peak levels: 0 dBFS가 최대값이며, 따라서 모든 측정값은 음수값을 가진다.

(0 dBFS is assigned to the maximum possible level. All peak measurements will be negative numbers.)


16bit Linear PCM ( = 16bit PCM, Pulse Code Modulation)

 가장 일반적이고 많이 사용되며 기본이 되는 디지털 음성(Voice) 포맷

 값의 범위 : -32768 ~ +32767


 cf. 8bit PCM : μ law PCM, A-law PCM

 cf. DPCM (Differential PCM) : 앞의 포본 값과의 차이 값만 저장하는 방식

 cf. ADPCM (Adaptive Differential PCM): 차이 값을 차등하여 저장하는 방식 


아래 글에 0 dBFS 예제 파형 그림이 있습니다.



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