Nivelul de linie ( nivel de linie în engleză ) al unui semnal analogic este valoarea medie [1] a tensiunii semnalului transmis de la un bloc al căii semnalului la altul prin liniile de comunicație între blocuri; într-o formulare mai generală, nivelul liniei este tensiunea medie a semnalului în orice punct al traseului analogic [1] . Semnalul corespunzător nivelului de linie se numește semnal de nivel de linie , circuitul de ieșire al sursei unui astfel de semnal este o ieșire de linie , iar circuitul de intrare al receptorului de semnal compatibil cu acesta este o intrare de linie . Conceptul de nivel de linie, care a apărut în Statele Unite în perioada interbelică , se întoarce la conceptul de linie telefonică cu fir și nu este direct legat de conceptele de liniaritate și neliniaritate ale unei căi analogice [1] .
Valorile nivelurilor liniei depind de scopul echipamentului (casnic sau profesional), natura sursei de semnal ( video , audio etc.) și purtătorul acesteia ( forma analogică sau digitală ), timpul de eliberare a echipamente și așa mai departe. Alegerea nivelului de linie este un compromis între cerințele pentru raportul semnal-zgomot , pe de o parte, și capacitatea de suprasarcină pentru nivelul de distorsiune neliniară , pe de altă parte. Tensiunile la nivel de linie ale echipamentelor audio sunt întotdeauna exprimate în valori medii pătratice ( rms ). Pe lângă indicarea nivelului în volți sau milivolți, în practică sunt folosite și unități logaritmice specifice domeniilor lor de aplicare - dBV în gospodărie și dBm sau dBu în echipamentele profesionale.
În primele decenii ale existenței difuzării prin aer , singura modalitate de transmitere a programelor între posturile incluse în rețelele de difuzare era comunicarea telefonică terestră (fir) . Gama posturilor de emisie în sine nu era mare, iar calitatea recepției de programe prin canalul de radio era nesatisfăcător de scăzută în scopul retransmirii; comunicația radio prin satelit nu a existat în principiu. Aproape imediat după primele experimente privind difuzarea telefonică, radiodifuzorii și telefoniștii au trebuit să se pună de acord asupra cerințelor tehnice pentru semnalul transmis [2] . Un semnal prea puternic a supraîncărcat echipamentul telefonic, prea slab a fost supus excesiv la zgomot și interferențe [2] . În 1940, radiodifuzorii din SUA și monopolul de telefonie AT&T au fixat cerințele tehnice în standard, care a dat o definiție clară: „nivel de linie - nivelul mediu al unui program sonor la care 1 mW de putere electrică este eliberat într-o sarcină de abonat cu un impedanță de intrare de 600 ohmi " [2] [3] . Scara de măsurare logaritmică asociată cu acest nivel a fost desemnată dBm (decibel relativ la nivelul de 1 mW) [2] . Această scară a calibrat voltmetrele „sunete” standard ale sistemului VU (VU-metre): zero unități convenționale VU (de fapt situate în jumătatea dreaptă a scalei voltmetrului) corespundeau unei tensiuni de 775 mV [4] [3 ]. ] .
De-a lungul timpului, nivelul semnalului permis pe linie a crescut; în 1954, nivelul de linie standard al rețelelor de telefonie din SUA a crescut la +8 dBm ( 6,3 mW într-o sarcină de 600 Ω sau 1,95 V); limita admisibilă a nivelului de semnal era atunci de +18 dBm, ceea ce garanta o marjă de suprasarcină de 10 dB în raport cu nivelul liniei [5] . În același timp, a devenit evident că redresoarele cu germaniu încorporate în VU-metre standard introduc distorsiuni neliniare inacceptabil de mari în semnalul de pe linie [4] [3] ( 0,3% la nivelul limită și mult mai mult la niveluri inferioare [ 5] ). Pentru a evita aceste distorsiuni, inginerii au început să pornească un rezistor de balast în serie cu voltmetrul VU , care a crescut rezistența de intrare a dispozitivului și, în același timp, a redus tensiunea la intrarea voltmetrului de aproximativ o dată și jumătate sau prin 4 dB [3] . Un nou standard industrial a apărut curând în rețelele de difuzare: VU condițional zero al voltmetrului corespundea acum la +4 dBm, sau 1,228 V într-o rezistență de 600 ohmi [3] . Acest nivel a fost folosit ca nivel liniar în echipamentele de studio ale rețelelor de difuzare [3] .
În anii 1970, situația s-a schimbat: s-a dezvoltat o piață de masă pentru echipamente de reproducere a sunetului de înaltă calitate pentru consumatori și a apărut o nouă piață pentru echipamente de studio semi-profesionale [4] . Linia standard de studio de 600 ohmi, care implica utilizarea transformatoarelor de potrivire în bandă largă , era prea scumpă pentru echipamentele de uz casnic cu buget redus și nu era necesară [4] . A fost suficient ca impedanța de ieșire a sursei de semnal să fie de multe ori mai mică decât impedanța de intrare a receptorului [4] . Deci a fost nevoie de a trece de la „putere” decibeli dBm la o nouă scară care să funcționeze nu cu putere, ci cu tensiune [6] [4] . În SUA, urmând tradiția, pur și simplu au echivalat zero al scalei de tensiune cu zero al scalei dBm; noile unități logaritmice au primit denumirea dBu (din engleză unterminated , „descărcat”) [6] [4] . În Europa, au propus o nouă scară, legată nu de nivelul de 775 mV, ci de nivelul de 1 V - această scară a fost desemnată dBv [4] [6] . Scara dBV, standardizată de IEC și IHF , a devenit un element de bază pentru aparatele electrocasnice; Scala dBu, ca și predecesorul său dBm, a rămas standardul pentru profesioniști [4] [6] .
Nivelurile de linie ale echipamentelor profesionale, măsurate în mod tradițional în dBm sau dBu, se află în intervalul +4 ... + 8 dBu sau 1,228 ... 1,95 V:
Dacă semnalul sursă este transmis către receptor printr-o linie echilibrată echilibrată (care este norma în practica profesională), atunci tensiunea semnalului este măsurată între doi conductori antifază. Tensiunile medii ale semnalului pe fiecare dintre acești conductori sunt jumătate din nivelul liniei - 614, 775 sau 973 mV pentru niveluri de linie de +4, +6 sau respectiv +8 dBu [9] .
În echipamentele audio de consum, de regulă, sunt utilizate niveluri de linie mult mai mici:
În documentația pentru playerele media digitale, în loc să indice nivelul liniei, poate fi indicată tensiunea RMS limită a unui semnal sinusoidal nedistorsionat la ieșirea unui convertor digital-analogic . Valoarea sa tipică, standardizată în anii 1980 pentru CD playere fixe și interfața audio SCART , este de 2 V [11] . În conformitate cu IEC 60933 și GOST R 51771-2001, nivelul liniar (nominal) al unui astfel de semnal este la 12 dB distanță de limită și este egal cu 500 mV [14] . Cu toate acestea, conform datelor din 2013, majoritatea inginerilor de sunet au mixat fonograme digitale, concentrându-se pe spațiul de 18 dB, astfel încât nivelul mediu real al liniei la ieșirea playerului este jumătate din aceea - doar 250 mV [13] .
De obicei, este imposibil să trimiteți un semnal de la ieșirea unui echipament profesional la intrarea unui dispozitiv de uz casnic din cauza supraîncărcărilor inevitabile de intrare [12] . Pentru a atenua semnalul echipamentelor profesionale pentru uz casnic -10 dBV , se folosesc atenuatoare sau transformatoare , care în mediul vorbitor de limba engleză au primit denumirea colectivă „4 la -10 convertoare” ( ing. 4 / -10 convertoare ). Întrerupătoarele de pe echipamente profesionale cu atenuatoare încorporate sunt marcate în mod similar ( -10/+4 ) [12] . Deoarece nivelurile profesionale și casnice sunt indicate în mod tradițional pe scări diferite (dBu și dBV), coeficientul de atenuare al unui astfel de atenuator nu este -16, ci -11,8 dB (tensiunea este atenuată de 3,89 ori) [12] [4] .
Nivelul de linie +4...+8 dBu este optim pentru liniile de interconectare, dar prea mare pentru procesarea semnalului în blocuri. De regulă, în echipamentele profesionale, semnalul care vine din exterior este atenuat la un nivel de linie internă de aproximativ -6 ... 0 dBu, sau 388 ... 775 mV rms; în circuitele construite pe un amplificator operațional, acest nivel garantează o marjă de suprasarcină de 20 ... 27 dB [9] . În consolele de mixare specializate, nivelul intern poate fi și mai mic, de ordinul a -16 dBu ( 123 mV rms) [9] .
Nivelurile liniei interne ale echipamentelor de consum, în special cele proiectate pentru alimentarea bateriei, pot fi, de asemenea, semnificativ mai mici decât cele nominale - de exemplu, nivelurile de referință de 25 ... 35 mV erau comune în echipamentele casete cu UWB Dolby și dbx [15] .
Alegerea unui nivel liniar este un compromis între cerințele pentru raportul semnal-zgomot , pe de o parte, și capacitatea de suprasarcină și nivelul de distorsiune neliniară , pe de altă parte [7] . Un semnal prea slab care trece prin calea audio va fi excesiv de zgomotos; prea puternic va fi supus prematur la tăiere neliniară sub suprasarcină [7] . În echipamentele cu tuburi și tranzistori timpurii, o creștere a nivelului liniei a provocat și o creștere treptată a distorsiunii în regiunea liniară de funcționare; în echipamentele analogice moderne, acest fenomen este practic absent: amplificatoarele mențin un nivel standard scăzut de distorsiune până la suprasarcină de amplitudine [16] . Cu toate acestea, unele amplificatoare operaționale, inclusiv cele utilizate în echipamentele de studio, se disting prin distorsiuni de comutare anormal de mari la trecerea de la modul A la modul AB - intervalul optim de tensiune de ieșire a unor astfel de amplificatoare operaționale este mult mai îngust decât maximul posibil [17] .
Pragul absolut de suprasarcină este determinat de baza elementului și circuitele treptelor de amplificare: în circuitele alimentate cu baterii de joasă tensiune, pragul de suprasarcină nu depășește ±1 V, în circuitele bazate pe amplificatoare operaționale , pragul este de aproximativ ±10 V. , iar în modelele bazate pe tranzistori sau lămpi discrete, poate fi de câteva zeci de volți. În echipamentele profesionale, două niveluri de tensiuni maxime admisibile sunt standardizate de facto:
Nivelul liniar caracterizează tensiunea medie a semnalului, dar nu maximul admisibil [1] ; acesta din urmă depășește întotdeauna nivelul liniar. Diferența dintre nivelul de linie nominal (pașaport) al echipamentului și nivelul semnalului limitator, exprimat în aceeași scară de tensiuni pătratice-rădăcină, este
Cifrele de mai sus caracterizează capacitățile echipamentului în sine; gama dinamică a fonogramelor destinate dublării și difuzării radio este de obicei limitată și mai mult în timpul masterizării . În înregistrările normale, care nu sunt supuse unei compresii agresive, factorul de creastă - diferența dintre nivelurile medii și maxime - este de aproximativ 18 dB. În timpul „ războiului sonorității ” din anii 2000, inginerii de masterat au comprimat acest raport la 12 dB, iar în cele mai „strânse” înregistrări, la 8 dB. Înregistrările supuse unei astfel de compresii sună „tare”, uneori spectaculos, dar monotone [20] [21] . Ascultarea lungă a unor astfel de înregistrări obosește ascultătorul [20] [21] .