Linjenivå ( engelsk linjenivå ) för en analog signal är medelvärdet [1] av spänningen för signalen som överförs från ett block av signalvägen till ett annat via interblockkommunikationslinjer; i en mer allmän formulering är linjenivån den genomsnittliga signalspänningen vid någon punkt i den analoga vägen [1] . Signalen som motsvarar linjenivån kallas en linjenivåsignal , utgångskretsen för källan för en sådan signal är en linjeutgång och ingångskretsen för signalmottagaren som är kompatibel med den är en linjeingång . Begreppet linjenivå, som dök upp i USA under mellankrigstiden , går tillbaka till begreppet en trådbunden telefonlinje och är inte direkt relaterad till begreppen linjäritet och icke-linjäritet för en analog väg [1] .
Värdena på linjenivåerna beror på syftet med utrustningen (hushåll eller professionell), typen av signalkälla ( video , ljud , etc.) och dess bärare (analog eller digital form ), utgivningstiden för utrustning och så vidare. Valet av linjenivå är en kompromiss mellan kraven på signal-brusförhållandet å ena sidan och överbelastningskapaciteten för nivån av icke-linjär distorsion å andra sidan. Linjenivåspänningarna för ljudutrustning uttrycks alltid i kvadratiska medelvärden ( rms ). Förutom att indikera nivån i volt eller millivolt, används logaritmiska enheter som är specifika för deras användningsområde i praktiken - dBV i hushåll och dBm eller dBu i professionell utrustning.
Under de första decennierna av existensen av radiosändningar var det enda sättet att sända program mellan stationer som ingår i sändningsnäten markbunden (tråd) telefonkommunikation . Räckvidden för själva sändningsstationerna var inte stor, och kvaliteten på att ta emot program över radiokanalen var otillfredsställande låg för vidareutsändningsändamål; satellitradiokommunikation fanns i princip inte. Nästan omedelbart efter de första experimenten med telefonsändningar behövde radiosändare och telefonister komma överens om de tekniska kraven för den sända signalen [2] . En för stark signal överbelastade telefonutrustningen, för svag var överdrivet utsatt för brus och störningar [2] . 1940 fastställde amerikanska TV-bolag och telefonmonopolet AT&T de tekniska kraven i standarden, som gav en tydlig definition: "linjenivå - medelnivån för ett ljudprogram vid vilket 1 mW elektrisk effekt frigörs i en abonnentbelastning med en ingångsimpedans på 600 ohm " [2] [3] . Den logaritmiska mätskalan associerad med denna nivå betecknades dBm (decibel i förhållande till 1 mW-nivån) [2] . Det var denna skala som kalibrerade standard "ljud" voltmetrar i VU-systemet (VU-meter): noll konventionella enheter VU (som faktiskt ligger i högra halvan av voltmeterskalan) motsvarade en spänning på 775 mV [4] [3 ] .
Med tiden har den tillåtna signalnivån på linjen ökat; 1954 steg standardlinjenivån i amerikanska telefonnät till +8 dBm ( 6,3 mW i en 600 Ω belastning, eller 1,95 V); den tillåtna signalnivågränsen var då +18 dBm, vilket garanterade en överbelastningsmarginal på 10 dB i förhållande till linjenivån [5] . Samtidigt blev det uppenbart att germaniumlikriktarna inbyggda i standard VU-mätare introducerar oacceptabelt höga icke-linjära förvrängningar i signalen på linjen [4] [3] ( 0,3 % på gränsnivån och mycket mer på lägre nivåer [ 5] ). För att undvika dessa förvrängningar började ingenjörer slå på ett ballastmotstånd i serie med VU-voltmetern , vilket ökade enhetens ingångsresistans och samtidigt minskade spänningen vid voltmeterns ingång med ungefär en och en halv gånger, eller genom att 4 dB [3] . En ny industristandard uppstod snart inom broadcast-nätverk: voltmeterns villkorade noll-VU motsvarade nu +4 dBm, eller 1,228 V till ett motstånd på 600 ohm [3] . Det var denna nivå som användes som en linjär nivå i studioutrustningen för sändningsnätverk [3] .
På 1970-talet förändrades situationen: en massmarknad för konsumentutrustning för ljudåtergivning av hög kvalitet utvecklades och en ny marknad för semiprofessionell studioutrustning uppstod [4] . Studiostandarden på 600 ohm, som innebar användningen av bredbandstransformatorer , var för dyr för hushållsutrustning och behövdes inte [4] . Det räckte med att signalkällans utgångsimpedans var många gånger lägre än mottagarens ingångsimpedans [4] . Så det fanns ett behov av att gå från "effekt" decibel dBm till en ny skala som inte fungerar med effekt, utan med spänning [6] [4] . I USA likställde man enligt traditionen helt enkelt noll på spänningsskalan med noll på dBm-skalan; nya logaritmiska enheter fick beteckningen dBu (från engelskan unterminated , "unloaded") [6] [4] . I Europa föreslog de en ny skala, bunden inte till nivån 775 mV, utan till nivån 1 V - denna skala betecknades dBv [4] [6] . dBV-skalan, standardiserad av IEC och IHF , har blivit en häftklammer för hushållsapparater; dBu-skalan, liksom sin dBm-föregångare, har förblivit standarden för proffs [4] [6] .
Linjenivåerna för professionell utrustning, traditionellt mätt i dBm eller dBu, ligger i intervallet +4 ... + 8 dBu, eller 1,228 ... 1,95 V:
Om källsignalen sänds till mottagaren via en balanserad balanserad linje (vilket är normen i yrkesutövningen), så mäts signalspänningen mellan två motfasledare. De genomsnittliga signalspänningarna på var och en av dessa ledare är halva linjenivån - 614, 775 eller 973 mV för linjenivåer på +4, +6 respektive +8 dBu [9] .
I konsumentljudutrustning används som regel mycket lägre linjenivåer:
I dokumentationen för digitala mediaspelare kan, istället för att indikera linjenivån, den begränsande RMS-spänningen för en oförvrängd sinusformad signal vid utgången av en digital-till-analog-omvandlare anges . Dess typiska värde, standardiserat på 1980-talet för fasta CD-spelare och SCART -ljudgränssnitt , är 2 V [11] . I enlighet med IEC 60933 och GOST R 51771-2001 är den linjära (nominella) nivån för en sådan signal 12 dB från gränsen och är lika med 500 mV [14] . Enligt data från 2013 blandade dock de flesta ljudtekniker digitala fonogram, med fokus på höjden på 18 dB, så den faktiska genomsnittliga linjenivån vid spelarens utgång är hälften så mycket - bara 250 mV [13] .
Det är vanligtvis omöjligt att skicka en signal från utgången från professionell utrustning till ingången på en hushållsenhet på grund av de oundvikliga ingångsöverbelastningarna [12] . För att dämpa signalen från professionell utrustning till hushåll -10 dBV , används dämpare eller transformatorer , som i den engelsktalande miljön fick samlingsnamnet "4 till -10 omvandlare" ( eng. 4 / -10 omvandlare ). Strömbrytare på professionell utrustning med inbyggda dämpare är märkta på liknande sätt ( -10/+4 ) [12] . Eftersom yrkes- och hushållsnivåer traditionellt indikeras på olika skalor (dBu och dBV), är dämpningskoefficienten för en sådan dämpare inte -16, utan -11,8 dB (spänningen dämpas med 3,89 gånger) [12] [4] .
Linjenivå +4…+8 dBu är optimal för sammankopplingslinjer, men för hög för signalbehandling inom block. Som regel, i professionell utrustning, dämpas signalen som kommer utifrån till en intern linjenivå på cirka -6 ... 0 dBu, eller 388 ... 775 mV rms; i kretsar byggda på en operationsförstärkare garanterar denna nivå en överbelastningsmarginal på 20 ... 27 dB [9] . I specialiserade mixerbord kan den interna nivån vara ännu lägre, i storleksordningen -16 dBu ( 123 mV rms) [9] .
De interna linjenivåerna för konsumentutrustning, särskilt de som är designade för batteridrift, kan också vara betydligt lägre än de nominella - till exempel var referensnivåer på 25 ... 35 mV vanliga i kassettutrustning med UWB Dolby och dbx [15] .
Valet av en linjär nivå är en kompromiss mellan kraven på signal-brusförhållandet å ena sidan och överbelastningskapaciteten och nivån av icke-linjär distorsion å andra sidan [7] . En för svag signal som passerar genom ljudvägen kommer att vara för mycket brus; för stark kommer att utsättas för icke-linjär klippning i förtid vid överbelastning [7] . I rör- och tidig transistorutrustning orsakade en ökning av linjenivån också en gradvis ökning av distorsion i det linjära operationsområdet; i modern analog utrustning är detta fenomen praktiskt taget frånvarande: förstärkare upprätthåller en standard låg nivå av distorsion upp till amplitudöverbelastning [16] . Vissa op-förstärkare, inklusive de som används i studioutrustning, kännetecknas dock av onormalt höga omkopplingsdistortioner när man byter från läge A till AB-läge - det optimala utspänningsintervallet för sådana op-förstärkare är mycket snävare än det maximalt möjliga [17] .
Den absoluta överbelastningströskeln bestäms av elementbasen och kretsarna för förstärkarstegen: i batteridrivna lågspänningskretsar överstiger inte överbelastningströskeln ±1 V, i kretsar baserade på operationsförstärkare är tröskeln cirka ±10 V , och i konstruktioner baserade på diskreta transistorer eller lampor kan det vara flera tiotals volt. I professionell utrustning är två nivåer av högsta tillåtna spänningar de facto standardiserade:
Den linjära nivån kännetecknar signalens medelspänning, men inte den maximalt tillåtna [1] ; den senare överstiger alltid den linjära nivån. Skillnaden mellan utrustningens nominella (pass) linjenivå och den begränsande signalnivån, uttryckt i samma skala av rot-medelkvadratspänningar, är
Ovanstående siffror kännetecknar kapaciteten hos själva utrustningen; det dynamiska omfånget för fonogram avsedda för duplicering och radiosändning begränsas vanligtvis ytterligare under mastering . I normala inspelningar, som inte utsätts för aggressiv komprimering, är toppfaktorn - skillnaden mellan medel- och maxnivån - cirka 18 dB. Under " loudness war " på 2000-talet komprimerade masteringenjörer detta förhållande till 12 dB och i de mest "pressade" inspelningarna till 8 dB. Inspelningar som utsätts för sådan komprimering låter "högt", ibland spektakulärt, men monotont [20] [21] . Lång lyssning på sådana inspelningar tröttar lyssnaren [20] [21] .