Linjeniveau ( engelsk linjeniveau ) for et analogt signal er den gennemsnitlige [1] værdi af spændingen af signalet, der transmitteres fra en blok af signalvejen til en anden via interblokkommunikationslinjer; i en mere generel formulering er linjeniveauet den gennemsnitlige signalspænding på ethvert punkt i den analoge vej [1] . Signalet, der svarer til linjeniveauet, kaldes et linjeniveausignal , udgangskredsløbet for kilden til et sådant signal er en linjeudgang , og indgangskredsløbet på signalmodtageren, der er kompatibelt med det, er en linjeindgang . Begrebet linjeniveau, som dukkede op i USA i mellemkrigstiden, går tilbage til begrebet en kablet telefonlinje og er ikke direkte relateret til begreberne linearitet og ikke-linearitet af en analog vej [1] .
Værdierne for linjeniveauerne afhænger af udstyrets formål (husholdning eller professionel), arten af signalkilden ( video , lyd osv.) og dens bærer (analog eller digital form ), frigivelsestiden for udstyr og så videre. Valget af linjeniveau er et kompromis mellem kravene til signal-støjforholdet på den ene side og overbelastningskapaciteten for niveauet af ikke-lineær forvrængning på den anden side. Linjeniveauspændingerne for lydudstyr er altid udtrykt i kvadratiske middelværdier ( rms ). Udover at angive niveauet i volt eller millivolt, anvendes i praksis også logaritmiske enheder , der er specifikke for deres anvendelsesområder - dBV i husholdninger og dBm eller dBu i professionelt udstyr.
I de første årtier af eksistensen af over-the- air-udsendelser , var den eneste måde at transmittere programmer på mellem stationer, der var inkluderet i sendenetværket, (tråd) telefonkommunikation . Rækkevidden af selve sendestationerne var ikke stor, og kvaliteten af modtagelse af programmer over radiokanalen var utilfredsstillende lav med henblik på videresendelse; satellitradiokommunikation eksisterede i princippet ikke. Næsten umiddelbart efter de første eksperimenter med telefonudsendelser skulle radiosendere og telefonister blive enige om de tekniske krav til det transmitterede signal [2] . Et for stærkt signal overbelastede telefonudstyret, for svagt var overdrevent udsat for støj og interferens [2] . I 1940 fastsatte de amerikanske tv-selskaber og telefonmonopolet AT&T de tekniske krav i standarden, som gav en klar definition: "linjeniveau - gennemsnitsniveauet for et lydprogram, hvor 1 mW elektrisk effekt frigives i en abonnentbelastning med en indgangsimpedans på 600 ohm " [2] [3] . Den logaritmiske måleskala forbundet med dette niveau blev betegnet dBm (decibel i forhold til 1 mW-niveauet) [2] . Det var denne skala, der kalibrerede VU- systemets standard "lyd" voltmetre (VU-meter): nul konventionelle enheder VU (der faktisk ligger i højre halvdel af voltmeterskalaen) svarede til en spænding på 775 mV [4] [3 ] .
Over tid er det tilladte signalniveau på linjen steget; i 1954 steg standardlinjeniveauet for amerikanske telefonnetværk til +8 dBm ( 6,3 mW i en 600 Ω belastning eller 1,95 V); den tilladte signalniveaugrænse var dengang +18 dBm, hvilket garanterede en overbelastningsmargin på 10 dB i forhold til linjeniveauet [5] . Samtidig blev det tydeligt, at germanium - ensretterne indbygget i standard VU-målere introducerer uacceptabelt høje ikke-lineære forvrængninger i signalet på linjen [4] [3] ( 0,3 % på grænseniveauet og meget mere på lavere niveauer [ 5] ). For at undgå disse forvrængninger begyndte ingeniører at tænde en ballastmodstand i serie med VU-voltmeteret , hvilket øgede enhedens indgangsmodstand og samtidig reducerede spændingen ved voltmeterindgangen med cirka halvanden gang, eller ved at 4 dB [3] . En ny industristandard opstod snart inden for broadcast-netværk: voltmeterets betingede nul VU svarede nu til +4 dBm eller 1,228 V til en modstand på 600 ohm [3] . Det var dette niveau, der blev brugt som et lineært niveau i studieudstyret på broadcast-netværk [3] .
I 1970'erne ændrede situationen sig: et massemarked for forbrugerudstyr til lydgengivelse af høj kvalitet udviklede sig , og et nyt marked for semi-professionelt studieudstyr opstod [4] . Studiets standard 600-ohm-linje, som indebar brug af bredbåndstransformatorer , var for dyr til budget-husholdningsudstyr og ikke nødvendig [4] . Det var nok, at signalkildens udgangsimpedans var mange gange lavere end modtagerens indgangsimpedans [4] . Så der var behov for at gå fra "power" decibel dBm til en ny skala, der ikke fungerer med strøm, men med spænding [6] [4] . I USA satte man efter traditionen blot lighedstegn mellem nul af spændingsskalaen med nul af dBm-skalaen; nye logaritmiske enheder fik betegnelsen dBu (fra engelsken unterminated , "unloaded") [6] [4] . I Europa foreslog de en ny skala, ikke bundet til niveauet 775 mV, men til niveauet 1 V - denne skala blev betegnet dBv [4] [6] . dBV-skalaen, som er standardiseret af IEC og IHF , er blevet en fast bestanddel for husholdningsapparater; dBu-skalaen er ligesom sin dBm-forgænger forblevet standarden for professionelle [4] [6] .
Linjeniveauerne for professionelt udstyr, traditionelt målt i dBm eller dBu, ligger i området +4 ... + 8 dBu eller 1,228 ... 1,95 V:
Hvis kildesignalet sendes til modtageren via en balanceret balanceret linje (hvilket er normen i professionel praksis), så måles signalspændingen mellem to modfaseledere. De gennemsnitlige signalspændinger på hver af disse ledere er halvdelen af linjeniveauet - 614, 775 eller 973 mV for linjeniveauer på henholdsvis +4, +6 eller +8 dBu [9] .
I forbrugerlydudstyr bruges som regel meget lavere linjeniveauer:
I dokumentationen til digitale medieafspillere kan den begrænsende RMS-spænding for et uforvrænget sinusformet signal ved udgangen af en digital-til-analog-konverter være angivet i stedet for at angive linjeniveauet . Dens typiske værdi, standardiseret i 1980'erne for faste cd-afspillere og SCART -lydgrænsefladen , er 2 V [11] . I overensstemmelse med IEC 60933 og GOST R 51771-2001 er det lineære (nominelle) niveau af et sådant signal 12 dB væk fra grænsen og er lig med 500 mV [14] . Men ifølge data fra 2013 blandede de fleste lydteknikere digitale fonogrammer med fokus på frihøjden på 18 dB, så det faktiske gennemsnitlige linjeniveau ved afspillerens output er det halve - kun 250 mV [13] .
Det er normalt umuligt at sende et signal fra outputtet af professionelt udstyr til indgangen på en husholdningsenhed på grund af de uundgåelige input-overbelastninger [12] . For at dæmpe signalet fra professionelt udstyr til husstanden -10 dBV , bruges dæmpere eller transformere , som i det engelsktalende miljø fik fællesnavnet "4 til -10 konvertere" ( eng. 4 / -10 konvertere ). Afbrydere på professionelt udstyr med indbyggede dæmpere er mærket på lignende måde ( -10/+4 ) [12] . Da professionelle niveauer og husholdningsniveauer traditionelt er angivet på forskellige skalaer (dBu og dBV), er dæmpningskoefficienten for en sådan dæmper ikke -16, men -11,8 dB (spændingen er dæmpet med 3,89 gange) [12] [4] .
Linjeniveau +4…+8 dBu er optimalt for sammenkoblingslinjer, men for højt til signalbehandling inden for blokke. I professionelt udstyr er signalet, der kommer udefra, som regel dæmpet til et internt linjeniveau på omkring -6 ... 0 dBu, eller 388 ... 775 mV rms; i kredsløb bygget på en operationsforstærker garanterer dette niveau en overbelastningsmargin på 20 ... 27 dB [9] . I specialiserede blandekonsoller kan det interne niveau være endnu lavere, i størrelsesordenen -16 dBu ( 123 mV rms) [9] .
De interne linjeniveauer i forbrugerudstyr, især dem, der er designet til batteristrøm, kan også være væsentligt lavere end de nominelle - for eksempel var referenceniveauer på 25 ... 35 mV almindelige i kassetteudstyr med UWB Dolby og dbx [15] .
Valget af et lineært niveau er et kompromis mellem kravene til signal-støjforholdet på den ene side og overbelastningskapaciteten og niveauet af ikke-lineær forvrængning på den anden side [7] . Et for svagt signal, der passerer gennem lydstien, vil være meget støjende; for stærk vil for tidligt blive udsat for ikke-lineær klipning under overbelastning [7] . I rør- og tidligt transistorudstyr forårsagede en stigning i linjeniveauet også en gradvis stigning i forvrængning i det lineære operationsområde; i moderne analogt udstyr er dette fænomen praktisk talt fraværende: forstærkere opretholder et standard lavt niveau af forvrængning op til amplitudeoverbelastning [16] . Nogle op-forstærkere, inklusive dem, der bruges i studieudstyr, er dog kendetegnet ved unormalt høje switch-forvrængninger , når der skiftes fra mode A til AB mode - det optimale udgangsspændingsområde for sådanne op-forstærkere er meget smallere end det maksimalt mulige [17] .
Den absolutte overbelastningstærskel bestemmes af elementbasen og kredsløbet for forstærkningstrinene: i lavspændingsbatteridrevne kredsløb overstiger overbelastningstærsklen ikke ±1 V, i kredsløb baseret på operationsforstærkere er tærsklen omkring ±10 V , og i design baseret på diskrete transistorer eller lamper kan det være flere tiere volt. I professionelt udstyr er to niveauer af maksimalt tilladte spændinger de facto standardiseret:
Det lineære niveau karakteriserer signalets gennemsnitlige spænding, men ikke den maksimalt tilladte [1] ; sidstnævnte overstiger altid det lineære niveau. Forskellen mellem udstyrets nominelle (pas) linjeniveau og det begrænsende signalniveau, udtrykt i den samme skala af rod-middel-kvadrat-spændinger, er
Ovenstående tal karakteriserer selve udstyrets muligheder; det dynamiske område af fonogrammer beregnet til duplikering og radioudsendelse er normalt yderligere begrænset under mastering . I normale optagelser, der ikke udsættes for aggressiv komprimering, er topfaktoren - forskellen mellem gennemsnits- og maksimumniveauet - ca. 18 dB. Under " loudness war " i 2000'erne komprimerede mastering-ingeniører dette forhold til 12 dB og i de mest "klemmede" optagelser til 8 dB. Optagelser udsat for en sådan komprimering lyder "højt", nogle gange spektakulært, men monotont [20] [21] . Lang lytning til sådanne optagelser trætter lytteren [20] [21] .