Линейный уровень — это заданная сила аудиосигнала, используемая для передачи аналогового звука между аудиокомпонентами, такими как проигрыватели компакт-дисков и DVD , телевизоры , аудиоусилители и микшерные пульты .
Обычно сигналы линейного уровня находятся в середине иерархии уровней сигналов в аудиотехнике. Существуют более слабые сигналы, такие как сигналы от микрофонов (уровень микрофона/уровень микрофона) и звукоснимателей инструментов (уровень инструмента), и более сильные сигналы, такие как сигналы, используемые для управления наушниками и громкоговорителями (уровень динамика). «Сила» этих различных сигналов не обязательно относится к выходному напряжению исходного устройства; она также зависит от его выходного сопротивления и выходной мощности.
Потребительские электронные устройства, связанные со звуком (например, звуковые карты ), часто имеют разъем, обозначенный как линейный вход и/или линейный выход . Линейный выход обеспечивает выход аудиосигнала, а линейный вход принимает входной сигнал. Соединения линейного входа/выхода на потребительском аудиооборудовании обычно небалансные , с 3,5-мм (0,14 дюйма, но обычно называемым «восьмой дюйм») 3-проводным разъемом TRS minijack, обеспечивающим заземление, левый канал и правый канал или стереоразъемы RCA . Профессиональное оборудование обычно использует балансные соединения на 6,35-мм (1/4 дюйма) телефонных гнездах TRS или разъемах XLR . Профессиональное оборудование также может использовать небалансные соединения с (1/4 дюйма) телефонными гнездами TS.
Уровень линии описывает номинальный уровень сигнала линии как отношение, выраженное в децибелах , к стандартному опорному напряжению. Номинальный уровень и опорное напряжение, относительно которого он выражается, зависят от используемого уровня линии. Хотя сами номинальные уровни различаются, распространены только два опорных напряжения: децибел-вольты (дБВ) для потребительских приложений и децибелы без нагрузки (дБн) для профессиональных приложений.
Опорное напряжение децибел-вольт равно 1 В RMS = 0 дБВ . [1] Опорное напряжение децибел без нагрузки, 0 дБн , — это напряжение переменного тока, необходимое для выработки 1 мВт мощности на сопротивлении 600 Ом (приблизительно 0,7746 В RMS ). [2] Эта неудобная единица измерения — пережиток ранних телефонных стандартов, в которых использовались источники и нагрузки 600 Ом, а рассеиваемая мощность измерялась в децибел-милливаттах ( дБм ). Современное аудиооборудование не использует согласованные нагрузки 600 Ом, поэтому дБм без нагрузки ( дБн ).
Наиболее распространенный номинальный уровень для профессионального оборудования составляет +4 дБн (по соглашению значения децибел записываются с явным символом знака). Для потребительского оборудования это −10 дБВ , что используется для снижения производственных затрат. [3]
Выражаясь в абсолютных величинах, сигнал на уровне −10 дБВ эквивалентен синусоидальному сигналу с пиковой амплитудой (V PK ) приблизительно 0,447 вольта или любому общему сигналу при 0,316 вольта среднеквадратичного значения (V RMS ). Сигнал на уровне +4 дБн эквивалентен синусоидальному сигналу с пиковой амплитудой приблизительно 1,736 вольта или любому общему сигналу приблизительно 1,228 В RMS .
Амплитуда пик-пик (иногда сокращенно pp ) (V PP ) относится к общему размаху напряжения сигнала, который в два раза превышает пиковую амплитуду сигнала. Например, сигнал с пиковой амплитудой ±0,5 В имеет pp амплитуду 1,0 В .
Сигнал линейного уровня представляет собой сигнал переменного тока без смещения постоянного тока, что означает, что его напряжение изменяется относительно земли сигнала от пиковой амплитуды (например, +1,5 В ) до эквивалентного отрицательного напряжения ( −1,5 В ). [4]
Поскольку кабели между линейным выходом и линейным входом, как правило, чрезвычайно короткие по сравнению с длиной волны аудиосигнала в кабеле, эффекты линии передачи можно игнорировать, и согласование импеданса не нужно использовать. Вместо этого, схемы линейного уровня используют принцип мостового сопротивления импеданса , в котором выход с низким импедансом управляет входом с высоким импедансом. Типичное соединение линейного выхода имеет выходное сопротивление от 100 до 600 Ом, причем более низкие значения чаще встречаются в более новом оборудовании. Линейные входы имеют гораздо более высокое сопротивление, обычно 10 кОм или более. [5]
Два импеданса образуют делитель напряжения с шунтирующим элементом, который велик по сравнению с размером последовательного элемента, что гарантирует, что небольшая часть сигнала шунтируется на землю и что требования к току минимизированы. Большая часть напряжения, утверждаемого выходом, появляется на входном импедансе, и почти никакое напряжение не падает на выходе. [5] Линейный вход действует аналогично высокоомному вольтметру или входу осциллографа, измеряя напряжение, утверждаемое выходом, при этом потребляя минимальный ток (и, следовательно, минимальную мощность) от источника. Высокое сопротивление линии в цепи не нагружает выход исходного устройства.
Это сигналы напряжения (в отличие от сигналов тока), и это информация сигнала (напряжение), которая желательна, а не мощность для привода преобразователя , такого как динамик или антенна. Фактическая информация, которой обмениваются устройства, — это дисперсия напряжения; именно этот сигнал переменного напряжения передает информацию, делая ток нерелевантным.
Символ линейного выхода. Цвет руководства ПК цвет лайма.
Линейные выходы обычно представляют собой импеданс источника от 100 до 600 Ом . Напряжение может достигать 2 вольт от пика до пика с уровнями, относящимися к −10 дБВ (300 мВ) при 10 кОм . Частотная характеристика большинства современного оборудования рекламируется как минимум от 20 Гц до 20 кГц, что соответствует диапазону человеческого слуха . Линейные выходы предназначены для управления сопротивлением нагрузки 10 000 Ом; при напряжении всего в несколько вольт для этого требуется лишь минимальный ток.
Подключение нагрузки с низким импедансом, такой как громкоговоритель (обычно от 4 до 8 Ом ), к линейному выходу по сути закоротит выходную цепь. Такие нагрузки составляют около 1/1000 импеданса, на который рассчитан линейный выход, поэтому линейный выход обычно не рассчитан на источник тока, который потреблялся бы нагрузкой от 4 до 8 Ом при обычных напряжениях сигнала линейного выхода. Результатом будет очень слабый звук из динамика и, возможно, поврежденная цепь линейного выхода.
Выходы наушников и линейные выходы иногда путают. Наушники разных марок и моделей имеют сильно различающиеся импедансы, от 20 Ом до нескольких сотен Ом; самый низкий из них даст результаты, похожие на результаты динамика, в то время как самый высокий может работать приемлемо, если импеданс линейного выхода достаточно низкий, а наушники достаточно чувствительны.
Напротив, выход для наушников обычно имеет сопротивление источника всего несколько Ом (чтобы обеспечить мостовое соединение с наушниками сопротивлением 32 Ом) и может легко управлять линейным входом.
По аналогичным причинам кабели «wye» (или «Y-разветвители») не следует использовать для объединения двух линейных выходных сигналов в один линейный вход. Каждый линейный выход будет управлять другим линейным выходом, а также предполагаемым входом, что снова приведет к гораздо большей нагрузке, чем рассчитано. Это приведет к потере сигнала и, возможно, даже к повреждению. Вместо этого следует использовать активный микшер, например, на операционных усилителях . [6] Большой резистор последовательно с каждым выходом можно использовать для их безопасного смешивания, но он должен быть соответствующим образом рассчитан на сопротивление нагрузки и длину кабеля.
Символ линейного входа. Цвет руководства ПК светло-голубой.
Разработчики предполагают, что линейный выход одного устройства будет подключен к линейному входу другого. Линейные входы предназначены для приема уровней напряжения в диапазоне, предоставляемом линейными выходами. С другой стороны, импедансы намеренно не согласованы от выхода ко входу. Импеданс линейного входа обычно составляет около 10 кОм . При управлении от обычного низкого импеданса линейного выхода от 100 до 600 Ом это образует «мостовое» соединение, в котором большая часть напряжения, генерируемого источником (выходом), падает на нагрузке (входе), а минимальный ток течет из-за относительно высокого импеданса нагрузки.
Хотя линейные входы имеют более высокое сопротивление по сравнению с линейными выходами, их не следует путать с так называемыми входами "Hi-Z" (Z — символ сопротивления ), сопротивление которых составляет от 47 кОм до более 1 МОм . Эти "Hi-Z" или "инструментальные" входы обычно имеют более высокий коэффициент усиления, чем линейный вход. Они предназначены для использования, например, с электрогитарными звукоснимателями и боксами " прямой инжекции ". Некоторые из этих источников могут обеспечивать только минимальное напряжение и ток, а вход с высоким сопротивлением предназначен для того, чтобы не нагружать их чрезмерно.
Акустические звуки (например, голоса или музыкальные инструменты ) часто записываются с помощью преобразователей ( микрофонов и звукоснимателей ), которые производят слабые электрические сигналы. Эти сигналы должны быть усилены до линейного уровня, где ими легче манипулировать с помощью других устройств, таких как микшерные пульты и магнитофоны. Такое усиление выполняется устройством, известным как предусилитель или «предусилитель», который усиливает сигнал до линейного уровня. После манипуляции на линейном уровне сигналы затем обычно отправляются на усилитель мощности , где они усиливаются до уровней, которые могут управлять наушниками или громкоговорителями . Они преобразуют сигналы обратно в звуки, которые можно услышать через воздух.
Большинство картриджей для фонографов также имеют низкий уровень выходного сигнала и требуют предусилителя; как правило, домашний стереоусилитель или ресивер имеют специальный вход для фонокорректора . Этот вход пропускает сигнал через предусилитель для фонокорректора, который применяет к сигналу RIAA-выравнивание , а также усиливает его до линейного уровня.
На практике теория линий передачи в электротехнике неприменима к реальным аудиолиниям. ... Это открывает путь для простого RC-моделирования нашей аудиолинии.
имеют низкое сопротивление и должны подключаться только к высокоомным входам — никогда, никогда не соединяйте два выхода напрямую — никогда. Если вы это сделаете, то каждый выход попытается управлять очень низким сопротивлением другого, заставляя оба выхода работать на пределе тока и возможном повреждении. Как минимум, это приведет к серьезной потере сигнала.