Линейный уровень — это заданная мощность аудиосигнала, используемого для передачи аналогового звука между такими компонентами, как проигрыватели компакт-дисков и DVD , телевизоры , усилители звука и микшерные консоли .
Линейный уровень находится между другими уровнями аудиосигналов. Существуют более слабые сигналы, например сигналы от микрофонов ( уровень микрофона или уровень микрофона ) и звукоснимателей инструментов ( уровень инструмента ), и более сильные сигналы, например те, которые используются для управления наушниками и громкоговорителями ( уровень динамиков ). Сила этих различных сигналов не обязательно связана с выходным напряжением устройства-источника; это также зависит от его выходного сопротивления и выходной мощности.
Бытовые электронные устройства, работающие со звуком (например, звуковые карты ), часто имеют разъем с надписью « линейный вход» и/или «линейный выход» . Линейный выход обеспечивает вывод аудиосигнала, а линейный вход принимает входной сигнал.
Соединения линейного входа/выхода на аудиооборудовании, ориентированном на потребителя, обычно несимметричны и подключаются к стереоразъемам RCA или к 3,5-мм ( 1/8 дюйма ) 3-проводному разъему TRS minijack , обеспечивающему заземление, левый канал и правый канал.
В профессиональном оборудовании обычно используются симметричные соединения на телефонных разъемах TRS диаметром 6,35 мм ( 1 ⁄ дюйма ) или разъемах XLR . В профессиональном оборудовании также могут использоваться несбалансированные соединения с телефонными разъемами TS диаметром 6,35 мм ( 1 ⁄ дюйма ).
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 линейного уровня. Хотя номинальные уровни сами по себе различаются, общими являются только два опорных напряжения: децибел-вольты (дБВ) для потребительских приложений и ненагруженные децибелы (дБу) для профессиональных приложений.
Опорное напряжение в децибел-вольтах составляет 1 В RMS = 0 дБВ . [1] Опорное напряжение без нагрузки в децибелах, 0 дБн , представляет собой напряжение переменного тока, необходимое для выработки мощности 1 мВт при сопротивлении 600 Ом (приблизительно 0,7746 В, среднеквадратичное значение ). [2] Этот неуклюжий прибор является пережитком ранних телефонных стандартов, в которых использовались источники и нагрузки с сопротивлением 600 Ом, а рассеиваемая мощность измерялась в децибел-милливаттах ( дБм ). В современном аудиооборудовании не используются согласованные нагрузки сопротивлением 600 Ом, следовательно, дБм не нагружен ( dBu ).
Наиболее распространенный номинальный уровень для профессионального оборудования составляет +4 дБ (условно значения в децибелах обозначаются явным знаком). Для потребительского оборудования существует стандарт –10 дБВ , первоначально предназначенный для снижения производственных затрат. [3] Однако бытовое оборудование не обязательно соответствует этому соглашению. Например, стандартное выходное напряжение проигрывателя компакт-дисков составляет около 2 В RMS , что эквивалентно +6 дБВ. Такие более высокие выходные уровни позволяют проигрывателю компакт-дисков обходить этап предусилителя. [4]
Выраженный в абсолютных величинах, сигнал с уровнем -10 дБВ эквивалентен синусоидальному сигналу с пиковой амплитудой (V PK ) примерно 0,447 В или любому обычному сигналу со среднеквадратическим значением 0,316 В (V RMS ). Сигнал +4 дБу эквивалентен синусоидальному сигналу с пиковой амплитудой примерно 1,736 В или любому обычному сигналу со среднеквадратичным напряжением примерно 1,228 В.
Размах амплитуды (иногда сокращенно pp ) (V PP ) относится к общему размаху напряжения сигнала, который вдвое превышает пиковую амплитуду сигнала. Например, сигнал с пиковой амплитудой ±0,5 В имеет амплитуду размаха 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 ). [5]
Линейный драйвер обычно используется для управления выходными аналоговыми сигналами линейного уровня. [6] Поскольку кабели между линейным выходом и линейным входом, как правило, очень короткие по сравнению с длиной волны аудиосигнала в кабеле, эффектами линии передачи можно пренебречь и не требуется использовать согласование импеданса . Вместо этого в схемах линейного уровня используется принцип мостового соединения импеданса , при котором выход с низким импедансом управляет входом с высоким импедансом. Типичное линейное выходное соединение имеет выходное сопротивление от 100 до 600 Ом , причем более низкие значения чаще встречаются в новом оборудовании. Линейные входы имеют гораздо более высокий импеданс, обычно 10 кОм или более. [7]
Два импеданса образуют делитель напряжения с шунтирующим элементом, размер которого превышает размер последовательного элемента, что гарантирует, что небольшая часть сигнала шунтируется на землю и минимизируется потребность в токе. Большая часть напряжения, выдаваемого выходом, появляется на входном импедансе, и почти ни одно напряжение не падает на выходе. [7] Линейный вход действует аналогично входу высокоомного вольтметра или осциллографа, измеряя напряжение, подаваемое на выход, при минимальном потреблении тока (и, следовательно, минимальной мощности) от источника. Высокое сопротивление линии в схеме не нагружает выход устройства-источника.
Это сигналы напряжения (в отличие от сигналов тока), и необходима именно информация о сигнале (напряжении), а не мощность для управления преобразователем , например динамиком или антенной. Фактическая информация, которой обмениваются устройства, — это изменение напряжения; именно этот сигнал переменного напряжения передает информацию, делая ток нерелевантным.
Символ линейного выхода. Цвет руководства для ПК зеленый лайм.
Линейные выходы ( line out ) обычно имеют сопротивление источника от 100 до 600 Ом . Напряжение может достигать 2 В от пика до пика с уровнями, указанными в -10 дБВ (300 мВ) при 10 кОм . Частотная характеристика большинства современного оборудования заявлена как минимум от 20 Гц до 20 кГц, что соответствует обычному диапазону человеческого слуха . Линейные выходы предназначены для управления нагрузкой с сопротивлением 10 кОм , что даже при самых высоких напряжениях линейного выхода требует лишь незначительного тока (значительно ниже миллиампер).
Подключение нагрузки с низким импедансом, такой как громкоговоритель (обычно от 4 до 8 Ом ), к линейному выходу приведет к короткому замыканию выходной цепи. Такие нагрузки составляют около 1 ⁄ 1000 импеданса, на который рассчитан линейный выход, поэтому линейный выход обычно не предназначен для подачи тока, который будет потребляться нагрузкой от 4 до 8 Ом при нормальном напряжении сигнала линейного выхода. Результатом будет очень слабый звук из динамика и, возможно, повреждение цепи линейного выхода.
Выходы для наушников и линейные выходы иногда путают. Наушники разных производителей и моделей имеют сильно различающееся сопротивление: от 20 Ом до нескольких сотен Ом; самый низкий из них будет иметь результаты, аналогичные динамику, тогда как самый высокий может работать приемлемо, если сопротивление линейного выхода достаточно низкое, а наушники достаточно чувствительны.
И наоборот, выход для наушников обычно имеет сопротивление источника всего несколько Ом (чтобы обеспечить мостовое соединение с наушниками с сопротивлением 32 Ом ) и легко управляет линейным входом.
По аналогичным причинам не следует использовать звездообразные кабели (или Y-образные разветвители ) 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 более тяжелая нагрузка, чем рассчитана. Это приведет к потере сигнала и, возможно, даже к повреждению. Вместо этого следует использовать активный микшер, например , на операционных усилителях . [8] Для безопасного смешивания их можно использовать резистор большого размера последовательно с каждым выходом, но он должен быть рассчитан соответствующим образом с учетом импеданса нагрузки и длины кабеля.
Символ линейного входа. Цвет руководства для ПК светло-синий.
Линейные входы ( line in ) предназначены для приема уровней напряжения в диапазоне, обеспечиваемом линейными выходами. Разработчиками задумано, чтобы линейный выход одного устройства был подключен к линейному входу другого. С другой стороны, импедансы намеренно не согласованы между выходами и входами. Импеданс линейного входа обычно составляет около 10 кОм . При использовании обычного низкого импеданса линейного выхода от 100 до 600 Ом это образует мостовое соединение, в котором большая часть напряжения, генерируемого источником (выходом), падает на нагрузку (вход), и минимальный ток протекает из-за относительно высокий импеданс нагрузки.
Хотя линейные входы имеют более высокий импеданс по сравнению с линейными выходами, их не следует путать с так называемыми входами Hi-Z (Z — символ импеданса ), которые имеют импеданс 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, со звукоснимателями для электрогитар и коробками прямого ввода . Некоторые из этих источников могут обеспечивать только минимальное напряжение и ток, а вход с высоким импедансом 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 необходимо усилить до линейного уровня, чтобы ими было легче манипулировать с помощью других устройств, таких как микшерные пульты и магнитофоны. Такое усиление осуществляется с помощью устройства, известного как предусилитель или предусилитель, которое повышает сигнал до линейного уровня. После манипуляций на линейном уровне сигналы обычно отправляются на усилитель мощности , где они усиливаются до уровней, которые могут использоваться в наушниках или громкоговорителях . Они преобразуют сигналы обратно в звуки, которые можно услышать в воздухе.
Большинство картриджей для фонографов также имеют низкий выходной уровень и требуют предусилителя; Обычно домашний стереофонический интегрированный усилитель или ресивер имеет специальный фоно-вход . Этот вход пропускает сигнал через фонокорректор, который применяет к сигналу эквализацию RIAA , а также повышает его до линейного уровня.
На практике теория электротехнических линий передачи не применима к реальным звуковым линиям. ... Это открывает путь к простому RC-моделированию нашей аудиолинии.
Выходы имеют низкий импеданс и должны подключаться только к входам с высоким импедансом — никогда, никогда не соединяйте два выхода напрямую вместе — никогда. Если вы это сделаете, то каждый выход попытается управлять очень низким импедансом другого, что приведет к ограничению тока обоих выходов и возможному повреждению. Как минимум, это приводит к серьезной потере сигнала.
СМИ, связанные с линейным уровнем, на Викискладе?