Analogisen signaalin linjataso ( englanniksi linjataso ) on keskimääräinen [1] signaalin jännitteen arvo , joka lähetetään signaalipolun lohkosta toiseen lohkojen välisten tietoliikennelinjojen kautta; yleisemmässä muotoilussa linjataso on keskimääräinen signaalijännite missä tahansa analogisen polun kohdassa [1] . Linjatasoa vastaavaa signaalia kutsutaan linjatason signaaliksi , tällaisen signaalin lähteen lähtöpiiri on linjalähtö ja sen kanssa yhteensopivan signaalivastaanottimen tulopiiri on linjatulo . Yhdysvalloissa sotien välisenä aikana ilmestynyt linjatason käsite juontaa juurensa langallisen puhelinlinjan käsitteeseen, eikä se liity suoraan analogisen polun lineaarisuuden ja epälineaarisuuden käsitteisiin [1] .
Linjatasojen arvot riippuvat laitteen käyttötarkoituksesta (kotitalo tai ammattilainen), signaalilähteen luonteesta ( video , ääni jne.) ja sen kantoaaltomuodosta (analoginen tai digitaalinen muoto ), laitteen vapautumisajasta. laitteet ja niin edelleen. Linjatason valinta on kompromissi toisaalta signaali-kohinasuhteen vaatimusten ja toisaalta epälineaarisen särötason ylikuormituskapasiteetin välillä . Audiolaitteiden linjatason jännitteet ilmaistaan aina keskineliöarvoina ( rms ). Volttien tai millivolttien tason ilmaisemisen lisäksi käytännössä käytetään myös niiden käyttöaluekohtaisia logaritmisia yksiköitä - dBV kotitalouksissa ja dBm tai dBu ammattilaitteissa.
Over the air -lähetysten olemassaolon ensimmäisinä vuosikymmeninä ainoa tapa lähettää ohjelmia lähetysverkkoihin kuuluvien asemien välillä oli maanpäällinen langallinen) puhelinviestintä . Itse lähetysasemien kantama ei ollut suuri, ja radiokanavan kautta vastaanotettavien ohjelmien laatu oli välityksen kannalta epätyydyttävän alhainen; satelliittiradioviestintää ei periaatteessa ollut olemassa. Lähes välittömästi ensimmäisten puhelinlähetyskokeiden jälkeen radiolähetystoiminnan harjoittajien ja puhelinsoittajien oli sovittava lähetettävän signaalin tekniset vaatimukset [2] . Liian voimakas signaali ylikuormitti puhelinlaitteiston, liian heikko oli liian alttiina kohinalle ja häiriöille [2] . Vuonna 1940 yhdysvaltalaiset lähetysyhtiöt ja puhelinmonopoli AT&T vahvistivat tekniset vaatimukset standardissa, joka antoi selkeän määritelmän: "linjataso - ääniohjelman keskimääräinen taso, jolla tilaajakuormalla vapautuu 1 mW sähkötehoa tuloimpedanssi 600 ohmia " [2] [3] . Tähän tasoon liittyvä logaritminen mittausasteikko nimettiin dBm:ksi (desibeli suhteessa 1 mW:n tasoon) [2] . Juuri tämä asteikko kalibroi VU- järjestelmän standardi "ääni" volttimittarit (VU-mittarit): nolla tavanomaista yksikköä VU (itse asiassa oli volttimittarin asteikon oikealla puoliskolla) vastasi 775 mV jännitettä [4] [3 ] .
Ajan myötä linjan sallittu signaalitaso on kasvanut; vuonna 1954 Yhdysvaltain puhelinverkkojen standardilinjataso nousi +8 dBm :iin ( 6,3 mW 600 Ω:n kuormaan eli 1,95 V:iin); sallittu signaalitason raja oli silloin +18 dBm, mikä takasi 10 dB :n ylikuormitusmarginaalin suhteessa linjatasoon [5] . Samalla kävi selväksi, että tavallisiin VU-mittareihin rakennetut germanium - tasasuuntaajat aiheuttavat linjan signaaliin liian suuria epälineaarisia vääristymiä [4] [3] ( 0,3 % rajatasolla ja paljon enemmän alemmilla tasoilla [ 5] ). Näiden vääristymien välttämiseksi insinöörit alkoivat kytkeä päälle liitäntävastusta sarjaan VU volttimittarin kanssa, mikä lisäsi laitteen tuloresistanssia ja samalla pienensi jännitettä volttimittarin sisääntulossa noin puolitoista kertaa tai 4 dB [3] . Lähetysverkkoihin syntyi pian uusi teollisuusstandardi: volttimittarin ehdollinen nolla VU vastasi nyt +4 dBm eli 1,228 V 600 ohmin resistanssiksi [3] . Juuri tätä tasoa käytettiin lineaaritasona lähetysverkkojen studiolaitteissa [3] .
1970-luvulla tilanne muuttui: kuluttajien korkealaatuisten äänentoistolaitteiden massamarkkinat kehittyivät ja uudet markkinat puoliammattimaisille studiolaitteille syntyivät [4] . Studion standardi 600 ohmin linja, joka merkitsi laajakaistasovitusmuuntajien käyttöä , oli liian kallis budjettitalouslaitteisiin, eikä sitä tarvittu [4] . Riitti, että signaalilähteen lähtöimpedanssi oli monta kertaa pienempi kuin vastaanottimen tuloimpedanssi [4] . Joten oli tarvetta siirtyä "tehon" desibeleistä dBm uuteen asteikkoon, joka ei toimi teholla, vaan jännitteellä [6] [4] . Yhdysvalloissa perinnettä noudattaen he yksinkertaisesti rinnastivat jännite-asteikon nollan dBm-asteikon nollaan; uudet logaritmiset yksiköt saivat nimen dBu ( englannin sanasta unterminated , "unloaded") [6] [4] . Euroopassa he ehdottivat uutta asteikkoa, joka ei sidottu tasoon 775 mV, vaan tasoon 1 V - tämä asteikko nimettiin dBv:ksi [4] [6] . IEC :n ja IHF :n standardoima dBV-asteikko on tullut kodinkoneiden perusvarusteeksi; dBu-asteikko, kuten sen dBm edeltäjänsä, on pysynyt ammattilaisten standardina [4] [6] .
Ammattilaitteiden linjatasot, perinteisesti dBm tai dBu mitattuna, ovat välillä +4 ... + 8 dBu tai 1,228 ... 1,95 V:
Jos lähdesignaali välitetään vastaanottimeen balansoidun balansoidun johdon kautta (mikä on ammattikäytössä normi), signaalin jännite mitataan kahden vastavaihejohtimen välistä. Keskimääräiset signaalijännitteet kussakin näistä johtimista ovat puolet linjatasosta - 614, 775 tai 973 mV linjatasoilla +4, +6 tai +8 dBu [9 ] .
Kuluttajaäänilaitteissa käytetään yleensä paljon matalampia linjatasoja:
Digitaalisten mediasoittimien dokumentaatiossa voidaan ilmoittaa linjatason ilmoittamisen sijaan vääristymättömän sinimuotoisen signaalin rajoittava RMS-jännite digitaali-analogiamuuntimen lähdössä . Sen tyypillinen arvo, joka standardoitiin 1980-luvulla kiinteille CD-soittimille ja SCART -ääniliitännälle , on 2 V [11] . Standardien IEC 60933 ja GOST R 51771-2001 mukaisesti tällaisen signaalin lineaarinen (nimellinen) taso on 12 dB :n päässä rajasta ja on 500 mV [14] . Vuoden 2013 tietojen mukaan useimmat äänisuunnittelijat sekoittivat kuitenkin digitaalisia äänitteitä keskittyen 18 dB:n korkeustilaan, joten todellinen keskimääräinen linjataso soittimen lähdössä on puolet tästä - vain 250 mV [13] .
Yleensä on mahdotonta lähettää signaalia ammattilaitteiden lähdöstä kodin laitteen tuloon väistämättömien tulon ylikuormituksen vuoksi [12] . Ammattilaitteiden signaalin vaimentamiseen kotitalouksiin -10 dBV käytetään vaimentimia tai muuntajia , jotka englanninkielisessä ympäristössä saivat kollektiivisen nimen "4 to -10 converters" ( eng. 4 / -10 converters ). Ammattilaitteiden kytkimet, joissa on sisäänrakennetut vaimentimet, on merkitty samalla tavalla ( -10/+4 ) [12] . Koska ammatti- ja kotitaloustasot on perinteisesti ilmaistu eri asteikoilla (dBu ja dBV), tällaisen vaimentimen vaimennuskerroin ei ole -16, vaan -11,8 dB (jännite vaimenee 3,89 kertaa) [12] [4] .
Linjataso +4…+8 dBu on optimaalinen yhteenliittäville linjoille, mutta liian korkea signaalinkäsittelyyn lohkoissa. Pääsääntöisesti ammattilaitteissa ulkopuolelta tuleva signaali vaimennetaan sisäiselle linjatasolle noin -6 ... 0 dBu eli 388 ... 775 mV rms; operaatiovahvistimeen rakennetuissa piireissä tämä taso takaa 20 ... 27 dB :n ylikuormitusmarginaalin [9] . Erikoistuneissa mikserikonsoleissa sisätaso voi olla jopa matalampi, luokkaa -16 dBu ( 123 mV rms) [9] .
Kuluttajalaitteiden, erityisesti akkukäyttöön suunniteltujen, sisäiset linjatasot voivat myös olla huomattavasti pienempiä kuin nimellisarvot - esimerkiksi 25 ... 35 mV : n referenssitasot olivat yleisiä kasettilaitteissa UWB Dolbylla ja dbx : llä [15] .
Lineaarisen tason valinta on kompromissi toisaalta signaali-kohinasuhteelle asetettujen vaatimusten ja toisaalta ylikuormituskapasiteetin ja epälineaarisen vääristymän tason välillä [7] . Liian heikko äänireitin läpi kulkeva signaali on liian kohinainen; liian vahvat joutuvat ennenaikaisesti alttiiksi epälineaariselle leikkaukselle ylikuormituksen aikana [7] . Putki- ja varhaistransistorilaitteissa linjatason nousu aiheutti myös asteittaisen vääristymän kasvun lineaarisella toiminta-alueella; nykyaikaisissa analogisissa laitteissa tätä ilmiötä ei käytännössä esiinny: vahvistimet säilyttävät normaalin matalan särötason amplitudin ylikuormitukseen asti [16] . Jotkin operaatiovahvistimet, mukaan lukien studiolaitteissa käytetyt, erottuvat kuitenkin epänormaalin korkeista kytkentäsäröistä vaihdettaessa tilasta A AB - tilaan - tällaisten operaatiovahvistimien optimaalinen lähtöjännitealue on paljon kapeampi kuin suurin mahdollinen [17] .
Absoluuttinen ylikuormituskynnys määräytyy elementtipohjan ja vahvistinportaiden piirien mukaan: pienjänniteakkuvirtapiireissä ylikuormitusraja ei ylitä ±1 V, operaatiovahvistimiin perustuvissa piireissä kynnys on noin ±10 V , ja erillisiin transistoreihin tai lamppuihin perustuvissa malleissa se voi olla useita kymmeniä voltteja. Ammattimaisissa laitteissa kaksi suurinta sallittua jännitteen tasoa on käytännössä standardoitu:
Lineaarinen taso kuvaa signaalin keskimääräistä jännitettä, mutta ei suurinta sallittua [1] ; jälkimmäinen ylittää aina lineaarisen tason. Ero laitteen nimellisen (passi) linjatason ja rajoittavan signaalitason välillä, ilmaistuna samassa neliöjännitteiden asteikossa, on
Yllä olevat luvut kuvaavat itse laitteen ominaisuuksia; monistamiseen ja radiolähetyksiin tarkoitettujen äänitteiden dynaaminen alue on yleensä rajoitettu edelleen masteroinnin aikana . Normaaleissa tallennuksissa, joihin ei kohdistu aggressiivista pakkausta, huippukerroin - keskimääräisen ja maksimitason välinen ero - on noin 18 dB. 2000-luvun " äänenvoimakkuussodan " aikana masterointiinsinöörit pakkaavat tämän suhteen 12 dB:iin ja "puristetuimmissa" tallennuksissa 8 dB:iin. Tällaiselle pakkaukselle altistetut tallenteet kuulostavat "kovilta", joskus näyttäviltä, mutta yksitoikkoisilta [20] [21] . Tällaisten tallenteiden pitkä kuuntelu väsyttää kuuntelijaa [20] [21] .