Az analóg jel vonalszintje ( angol vonalszint ) a jel feszültségének átlagos [1] értéke , amely a jelút egyik blokkjából a másikba továbbított blokkközi kommunikációs vonalakon; egy általánosabb megfogalmazásban a vonalszint az átlagos jelfeszültség az analóg útvonal bármely pontján [1] . A vonalszintnek megfelelő jelet vonalszintű jelnek nevezzük , az ilyen jel forrásának kimeneti áramköre vonali kimenet , az ezzel kompatibilis jelvevő bemeneti áramköre pedig vonali bemenet . A vonalszint fogalma, amely az Egyesült Államokban a két világháború közötti időszakban jelent meg, a vezetékes telefonvonal fogalmára nyúlik vissza, és nem kapcsolódik közvetlenül az analóg útvonal linearitása és nemlinearitása fogalmához [1] .
A vonalszintek értékei függenek a berendezés rendeltetésétől (háztartási vagy professzionális), a jelforrás jellegétől ( videó , hang stb.) és hordozójától (analóg vagy digitális forma ), a kioldási időtől. berendezések, és így tovább. A vonalszint megválasztása kompromisszum egyrészt a jel-zaj viszony követelményei , másrészt a nemlineáris torzítás szintjére vonatkozó túlterhelési kapacitás között. Az audioberendezések vonali szintű feszültségeit mindig négyzetes középértékekben ( rms ) fejezzük ki. A szint voltban vagy millivoltban történő jelzése mellett a gyakorlatban a felhasználási területükre jellemző logaritmikus mértékegységeket is alkalmazzák - háztartásban dBV , professzionális berendezésekben pedig dBm vagy dBu .
Az éteren keresztüli műsorszórás fennállásának első évtizedeiben a műsorszóró hálózatok állomásai közötti műsorok továbbításának egyetlen módja a földi (vezetékes) telefonos kommunikáció volt . Maguk a műsorszóró állomások hatótávolsága nem volt nagy, a rádiócsatornán keresztüli műsorok vételi minősége a közvetítés szempontjából nem kielégítően alacsony; műholdas rádiókommunikáció elvileg nem létezett. Szinte azonnal az első telefonos műsorszórási kísérletek után a rádiós műsorszolgáltatóknak és a telefonosoknak meg kellett állapodniuk a továbbított jel műszaki követelményeiről [2] . A túl erős jel túlterhelte a telefonkészüléket, a túl gyenge jel túlzottan ki volt téve a zajnak és az interferenciának [2] . 1940-ben az amerikai műsorszolgáltatók és a telefonmonopólium, az AT&T rögzítette a szabványban a műszaki követelményeket, amelyek egyértelmű definíciót adtak: "vonalszint - egy hangműsor átlagos szintje, amelynél 1 mW elektromos teljesítmény szabadul fel egy előfizetői terhelésben 600 ohm bemeneti impedancia " [2] [3] . Az ehhez a szinthez tartozó logaritmikus mérési skálát dBm-nek (decibel az 1 mW-os szinthez viszonyítva) nevezték el [2] . Ez a skála kalibrálta a VU-rendszer szabványos "hang" voltmérőit (VU-mérőket): nulla hagyományos VU egység (valójában a voltmérő skála jobb felében található) 775 mV -os feszültségnek felelt meg [4] [3 ] .
Idővel a vonal megengedett jelszintje nőtt; 1954-ben az amerikai telefonhálózatok szabványos vonalszintje +8 dBm - re emelkedett ( 6,3 mW 600 Ω-os terhelésre vagy 1,95 V-ra); a megengedett jelszint határ ekkor +18 dBm volt, ami 10 dB - es túlterhelési ráhagyást garantált a vonalszinthez képest [5] . Ugyanakkor nyilvánvalóvá vált, hogy a szabványos VU-mérőkbe épített germánium egyenirányítók elfogadhatatlanul nagy nemlineáris torzítást hoznak a vonal jelébe [4] [3] ( határszinten 0,3% , alacsonyabb szinten sokkal többet [ 4] [3] 5] ). A torzulások elkerülése érdekében a mérnökök elkezdtek egy előtétellenállást sorba kapcsolni a VU voltmérővel , ami növelte az eszköz bemeneti ellenállását, és egyúttal a voltmérő bemeneti feszültségét körülbelül másfélszeresére csökkentette, ill. 4 dB [3] . Hamarosan új iparági szabvány jelent meg a műsorszóró hálózatokon belül: a voltmérő feltételes nulla VU értéke immár +4 dBm-nek, vagyis 1,228 V -nak 600 ohmos ellenállásnak felelt meg [3] . Ezt a szintet használták lineáris szintként a műsorszóró hálózatok stúdióberendezésében [3] .
Az 1970-es években a helyzet megváltozott: a fogyasztói minőségi hangreprodukciós berendezések tömegpiaca alakult ki , és új piac alakult ki a félprofi stúdióberendezések számára [4] . A stúdió szabványos 600 ohmos vonal, amely szélessávú illesztő transzformátorok használatát jelentette , túl drága volt a pénztárcabarát háztartási berendezésekhez, és nem volt rá szükség [4] . Elég volt, hogy a jelforrás kimeneti impedanciája sokszorosa volt a vevő bemeneti impedanciájának [4] . Szükség volt tehát a „teljesítmény” decibel dBm-ről egy olyan új skálára való átállásra, amely nem teljesítménnyel, hanem feszültséggel működik [6] [4] . Az USA-ban a hagyományt követve egyszerűen egyenlőségjelet tettek a feszültségskála nullája és a dBm skála nullája között; az új logaritmikus egységek dBu elnevezést kaptak (az angol unterminated , "unloaded" szóból) [6] [4] . Európában új skálát javasoltak, nem a 775 mV-hoz, hanem az 1 V -hoz kötve – ezt a skálát dBv-nek nevezték el [4] [6] . Az IEC és az IHF által szabványosított dBV-skála a háztartási készülékek alapvető elemévé vált; A dBu skála a dBm elődjéhez hasonlóan továbbra is szabvány maradt a szakemberek számára [4] [6] .
A professzionális berendezések hagyományosan dBm-ben vagy dBu-ban mért vonali szintjei a +4 ... + 8 dBu vagy 1,228 ... 1,95 V tartományba esnek:
Ha a forrásjelet szimmetrikus szimmetrikus vezetéken keresztül továbbítják a vevőhöz (ami a szakmai gyakorlatban jellemző), akkor a jelfeszültség mérése két antifázisú vezeték között történik. Az átlagos jelfeszültség ezeken a vezetékeken a vonali szint fele - 614, 775 vagy 973 mV +4, +6 vagy +8 dBu vonali szinteknél [9] .
A fogyasztói audioberendezésekben általában sokkal alacsonyabb vonalszinteket használnak:
A digitális médialejátszók dokumentációjában a vonalszint jelzése helyett a torzítatlan szinuszos jel limitáló RMS feszültsége is feltüntethető a digitális-analóg átalakító kimenetén . Tipikus értéke, amelyet az 1980-as években szabványosítottak a rögzített CD-lejátszókra és a SCART audio interfészre , 2 V [11] . Az IEC 60933 és a GOST R 51771-2001 szabványnak megfelelően egy ilyen jel lineáris (névleges) szintje 12 dB -re van a határértéktől , és 500 mV -nak felel meg [14] . A 2013-as adatok szerint azonban a legtöbb hangmérnök digitális hangfelvételeket kevert , a 18 dB- es hangmagasságra fókuszálva , így a tényleges átlagos vonalszint a lejátszó kimenetén ennek a fele – mindössze 250 mV [13] .
A professzionális berendezések kimenetéről általában nem lehet jelet küldeni egy háztartási készülék bemenetére az elkerülhetetlen bemeneti túlterhelések miatt [12] . A professzionális berendezések jelének csillapítására háztartási -10 dBV -re csillapítókat vagy transzformátorokat használnak , amelyek az angol nyelvterületen a "4 to -10 converters" gyűjtőnevet kapták ( eng. 4 / -10 converters ). A beépített csillapítókkal ellátott professzionális berendezések kapcsolóit hasonló módon jelöljük ( -10/+4 ) [12] . Mivel a professzionális és a háztartási szintet hagyományosan különböző skálákon jelzik (dBu és dBV), egy ilyen csillapító csillapítási együtthatója nem -16, hanem -11,8 dB (a feszültség 3,89-szeres csillapítású) [12] [4] .
A +4…+8 dBu vonalszint optimális az összekötő vonalakhoz, de túl magas a blokkon belüli jelfeldolgozáshoz. Általános szabály, hogy a professzionális berendezésekben a kívülről érkező jel körülbelül -6 ... 0 dBu vagy 388 ... 775 mV effektív belső vezetékszintre csillapodik; a műveleti erősítőre épített áramkörökben ez a szint 20 ... 27 dB túlterhelési ráhagyást garantál [9] . A speciális keverőpultoknál a belső szint még alacsonyabb is lehet, -16 dBu ( 123 mV effektív) nagyságrendű [9] .
A fogyasztói berendezések belső vonali szintjei, különösen az akkumulátoros tápellátásra tervezettek is lényegesen alacsonyabbak lehetnek a névlegesnél - például az UWB Dolby és dbx kazettás készülékeknél a 25 ... 35 mV -os referenciaszintek általánosak voltak [15] .
A lineáris szint megválasztása kompromisszum egyrészt a jel-zaj viszony követelményei , másrészt a túlterhelési kapacitás és a nemlineáris torzítás mértéke között [7] . Az audio úton áthaladó túl gyenge jel túlzottan zajos lesz; a túl erős túlterhelés miatt idő előtt ki van téve nemlineáris nyírásnak [7] . A csöves és korai tranzisztoros berendezésekben a vonalszint növekedése a torzítás fokozatos növekedését is okozta a lineáris működési tartományban; a modern analóg berendezésekben ez a jelenség gyakorlatilag hiányzik: az erősítők standard alacsony torzítási szintet tartanak fenn az amplitúdó túlterhelésig [16] . Egyes műveleti erősítők azonban, beleértve a stúdióberendezésekben használtakat is, abnormálisan nagy kapcsolási torzításokkal különböztethetők meg az A módból AB módba váltáskor - az ilyen műveleti erősítők optimális kimeneti feszültségtartománya sokkal szűkebb, mint a lehetséges maximális [17] .
Az abszolút túlterhelési küszöböt az elembázis és az erősítő fokozatok áramköre határozza meg: kisfeszültségű akkumulátoros áramkörökben a túlterhelési küszöb nem haladja meg a ±1 V- ot, a műveleti erősítőkön alapuló áramkörökben a küszöb körülbelül ±10 V , diszkrét tranzisztorokra vagy lámpákra épülő kiviteleknél pedig több tíz volt is lehet. A professzionális berendezésekben a megengedett legnagyobb feszültség két szintje de facto szabványosított:
A lineáris szint a jel átlagos feszültségét jellemzi, de nem a maximálisan megengedhető [1] ; ez utóbbi mindig meghaladja a lineáris szintet. A berendezés névleges (útlevél) vonali szintje és a határjelszint közötti különbség, a négyzetes feszültségek azonos skálájában kifejezve:
A fenti ábrák magának a berendezésnek a képességeit jellemzik; a sokszorosításra és rádióadásra szánt hangfelvételek dinamikatartománya általában tovább korlátozott a mastering során . Normál felvételeken, amelyek nincsenek kitéve agresszív tömörítésnek, a csúcstényező - az átlagos és a maximális szint közötti különbség - körülbelül 18 dB. A 2000-es évek „ hangosságháborúja ” során a mastering mérnökök ezt az arányt 12 dB- re, a leginkább „nyomott” felvételeken pedig 8 dB-re tömörítették. Az ilyen tömörítésnek alávetett felvételek "hangosak", néha látványosak, de monotonok [20] [21] . Az ilyen felvételek hosszan tartó hallgatása fárasztja a hallgatót [20] [21] .