Линейный уровень
Линейный уровень — это заданная мощность аудиосигнала, используемого 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, например сигналы от микрофонов (Уровень микрофона/Уровень микрофона) и звукоснимателей инструментов (Уровень инструмента), и более сильные сигналы, например сигналы, используемые для управления наушниками и громкоговорителями (Уровень динамика). «Сила» этих различных сигналов не обязательно относится к выходному напряжению 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 , с 3,5-мм (0,14 дюйма, но обычно называемым «восьмым дюймовым») 3-проводным мини-разъемом TRS, обеспечивающим заземление, левый канал и правый канал или стерео. RCA-гнезда . В профессиональном оборудовании обычно используются симметричные соединения на TRS диаметром 6,35 мм (1/4 дюйма) телефонных разъемах или разъемах XLR . Профессиональное оборудование также может использовать несбалансированные соединения с телефонными разъемами TS (1/4 дюйма).
Номинальные уровни
[ редактировать ]
линии Уровень линии описывает номинальный уровень сигнала 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 dBu , представляет собой напряжение переменного тока, необходимое для выработки 1 мВт мощности при импедансе 600 Ом (приблизительно 0,7746 В RMS ). [2] Этот неуклюжий прибор является пережитком ранних телефонных стандартов, в которых использовались источники и нагрузки 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 он составляет −10 дБВ , что используется для снижения производственных затрат. [3]
Выраженный в абсолютных величинах, сигнал на уровне -10 дБВ эквивалентен синусоидальному сигналу с пиковой амплитудой (V PK ) примерно 0,447 В или любому обычному сигналу со 0,316 В среднеквадратическим значением (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 размаха амплитуду 1,0 В.
| Использовать | Номинальный уровень | Номинальный уровень, В СКЗ | Пиковая амплитуда, В ПК | Размах амплитуды, В пик- пик |
|---|---|---|---|---|
| Профессиональный звук | +4 дБу | 1.228 | 1.736 | 3.472 |
| Потребительское аудио | −10 дБВ | 0.316 | 0.447 | 0.894 |
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]
Импедансы
[ редактировать ]Поскольку кабели между линейным выходом и линейным входом обычно очень короткие по сравнению с длиной волны аудиосигнала в кабеле, Эффекты линии передачи можно не учитывать и согласование импедансов не нужно использовать . Вместо этого в схемах линейного уровня используется принцип мостового импеданса . в 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. [5]
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. [5] Линейный вход действует аналогично входу вольтметра с высоким импедансом или входу осциллографа, измеряя напряжение, подаваемое на выход, при минимальном потреблении тока (и, следовательно, минимальной мощности) от источника. Высокий импеданс линии в цепи не нагружает выход 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.
Линейный выход
[ редактировать ]
Символ линейного выхода. Цвет руководства для ПК зеленый лайм.
Линейные выходы 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 диапазону человеческого слуха . Линейные выходы предназначены для управления нагрузкой с сопротивлением 10 000 Ом; при напряжении всего несколько вольт для этого требуется лишь минимальный ток.
Подключение других устройств
[ редактировать ]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 примерно 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. В результате звук из динамика будет очень слабым и, возможно, будет повреждена цепь 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 тем же причинам не следует использовать кабели «звезда» (или «Y-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 приводит к гораздо большей нагрузке, чем предполагалось. Это приведет к потере сигнала и, возможно, даже к повреждению. Активный микшер, использующий, например, операционные усилители , вместо этого следует использовать. [6] Для безопасного смешивания их можно использовать большой резистор, включенный последовательно с каждым выходом, но он должен быть рассчитан соответствующим образом с учетом импеданса нагрузки и длины кабеля.
Линейный вход
[ редактировать ]
Символ линейного входа. Цвет руководства для ПК светло-голубой.
Разработчиками задумано, чтобы линейный выход одного устройства был подключен к линейному входу другого. Линейные входы предназначены для приема уровней напряжения в диапазоне, обеспечиваемом линейными выходами. 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 образуется «мостовое» соединение, при котором большая часть напряжения, генерируемого источником (выходом), падает на нагрузку (вход), и протекает минимальный ток. из-за относительно высокого импеданса 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 ), 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, со звукоснимателями для электрогитар и коробками с непосредственным впрыском . Некоторые из этих источников могут обеспечивать только минимальное напряжение и ток, а вход с высоким импедансом предназначен для того, чтобы не нагружать их чрезмерно.
Линейный уровень в традиционных трактах прохождения сигнала
[ редактировать ]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». который 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.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Основы материального технического звука
- ^ Гленн М. Баллоу, изд. (1998). Справочник для звукорежиссеров: Новая аудиоциклопедия, второе издание . Фокальная пресса. п. 761. ИСБН 0-240-80331-0 .
- ^ Винер, Итан (2013). Эксперт по аудио: все, что вам нужно знать об аудио . Фокальная пресса. п. 107. ИСБН 978-0-240-82100-9 .
- ^ Осциллографическое измерение сигнала линейного уровня.
- ^ Jump up to: а б Деннис Бон (май 1996 г.). «Практические требования к линейному току» . РанеНотес . Корпорация Рейн . Проверено 15 июля 2012 г.
На практике теория электротехнических линий передачи неприменима к реальным аудиолиниям. ... Это открывает путь к простому RC-моделированию нашей аудиолинии.
- ^ Деннис Бон (апрель 2004 г.). «Почему не Уай?» . РанеНотес . Корпорация Рейн . Проверено 15 июля 2012 г.
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.