Лінійний рівень

Матеріал з testwiki
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Діпазони значень лінійних (темно-червоний) і граничних рівнів сигналу в побутовій і професійній звуковій техніці

Лінійний рівень (Шаблон:Lang-en) аналогового сигналу — середняШаблон:Sfn величина напруги сигналу, що передається з одного блоку сигнального тракту в інший по міжблочних лініях зв'язку; в більш загальному формулюванні, лінійний рівень — середня напруга сигналу в будь-якій точці аналогового трактуШаблон:Sfn. Відповідний лінійному рівню сигнал називають сигналом лінійного рівня, вихідне коло джерела такого сигналу — лінійним виходом, а сумісне з ним вхідне коло приймача сигналу — лінійним входом. Поняття лінійного рівня, що з'явилося в США в міжвоєнний період, сходить до поняття лінії дротового телефонного зв'язку і не пов'язане безпосередньо з поняттями лінійності і нелінійності аналогового трактуШаблон:Sfn.

Величини лінійних рівнів залежать від призначення апаратури (побутова чи професійна), природи джерела сигналу (відео, аудіо тощо) та його носія (аналогова або цифрова форма), часу випуску апаратури і т. ін. Вибір лінійного рівня — компроміс між вимогами до відношення сигнал / шум, з одного боку, і до перевантажувальної здатності до рівня нелінійних спотворень — з другого. Напруги лінійних рівнів звукової апаратури завжди виражаються в середніх квадратичних (діючих) значеннях. Крім зазначення рівня в вольтах або мілівольтах, на практиці застосовуються і специфічні для своїх галузей застосування логарифмічні одиниці — dBV у побутовій і dBm або dBu у професійній апаратурі.

Походження поняття

У перші десятиліття існування ефірного радіомовлення єдиним способом передачі програм між станціями, що входять в мережі радіомовлення, був наземний (дротовий) телефонний зв'язок. Дальність дії самих радіомовних станцій була невеликою, а якість прийому програм по радіоканалу — незадовільно низькою для цілей ретрансляції; супутникового радіозв'язку не існувало в принципі. Практично відразу після перших експериментів з телефонної трансляції радіомовникам і телефоністам треба було узгодити технічні вимоги до сигналу, що передававсяШаблон:Sfn. Занадто потужний сигнал перевантажував телефонне обладнання, занадто слабкий — був надмірно уразливий до шумів і перешкодШаблон:Sfn. У 1940 році радіомовні компанії США і телефонний монополіст AT&T зафіксували технічні вимоги в стандарті, в якому дали чітке визначення: «лінійний рівень — середній рівень звукової програми, при якому в абонентському навантаженні з вхідним опором Шаблон:Nobr виділяється електрична потужність 1 мВт»Шаблон:SfnШаблон:Sfn. Логарифмічна шкала вимірювань, прив'язана до цього рівня, отримала позначення dBm (децибел щодо рівня Шаблон:NobrШаблон:Sfn. Саме цією шкалою градуювалися стандартні «звукові» вольтметри системи VU (VU-метри): нуль умовних одиниць VU (що фактично лежить в правій половині шкали вольтметра) відповідав напрузі Шаблон:NobrШаблон:SfnШаблон:Sfn.

З плином часу допустимий рівень сигналу на лінії збільшився; в 1954 році стандартний лінійний рівень телефонних мереж США виріс до Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr на навантаженні в Шаблон:Nobr або Шаблон:Nobr допустимий граничний рівень сигналу тоді становив Шаблон:Nobr що гарантувало запас по перевантаженню в Шаблон:Nobr, щодо лінійного рівняШаблон:Sfn. Тоді ж стало очевидним, що вбудовані в стандартні VU-метри германієві випрямлячі вносять в сигнал на лінії неприйнятно високі нелінійні спотворенняШаблон:SfnШаблон:Sfn (Шаблон:Nobr на граничному рівні і значно більше на менших рівняхШаблон:Sfn). Щоб уникнути цих спотворень інженери стали включати послідовно з VU-вольтметром баластний резистор, який підвищував вхідний опір приладу і одночасно зменшував напругу на вході вольтметра приблизно в півтора раза, або на Шаблон:NobrШаблон:Sfn. Незабаром всередині радіомовних мереж виник новий галузевий стандарт: умовний нуль VU-вольтметра тепер відповідав Шаблон:Nobr або Шаблон:Nobr на опорі 600 ОмШаблон:Sfn. Саме цей рівень застосовувався як лінійний у студійній апаратурі мовних мережШаблон:Sfn.

У 1970-і роки становище змінилося: розвинувся масовий ринок побутової апаратури високоякісного відтворення звуку, виник новий ринок напівпрофесійного студійного обладнанняШаблон:Sfn. Студійний стандарт 600-омної лінії, що мав на увазі використання широкосмугових узгоджувальних трансформаторів, був для бюджетної побутової апаратури занадто дорогим, та й не потрібнимШаблон:Sfn. Досить було, щоб вихідний опір джерела сигналу був у багато разів нижчим вхідного опору приймачаШаблон:Sfn. Так виникла необхідність перейти від «потужнісних» децибел dBm до нової шкали, що оперує не потужністю, а напругоюШаблон:SfnШаблон:Sfn. У США, слідуючи традиції, просто прирівняли нуль шкали напруг до нуля шкали dBm; нові логарифмічні одиниці отримали позначення dBu (від Шаблон:Lang-en — «ненавантажений»)Шаблон:SfnШаблон:Sfn. У Європі запропонували нову шкалу, прив'язану не до рівня Шаблон:Nobr а до рівня Шаблон:Nobr — ця шкала отримала позначення dBvШаблон:SfnШаблон:Sfn. Шкала dBV, стандартизована МЕК і IHF, стала основною для побутової техніки; шкала dBu, як і її попередниця dBm, залишилася стандартом для фахівцівШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Лінійні рівні в звуковій техніці

Напруга в залежності від часу, виражена в кутових градусах періоду синусоїдальних хвиль опорних і лінійних рівнів з VRMS, VPK і VPP для професійної та побутової (споживчої) апаратури відзначені відносно рівня Шаблон:Nobr (синя штрихова лінія)

Професійна апаратура

Лінійні входи і виходи професійної апаратури зазвичай використовують роз'єми XLR

Лінійні рівні професійної апаратури, традиційно вимірювані в dBm або dBu, лежать в діапазоні Шаблон:Nobr або Шаблон:Nobr

Якщо сигнал джерела передається приймачу по симетричній балансній лінії (що є нормою в професійній практиці), то напруга сигналу вимірюється між двома протифазними провідниками. Середні напруги сигналу на кожному з цих провідників удвічі менше лінійного рівня — 614, 775 або Шаблон:Nobr для лінійних рівнів +4 , +6 або Шаблон:Nobr відповідноШаблон:Sfn.

Побутова апаратура

Лінійні входи і виходи побутової апаратури зазвичай використовують роз'єми RCA

У побутовій звуковій апаратурі, як правило, використовуються значно менші лінійні рівні:

  • За даними американського словника The Audio Dictionary (2005 рік), найбільш поширеним є лінійний рівень близько Шаблон:Nobr (середнє квадратичне значення)Шаблон:Sfn. Цей же рівень (з застереженнями) зафіксований чинним міжнародним стандартом МЕК 60933 і складеним на його основі російським ГОСТ Р 51771—2001Шаблон:Sfn, а також специфікацією звукового каналу відеоінтерфейсу SCART[1].
  • За даними інших авторів (2010, 2012 роки), у побутовій апаратурі та напівпрофесійній студійній техніці переважає встановлений IHF рівень Шаблон:Nobr («стандарт IHF»Шаблон:Sfn), що відповідає середньоквадратичній напрузі сигналу Шаблон:Nobr (або Шаблон:NobrШаблон:SfnШаблон:Sfn;
  • У побутовій відеотехніці кінця XX століття застосовувалися рівні Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr система VHS) і Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr система Hi8); на початку 1980-х років японські виробники Hi-Fi орієнтувалися на ще менший рівень в Шаблон:Nobr (Шаблон:NobrШаблон:Sfn;
  • Мінімально допустима величина лінійного рівня, за стандартом МЕК, становить всього Шаблон:Nobr (Шаблон:NobrШаблон:Sfn, і станом на 2013 рік вона також широко застосовувалася в серійних пристрояхШаблон:Sfn.

У документації на програвачі цифрових носіїв замість зазначення лінійного рівня може вказуватися гранична середня квадратична напруга неспотвореного синусоїдального сигналу на виході цифро-аналогового перетворювача. Її типове значення, стандартизоване в 1980-і роки для стаціонарних програвачів компакт-дисків і звукового інтерфейсу SCART, дорівнює 2 В[1]. Відповідно до МЕК 60933 і ГОСТ Р 51771-2001 лінійний (номінальний) рівень такого сигналу відстоїть від граничного на Шаблон:Nobr і дорівнює Шаблон:NobrШаблон:Sfn. Однак, за даними 2013 року, більшість звукоінженерів зводили цифрові фонограми, орієнтуючись на запас по перевантаженню в Шаблон:Nobr тому фактичний середній лінійний рівень на виході програвача є вдвічі меншим — всього Шаблон:NobrШаблон:Sfn.

Узгодження рівнів

Подавати сигнал з виходу професійної апаратури на вхід побутового пристрою зазвичай не можна, через неминучі при цьому перевантаження по входуШаблон:Sfn. Для послаблення сигналу професійної апаратури до побутових Шаблон:Nobr застосовують атенюатори або трансформатори, які отримали в англомовному середовищі збірну назву «перетворювачі 4 в -10» (Шаблон:Lang-en). Аналогічним чином (-10/+4) маркуються перемикачі на професійній апаратурі з вбудованими атенюаторамиШаблон:Sfn. Оскільки професійні та побутові рівні традиційно позначаються в різних масштабах (dBu і dBV), то коефіцієнт послаблення такого атенюатора дорівнює не -16, а Шаблон:Nobr (напруга послаблюється в Шаблон:NobrШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Внутрішні лінійні рівні

Лінійний рівень Шаблон:Nobr є оптимальним для міжблочних ліній, але занадто великим для обробки сигналу всередині блоків. Як правило, в професійній апаратурі сигнал, що приходить ззовні, послаблюється до внутрішнього лінійного рівня, який становить близько Шаблон:Nobr, або Шаблон:Nobr (середнє квадратичне значення); в схемах побудованих на операційних підсилювачах такий рівень гарантує запас по перевантаженню в Шаблон:NobrШаблон:Sfn. У спеціалізованих мікшерних пультах внутрішній рівень може бути ще меншим — Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr середньоквадратичної величини)Шаблон:Sfn.

Внутрішні лінійні рівні побутової апаратури, особливо розрахованої на батарейне живлення, також можуть бути істотно нижчими від номінальних — наприклад, в касетній апаратурі з СШП Dolby і dbx були поширені опорні рівні Шаблон:Nobr[2].

Співвідношення середнього та граничного рівнів

Вибір лінійного рівня — компроміс між вимогами до відношення сигнал / шум, з одного боку, і до перевантажувальної здатності до рівня нелінійних спотворень — з іншогоШаблон:Sfn. Занадто слабкий сигнал, проходячи через звуковий тракт, буде надмірно зашумлений; занадто сильний буде передчасно підданий нелінійному обмеженню при перевантаженняхШаблон:Sfn. У ламповій і ранній транзисторній апаратурі збільшення лінійного рівня також викликало плавне зростання спотворень в лінійній області роботи; в сучасній аналоговій апаратурі це явище практично відсутнє: підсилювачі підтримують штатний низький рівень спотворень аж до перевантаження по амплітудіШаблон:Sfn. Однак деякі операційні підсилювачі, використовувані в тому числі в студійній апаратурі, відрізняються аномально високими комутаційними спотвореннями при переході з режиму А в режим AB — оптимальний діапазон вихідних напруг таких операційних підсилювачів є набагато вужчим від гранично можливогоШаблон:Sfn.

Абсолютний поріг перевантаження визначається елементною базою і схемотехнікою підсилювальних каскадів: в низьковольтних схемах з батарейним живленням поріг перевантаження не перевищує Шаблон:Nobr в схемах на операційних підсилювачах поріг становить близько Шаблон:Nobr а в конструкціях на дискретних транзисторах або лампах він може становити кілька десятків вольт. У професійній апаратурі де-факто стандартизовані два рівні гранично допустимих напруг:

  • +20 dBu (7,75 В, середньоквадратичне значення) — в напівпрофесійній апаратурі і нижньому сегменті студійної апаратури;
  • +24 dBu (12,3 В, середньоквадратичне значення) і вище — у «звичайній» студійній апаратурі. У верхньому сегменті студійної техніки початку XXI століття допустимі значно більші граничні рівні — до Шаблон:Nobr (Шаблон:Nobr, середньоквадратичне значення)Шаблон:Sfn.

Лінійний рівень характеризує середню напругу сигналу, але не гранично допустимуШаблон:Sfn; остання завжди перевищує лінійний рівень. Різниця між номінальним (паспортним) лінійним рівнем апаратури і граничним рівнем сигналу, вираженим в тому ж масштабі середніх квадратичних напруг, становить

Наведені цифри характеризують можливості самої апаратури; динамічний діапазон фонограм, призначених для тиражування і радіотрансляції, зазвичай додатково обмежується при мастерингу. У нормальних записах, що не були піддані агресивній компресії, Шаблон:Не перекладено — різниця між середнім і максимальним рівнями — становить приблизно Шаблон:Nobr Під час «війни гучності» 2000-х років інженери з мастерингу стискали це відношення до Шаблон:Nobr а в найбільш «затиснутих» записах — до Шаблон:Nobr Записи піддані такому стисненню звучать «голосно», часом ефектно, але монотонноШаблон:SfnШаблон:Sfn. Тривале прослуховування таких записів утомлює слухачаШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Примітки

Шаблон:Reflist

Література

  1. ↑ 1,0 1,1 Шаблон:Публікація
  2. ↑ Шаблон:Публікація
Отримано з https://uk.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=Лінійний_рівень&oldid=9874