El nivel de línea ( nivel de línea en inglés ) de una señal analógica es el valor promedio [1] del voltaje de la señal transmitida de un bloque de la ruta de la señal a otro a través de líneas de comunicación entre bloques; en una formulación más general, el nivel de línea es el voltaje de señal promedio en cualquier punto de la ruta analógica [1] . La señal correspondiente al nivel de línea se denomina señal de nivel de línea , el circuito de salida de la fuente de dicha señal es una salida de línea y el circuito de entrada del receptor de señal compatible con ella es una entrada de línea . El concepto de nivel de línea, que apareció en los Estados Unidos en el período de entreguerras , se remonta al concepto de línea telefónica alámbrica y no está directamente relacionado con los conceptos de linealidad y no linealidad de un camino analógico [1] .
Los valores de los niveles de línea dependen del propósito del equipo (doméstico o profesional), la naturaleza de la fuente de la señal ( video , audio , etc.) y su portadora ( forma analógica o digital ), el tiempo de liberación del equipo, y así sucesivamente. La elección del nivel de línea es un compromiso entre los requisitos para la relación señal/ruido , por un lado, y la capacidad de sobrecarga para el nivel de distorsión no lineal , por el otro. Los voltajes de nivel de línea de los equipos de audio siempre se expresan en valores cuadráticos medios ( rms ). Además de indicar el nivel en voltios o milivoltios, en la práctica también se utilizan unidades logarítmicas específicas de sus campos de aplicación : dBV en el hogar y dBm o dBu en equipos profesionales.
En las primeras décadas de existencia de la radiodifusión por aire , la única forma de transmitir programas entre estaciones incluidas en las redes de radiodifusión era la comunicación telefónica terrestre (alámbrica) . El alcance de las estaciones de radiodifusión en sí no era grande y la calidad de recepción de programas a través del canal de radio era insatisfactoriamente baja a los efectos de la retransmisión; En principio , la comunicación por radio por satélite no existía. Casi inmediatamente después de los primeros experimentos sobre la transmisión telefónica, los locutores de radio y los telefonistas necesitaban ponerse de acuerdo sobre los requisitos técnicos para la señal transmitida [2] . Una señal demasiado fuerte sobrecargaba el equipo telefónico, demasiado débil estaba excesivamente sujeta a ruido e interferencia [2] . En 1940, las emisoras estadounidenses y el monopolio telefónico AT&T fijaron los requisitos técnicos en el estándar, que daba una definición clara: "nivel de línea: el nivel promedio de un programa de sonido en el que se libera 1 mW de energía eléctrica en una carga de suscriptor con una impedancia de entrada de 600 ohmios " [2] [3] . La escala de medición logarítmica asociada con este nivel se designó dBm (decibelios relativos al nivel de 1 mW) [2] . Fue esta escala la que calibró los voltímetros de "sonido" estándar del sistema VU (VU-metros): cero unidades convencionales VU (que en realidad se encuentran en la mitad derecha de la escala del voltímetro) correspondían a un voltaje de 775 mV [4] [3 ] .
Con el tiempo, el nivel de señal permitido en la línea ha aumentado; en 1954, el nivel de línea estándar de las redes telefónicas de EE. UU. aumentó a +8 dBm ( 6,3 mW en una carga de 600 Ω o 1,95 V); el límite de nivel de señal permitido entonces era de +18 dBm, lo que garantizaba un margen de sobrecarga de 10 dB en relación con el nivel de línea [5] . Al mismo tiempo, se hizo evidente que los rectificadores de germanio integrados en los medidores VU estándar introducen distorsiones no lineales inaceptablemente altas en la señal en la línea [4] [3] ( 0,3 % en el nivel límite y mucho más en los niveles más bajos [ 5] ). Para evitar estas distorsiones, los ingenieros comenzaron a encender una resistencia de balasto en serie con el voltímetro VU , lo que aumentó la resistencia de entrada del dispositivo y al mismo tiempo redujo el voltaje en la entrada del voltímetro en aproximadamente una vez y media, o por 4dB [3] . Pronto surgió un nuevo estándar de la industria dentro de las redes de transmisión: el VU cero condicional del voltímetro ahora correspondía a +4 dBm, o 1,228 V en una resistencia de 600 ohmios [3] . Fue este nivel el que se usó como nivel lineal en el equipo de estudio de las cadenas de transmisión [3] .
En la década de 1970, la situación cambió: se desarrolló un mercado masivo de equipos de reproducción de sonido de alta calidad para el consumidor y surgió un nuevo mercado para equipos de estudio semiprofesionales [4] . La línea estándar de estudio de 600 ohmios, que implicaba el uso de transformadores de adaptación de banda ancha , era demasiado costosa para el equipo doméstico económico y no era necesaria [4] . Bastaba que la impedancia de salida de la fuente de señal fuera muchas veces menor que la impedancia de entrada del receptor [4] . Por lo tanto, era necesario pasar de los decibeles de "potencia" dBm a una nueva escala que no funciona con potencia, sino con voltaje [6] [4] . En USA, siguiendo la tradición, simplemente equipararon el cero de la escala de voltaje con el cero de la escala de dBm; Las nuevas unidades logarítmicas recibieron la designación dBu (del inglés unterminated , "descargado") [6] [4] . En Europa, propusieron una nueva escala, vinculada no al nivel de 775 mV, sino al nivel de 1 V ; esta escala se denominó dBv [4] [6] . La escala dBV, estandarizada por la IEC y la IHF , se ha convertido en un elemento básico para los electrodomésticos; La escala dBu, al igual que su predecesora dBm, sigue siendo el estándar para los profesionales [4] [6] .
Los niveles de línea de los equipos profesionales, tradicionalmente medidos en dBm o dBu, se encuentran en el rango +4 ... + 8 dBu, o 1,228 ... 1,95 V:
Si la señal de la fuente se transmite al receptor a través de una línea balanceada balanceada (que es la norma en la práctica profesional), entonces el voltaje de la señal se mide entre dos conductores en oposición de fase. Los voltajes de señal promedio en cada uno de estos conductores son la mitad del nivel de línea: 614, 775 o 973 mV para niveles de línea de +4, +6 o +8 dBu , respectivamente [9] .
En los equipos de audio de consumo, por regla general, se utilizan niveles de línea mucho más bajos:
En la documentación de reproductores de medios digitales, en lugar de indicar el nivel de línea, se puede indicar el voltaje RMS límite de una señal sinusoidal no distorsionada en la salida de un convertidor de digital a analógico . Su valor típico, estandarizado en la década de 1980 para reproductores de CD fijos y la interfaz de audio SCART , es de 2 V [11] . De acuerdo con IEC 60933 y GOST R 51771-2001, el nivel lineal (nominal) de dicha señal está a 12 dB del límite y es igual a 500 mV [14] . Sin embargo, según datos de 2013, la mayoría de los ingenieros de sonido mezclaron fonogramas digitales, centrándose en el headroom de 18 dB, por lo que el nivel de línea promedio real en la salida del reproductor es la mitad, solo 250 mV [13] .
Por lo general, es imposible enviar una señal desde la salida de un equipo profesional a la entrada de un dispositivo doméstico debido a las inevitables sobrecargas de entrada [12] . Para atenuar la señal de los equipos profesionales a -10 dBV domésticos, se utilizan atenuadores o transformadores , que en el medio angloparlante recibieron el nombre colectivo de "4 to -10 converters" ( ing. 4/-10 converters ). Los interruptores en equipos profesionales con atenuadores incorporados están marcados de manera similar ( -10/+4 ) [12] . Dado que los niveles profesionales y domésticos se indican tradicionalmente en diferentes escalas (dBu y dBV), el coeficiente de atenuación de dicho atenuador no es -16, sino -11,8 dB (el voltaje se atenúa 3,89 veces) [12] [4] .
El nivel de línea +4…+8 dBu es óptimo para líneas interconectadas, pero demasiado alto para el procesamiento de señales dentro de bloques. Por regla general, en equipos profesionales, la señal procedente del exterior se atenúa hasta un nivel de línea interna de unos -6...0 dBu, o 388...775 mV rms; en circuitos construidos sobre un amplificador operacional, este nivel garantiza un margen de sobrecarga de 20 ... 27 dB [9] . En mesas de mezclas especializadas, el nivel interno puede ser aún más bajo, del orden de -16 dBu ( 123 mV rms) [9] .
Los niveles de línea internos de los equipos de consumo, especialmente aquellos diseñados para alimentación por batería, también pueden ser significativamente más bajos que los nominales; por ejemplo, los niveles de referencia de 25 ... 35 mV eran comunes en los equipos de cassette con UWB Dolby y dbx [15]. .
La elección de un nivel lineal es un compromiso entre los requisitos de la relación señal/ruido , por un lado, y la capacidad de sobrecarga y el nivel de distorsión no lineal , por el otro [7] . Una señal demasiado débil que pase por la ruta de audio será excesivamente ruidosa; demasiado fuerte estará prematuramente sujeto a un recorte no lineal bajo sobrecargas [7] . En los primeros equipos de válvulas y transistores, un aumento en el nivel de línea también provocó un aumento gradual en la distorsión en la región lineal de operación; en los equipos analógicos modernos, este fenómeno está prácticamente ausente: los amplificadores mantienen un bajo nivel estándar de distorsión hasta la sobrecarga de amplitud [16] . Sin embargo, algunos amplificadores operacionales, incluidos los utilizados en equipos de estudio, se distinguen por distorsiones de conmutación anormalmente altas cuando se cambia del modo A al modo AB : el rango de voltaje de salida óptimo de dichos amplificadores operacionales es mucho más estrecho que el máximo posible [17] .
El umbral de sobrecarga absoluto está determinado por la base del elemento y el circuito de las etapas amplificadoras: en circuitos alimentados por batería de bajo voltaje, el umbral de sobrecarga no supera ±1 V, en circuitos basados en amplificadores operacionales , el umbral es de aproximadamente ±10 V , y en diseños basados en transistores discretos o lámparas, puede ser de varias decenas de voltios. En los equipos profesionales, se normalizan de facto dos niveles de tensiones máximas admisibles:
El nivel lineal caracteriza el voltaje promedio de la señal, pero no el máximo permisible [1] ; este último siempre supera el nivel lineal. La diferencia entre el nivel de línea nominal (pasaporte) del equipo y el nivel de señal límite, expresado en la misma escala de voltajes de raíz cuadrática media, es
Las cifras anteriores caracterizan las capacidades del propio equipo; el rango dinámico de los fonogramas destinados a la duplicación y la radiodifusión suele limitarse aún más durante la masterización . En grabaciones normales, no sometidas a una compresión agresiva, el factor de cresta -la diferencia entre los niveles medio y máximo- es de aproximadamente 18 dB. Durante la “ guerra de la sonoridad ” de los años 2000, los ingenieros de masterización comprimieron este ratio a 12 dB, y en las grabaciones más “exprimidas”, a 8 dB. Las grabaciones sometidas a tal compresión suenan "fuertes", a veces espectaculares, pero monótonas [20] [21] . La escucha prolongada de tales grabaciones cansa al oyente [20] [21] .