El nivel de línea es la intensidad especificada de una señal de audio utilizada para transmitir sonido analógico entre componentes de audio, como reproductores de CD y DVD , televisores , amplificadores de audio y consolas de mezcla .
En general, las señales de nivel de línea se ubican en el medio de la jerarquía de niveles de señal en la ingeniería de audio. Existen señales más débiles, como las provenientes de micrófonos (Nivel de micrófono/Nivel de micrófono) y captadores de instrumentos (Nivel de instrumento), y señales más fuertes, como las que se utilizan para controlar auriculares y altavoces (Nivel de altavoz). La "intensidad" de estas diversas señales no se refiere necesariamente al voltaje de salida del dispositivo fuente; también depende de su impedancia de salida y de su capacidad de potencia de salida.
Los dispositivos electrónicos de consumo relacionados con el audio (por ejemplo, las tarjetas de sonido ) suelen tener un conector etiquetado como entrada de línea y/o salida de línea . La salida de línea proporciona una salida de señal de audio y la entrada de línea recibe una entrada de señal. Las conexiones de entrada/salida de línea en los equipos de audio orientados al consumidor suelen ser no balanceadas , con un conector minijack TRS de 3 conductores de 3,5 mm (0,14 pulgadas, pero comúnmente llamado "octavo de pulgada") que proporciona tomas de tierra, canal izquierdo y canal derecho, o conectores RCA estéreo . Los equipos profesionales suelen utilizar conexiones balanceadas en conectores telefónicos TRS de 6,35 mm (1/4 de pulgada) o conectores XLR . Los equipos profesionales también pueden utilizar conexiones no balanceadas con conectores telefónicos TS (1/4 de pulgada).
Un nivel de línea describe el nivel de señal nominal de una línea como una relación, expresada en decibeles , con un voltaje de referencia estándar. El nivel nominal y el voltaje de referencia con el que se expresa dependen del nivel de línea que se utilice. Si bien los niveles nominales varían, solo dos voltajes de referencia son comunes: decibelios voltios (dBV) para aplicaciones de consumo y decibelios sin carga (dBu) para aplicaciones profesionales.
El voltaje de referencia de decibelios-voltios es 1 V RMS = 0 dBV . [1] El voltaje de referencia en decibelios sin carga, 0 dBu , es el voltaje de CA necesario para producir 1 mW de potencia a través de una impedancia de 600 Ω (aproximadamente 0,7746 V RMS ). [2] Esta extraña unidad es un remanente de los primeros estándares telefónicos, que utilizaban fuentes y cargas de 600 Ω y medían la potencia disipada en decibelios-milivatios ( dBm ). Los equipos de audio modernos no utilizan cargas adaptadas a 600 Ω, por lo tanto, dBm sin carga ( dBu ).
El nivel nominal más común para equipos profesionales es de +4 dBu (por convención, los valores en decibelios se escriben con un símbolo de signo explícito). Para equipos de consumo es de −10 dBV , que se utiliza para reducir los costes de fabricación. [3]
Expresada en términos absolutos, una señal a −10 dBV es equivalente a una señal de onda sinusoidal con una amplitud pico (V PK ) de aproximadamente 0,447 voltios , o cualquier señal general a 0,316 voltios de valor cuadrático medio (V RMS ). Una señal a +4 dBu es equivalente a una señal de onda sinusoidal con una amplitud pico de aproximadamente 1,736 voltios , o cualquier señal general a aproximadamente 1,228 V RMS .
La amplitud pico a pico (a veces abreviada como pp ) (V PP ) se refiere a la oscilación total de voltaje de una señal, que es el doble de la amplitud pico de la señal. Por ejemplo, una señal con una amplitud pico de ±0,5 V tiene una amplitud pp de 1,0 V .
La señal de nivel de línea es una señal de corriente alterna sin un desplazamiento de CC, lo que significa que su voltaje varía con respecto a la tierra de la señal desde la amplitud máxima (por ejemplo, +1,5 V ) hasta el voltaje negativo equivalente ( −1,5 V ). [4]
Como los cables entre la salida de línea y la entrada de línea son generalmente extremadamente cortos en comparación con la longitud de onda de la señal de audio en el cable, los efectos de la línea de transmisión se pueden ignorar y no es necesario utilizar la adaptación de impedancia . En cambio, los circuitos de nivel de línea utilizan el principio de puenteo de impedancia , en el que una salida de baja impedancia impulsa una entrada de alta impedancia. Una conexión de salida de línea típica tiene una impedancia de salida de 100 a 600 Ω, siendo los valores más bajos más comunes en los equipos más nuevos. Las entradas de línea presentan una impedancia mucho más alta, típicamente 10 kΩ o más. [5]
Las dos impedancias forman un divisor de tensión con un elemento de derivación que es grande en relación con el tamaño del elemento en serie, lo que garantiza que una pequeña parte de la señal se derive a tierra y que los requisitos de corriente se minimicen. La mayor parte de la tensión emitida por la salida aparece a través de la impedancia de entrada y casi nada de la tensión se reduce a través de la salida. [5] La entrada de línea actúa de manera similar a un voltímetro de alta impedancia o una entrada de osciloscopio, midiendo la tensión emitida por la salida mientras extrae una corriente mínima (y, por lo tanto, una potencia mínima) de la fuente. La alta impedancia de la línea en el circuito no sobrecarga la salida del dispositivo fuente.
Se trata de señales de voltaje (a diferencia de las señales de corriente) y lo que se desea es la información de la señal (voltaje), no la potencia para accionar un transductor , como un altavoz o una antena. La información real que se intercambia entre los dispositivos es la variación del voltaje; es esta señal de voltaje alterno la que transmite la información, lo que hace que la corriente sea irrelevante.
Símbolo de salida de línea. Guía de colores para PC Verde lima.
Las salidas de línea suelen presentar una impedancia de fuente de entre 100 y 600 ohmios . El voltaje puede alcanzar los 2 voltios pico a pico con niveles referenciados a −10 dBV (300 mV) a 10 kΩ . La respuesta de frecuencia de la mayoría de los equipos modernos se anuncia como al menos de 20 Hz a 20 kHz, lo que corresponde al rango de audición humana . Las salidas de línea están diseñadas para manejar una impedancia de carga de 10.000 ohmios; con solo unos pocos voltios, esto requiere solo una corriente mínima.
Conectar una carga de baja impedancia, como un altavoz (normalmente de 4 a 8 Ω ) a una salida de línea provocará esencialmente un cortocircuito en el circuito de salida. Estas cargas son aproximadamente 1/1000 de la impedancia que una salida de línea está diseñada para manejar, por lo que la salida de línea normalmente no está diseñada para generar la corriente que consumiría una carga de 4 a 8 ohmios con voltajes de señal de salida de línea normales. El resultado será un sonido muy débil del altavoz y posiblemente un circuito de salida de línea dañado.
A veces se confunden las salidas de auriculares y las salidas de línea. Los auriculares de diferentes marcas y modelos tienen impedancias muy variables, desde tan solo 20 Ω hasta unos pocos cientos de ohmios; la más baja de estas tendrá resultados similares a los de un altavoz, mientras que la más alta puede funcionar aceptablemente si la impedancia de salida de línea es lo suficientemente baja y los auriculares son lo suficientemente sensibles.
Por el contrario, una salida de auriculares generalmente tiene una impedancia de fuente de sólo unos pocos ohmios (para proporcionar una conexión de puente con auriculares de 32 ohmios) y controlará fácilmente una entrada de línea.
Por razones similares, no se deben utilizar cables en "Y" (o "divisores en Y") para combinar dos señales de salida de línea en una sola entrada de línea. Cada salida de línea estaría impulsando la otra salida de línea así como la entrada prevista, lo que nuevamente daría como resultado una carga mucho más pesada que la diseñada. Esto provocará pérdida de señal y posiblemente incluso daños. En su lugar, se debe utilizar un mezclador activo, utilizando por ejemplo amplificadores operacionales . [6] Se puede utilizar una resistencia grande en serie con cada salida para mezclarlas de forma segura, pero debe estar diseñada adecuadamente para la impedancia de carga y la longitud del cable.
Símbolo de entrada de línea. Guía de colores para PC Azul claro.
Los diseñadores pretenden que la salida de línea de un dispositivo se conecte a la entrada de línea de otro. Las entradas de línea están diseñadas para aceptar niveles de voltaje en el rango proporcionado por las salidas de línea. Las impedancias, por otro lado, no se adaptan deliberadamente entre la salida y la entrada. La impedancia de una entrada de línea suele rondar los 10 kΩ . Cuando se activa con la baja impedancia habitual de una salida de línea de 100 a 600 ohmios, se forma una conexión de "puente" en la que la mayor parte del voltaje generado por la fuente (la salida) se reduce a través de la carga (la entrada) y fluye una corriente mínima debido a la impedancia relativamente alta de la carga.
Aunque las entradas de línea tienen una impedancia alta en comparación con las salidas de línea, no deben confundirse con las llamadas entradas "Hi-Z" (Z es el símbolo de impedancia ) que tienen una impedancia de 47 kΩ a más de 1 MΩ . Estas entradas "Hi-Z" o "de instrumento" generalmente tienen una ganancia más alta que una entrada de línea. Están diseñadas para usarse con, por ejemplo, pastillas de guitarra eléctrica y cajas de " inyección directa ". Algunas de estas fuentes pueden proporcionar solo un voltaje y una corriente mínimos y la entrada de alta impedancia está diseñada para no cargarlas excesivamente.
Los sonidos acústicos (como voces o instrumentos musicales ) suelen grabarse con transductores ( micrófonos y pastillas ) que producen señales eléctricas débiles. Estas señales deben amplificarse hasta el nivel de línea, donde son manipuladas más fácilmente por otros dispositivos como consolas de mezclas y grabadoras de cinta. Dicha amplificación se realiza mediante un dispositivo conocido como preamplificador o "preamp", que aumenta la señal hasta el nivel de línea. Después de la manipulación a nivel de línea, las señales se envían normalmente a un amplificador de potencia , donde se amplifican hasta niveles que pueden accionar auriculares o altavoces . Estos convierten las señales de nuevo en sonidos que se pueden escuchar a través del aire.
La mayoría de los cartuchos fonográficos también tienen un nivel de salida bajo y requieren un preamplificador; por lo general, un amplificador o receptor estéreo integrado para el hogar tendrá una entrada de fono especial . Esta entrada pasa la señal a través de un preamplificador de fono, que aplica ecualización RIAA a la señal y la amplifica a nivel de línea.
En términos prácticos, la teoría de líneas de transmisión de ingeniería eléctrica no se aplica a las líneas de audio del mundo real. ... Esto allana el camino para el modelado RC simple de nuestra línea de audio.
Las salidas son de baja impedancia y solo se deben conectar a entradas de alta impedancia; nunca, nunca conecte dos salidas directamente juntas, nunca. Si lo hace, cada salida intenta controlar la impedancia muy baja de la otra, lo que obliga a ambas salidas a alcanzar el límite de corriente y a sufrir posibles daños. Como mínimo, se produce una pérdida grave de señal.