Niveau de ligne

Le niveau de ligne est la force spécifiée d'un signal audio utilisé pour transmettre le son analogique entre des composants audio tels que des lecteurs CD et DVD , des téléviseurs , des amplificateurs audio et des consoles de mixage .

En général, les signaux de niveau ligne se situent au milieu de la hiérarchie des niveaux de signal en ingénierie audio. Il existe des signaux plus faibles, tels que ceux des microphones (niveau micro/niveau microphone) et des capteurs d'instruments (niveau instrument), et des signaux plus forts, tels que ceux utilisés pour piloter les écouteurs et les haut-parleurs (niveau haut-parleur). La « force » de ces différents signaux ne fait pas nécessairement référence à la tension de sortie de l'appareil source ; elle dépend également de son impédance de sortie et de sa capacité de puissance de sortie.

Les appareils électroniques grand public concernés par l'audio (par exemple les cartes son ) ont souvent un connecteur étiqueté entrée ligne et/ou sortie ligne . La sortie ligne fournit une sortie de signal audio et l'entrée ligne reçoit un signal d'entrée. Les connexions d'entrée/sortie ligne sur les équipements audio grand public sont généralement asymétriques , avec un connecteur minijack TRS à 3 conducteurs de 3,5 mm (0,14 pouce, mais communément appelé « huitième de pouce ») fournissant la terre, le canal gauche et le canal droit, ou des prises RCA stéréo . Les équipements professionnels utilisent généralement des connexions symétriques sur des prises téléphoniques TRS de 6,35 mm (1/4 pouce) ou des connecteurs XLR . Les équipements professionnels peuvent également utiliser des connexions asymétriques avec des prises téléphoniques TS (1/4 pouce).

Un niveau de ligne décrit le niveau de signal nominal d'une ligne sous la forme d'un rapport, exprimé en décibels , par rapport à une tension de référence standard. Le niveau nominal et la tension de référence par rapport à laquelle il est exprimé dépendent du niveau de ligne utilisé. Bien que les niveaux nominaux eux-mêmes varient, seules deux tensions de référence sont courantes : les décibels volts (dBV) pour les applications grand public et les décibels à vide (dBu) pour les applications professionnelles.

La tension de référence en décibels-volts est de 1 V _RMS = 0 dBV . La tension de référence à vide en décibels, 0 dBu , est la tension alternative requise pour produire 1 mW de puissance sur une impédance de 600 Ω (environ 0,7746 V _RMS ). Cette unité peu pratique est un vestige des premières normes téléphoniques, qui utilisaient des sources et des charges de 600 Ω et mesuraient la puissance dissipée en décibels-milliwatts ( dBm ). Les équipements audio modernes n'utilisent pas de charges adaptées de 600 Ω, d'où le dBm à vide ( dBu ).

Le niveau nominal le plus courant pour les équipements professionnels est de +4 dBu (par convention, les valeurs en décibels sont écrites avec un symbole explicite). Pour les équipements grand public, il est de −10 dBV , ce qui permet de réduire les coûts de fabrication.

Exprimé en termes absolus, un signal à −10 dBV équivaut à un signal sinusoïdal d'amplitude de crête (V _PK ) d'environ 0,447 volt , ou à tout signal général à 0,316 volt RMS . Un signal à +4 dBu équivaut à un signal sinusoïdal d'amplitude de crête d'environ 1,736 volt , ou à tout signal général à environ 1,228 V _{RMS .}

L'amplitude crête à crête (parfois abrégée en pp ) (V _PP ) fait référence à la variation de tension totale d'un signal, qui est le double de l'amplitude de crête du signal. Par exemple, un signal avec une amplitude de crête de ± 0,5 V a une amplitude pp de 1,0 V .

Le signal de niveau de ligne est un signal de courant alternatif sans décalage CC, ce qui signifie que sa tension varie par rapport à la masse du signal depuis l'amplitude de crête (par exemple +1,5 V ) jusqu'à la tension négative équivalente ( −1,5 V ).

Les câbles entre la sortie et l'entrée de ligne étant généralement extrêmement courts par rapport à la longueur d'onde du signal audio dans le câble, les effets de la ligne de transmission peuvent être ignorés et il n'est pas nécessaire d'utiliser une adaptation d'impédance . Au lieu de cela, les circuits de niveau de ligne utilisent le principe de pontage d'impédance , dans lequel une sortie à faible impédance pilote une entrée à haute impédance. Une connexion de sortie de ligne typique a une impédance de sortie de 100 à 600 Ω, les valeurs inférieures étant plus courantes dans les équipements plus récents. Les entrées de ligne présentent une impédance beaucoup plus élevée, généralement de 10 kΩ ou plus.

Les deux impédances forment un diviseur de tension avec un élément shunt qui est grand par rapport à la taille de l'élément série, ce qui garantit qu'une petite partie du signal est shuntée vers la terre et que les besoins en courant sont minimisés. La majeure partie de la tension appliquée par la sortie apparaît sur l'impédance d'entrée et presque aucune tension n'est perdue sur la sortie. L'entrée de ligne agit de manière similaire à une entrée de voltmètre ou d'oscilloscope à haute impédance, mesurant la tension appliquée par la sortie tout en tirant un courant minimal (et donc une puissance minimale) de la source. L'impédance élevée de la ligne dans le circuit ne charge pas la sortie du dispositif source.

Il s'agit de signaux de tension (par opposition aux signaux de courant) et c'est l'information du signal (tension) qui est souhaitée, et non l'énergie nécessaire pour alimenter un transducteur , tel qu'un haut-parleur ou une antenne. L'information réelle échangée entre les appareils est la variation de tension ; c'est ce signal de tension alternative qui transmet l'information, ce qui rend le courant sans importance.

Symbole de sortie de ligne. Couleur du PC Guide vert citron.

Les sorties de ligne présentent généralement une impédance de source comprise entre 100 et 600 ohms . La tension peut atteindre 2 volts crête à crête avec des niveaux référencés à −10 dBV (300 mV) à 10 kΩ . La réponse en fréquence de la plupart des équipements modernes est annoncée comme étant d'au moins 20 Hz à 20 kHz, ce qui correspond à la portée de l'audition humaine . Les sorties de ligne sont destinées à piloter une impédance de charge de 10 000 ohms ; avec seulement quelques volts, cela ne nécessite qu'un courant minimal.

La connexion d'une charge à faible impédance telle qu'un haut-parleur (généralement de 4 à 8 Ω ) à une sortie de ligne court-circuite essentiellement le circuit de sortie. De telles charges ont environ 1/1000 de l'impédance qu'une sortie de ligne est conçue pour piloter, de sorte que la sortie de ligne n'est généralement pas conçue pour fournir le courant qui serait consommé par une charge de 4 à 8 ohms à des tensions de signal de sortie de ligne normales. Le résultat sera un son très faible provenant du haut-parleur et éventuellement un circuit de sortie de ligne endommagé.

Les sorties casque et les sorties ligne sont parfois confondues. Les casques de différentes marques et modèles ont des impédances très variables, allant de 20 Ω à quelques centaines d'ohms. La plus basse d'entre elles produira des résultats similaires à ceux d'un haut-parleur, tandis que la plus élevée peut fonctionner de manière acceptable si l'impédance de sortie ligne est suffisamment faible et que les écouteurs sont suffisamment sensibles.

À l’inverse, une sortie casque a généralement une impédance source de seulement quelques ohms (pour fournir une connexion de pont avec un casque 32 ohms) et pilotera facilement une entrée ligne.

Pour des raisons similaires, les câbles « en Y » (ou « répartiteurs en Y ») ne doivent pas être utilisés pour combiner deux signaux de sortie de ligne en un seul signal d'entrée de ligne. Chaque sortie de ligne piloterait l'autre sortie de ligne ainsi que l'entrée prévue, ce qui entraînerait à nouveau une charge beaucoup plus lourde que celle prévue. Cela entraînerait une perte de signal et peut-être même des dommages. Un mélangeur actif, utilisant par exemple des amplificateurs opérationnels , doit être utilisé à la place. Une grande résistance en série avec chaque sortie peut être utilisée pour les mélanger en toute sécurité, mais doit être conçue de manière appropriée pour l'impédance de charge et la longueur du câble.

Symbole d'entrée de ligne. Couleur du guide PC bleu clair.

Les concepteurs souhaitent que la sortie de ligne d'un appareil soit connectée à l'entrée de ligne d'un autre. Les entrées de ligne sont conçues pour accepter des niveaux de tension dans la plage fournie par les sorties de ligne. Les impédances, en revanche, ne sont volontairement pas adaptées d'une sortie à l'autre. L'impédance d'une entrée de ligne est généralement d'environ 10 kΩ . Lorsqu'elle est alimentée par la faible impédance habituelle d'une sortie de ligne de 100 à 600 ohms, cela forme une connexion « en pont » dans laquelle la majeure partie de la tension générée par la source (la sortie) est abaissée à travers la charge (l'entrée), et un courant minimal circule en raison de l'impédance relativement élevée de la charge.

Bien que les entrées ligne aient une impédance élevée par rapport à celle des sorties ligne, il ne faut pas les confondre avec les entrées dites « Hi-Z » (Z étant le symbole de l'impédance ) qui ont une impédance de 47 kΩ à plus de 1 MΩ . Ces entrées « Hi-Z » ou « instrument » ont généralement un gain plus élevé qu'une entrée ligne. Elles sont conçues pour être utilisées avec, par exemple, des micros de guitare électrique et des boîtiers « à injection directe ». Certaines de ces sources ne peuvent fournir qu'une tension et un courant minimes et l'entrée à haute impédance est conçue pour ne pas les charger excessivement.

Les sons acoustiques (comme les voix ou les instruments de musique ) sont souvent enregistrés avec des transducteurs ( microphones et capteurs ) qui produisent des signaux électriques faibles. Ces signaux doivent être amplifiés au niveau de la ligne, où ils sont plus facilement manipulés par d'autres appareils tels que des consoles de mixage et des magnétophones. Cette amplification est réalisée par un appareil appelé préamplificateur ou « préampli », qui amplifie le signal au niveau de la ligne. Après manipulation au niveau de la ligne, les signaux sont ensuite généralement envoyés à un amplificateur de puissance , où ils sont amplifiés à des niveaux qui peuvent alimenter des écouteurs ou des haut-parleurs . Ceux-ci reconvertissent les signaux en sons qui peuvent être entendus dans l'air.

La plupart des cartouches phonographiques ont également un faible niveau de sortie et nécessitent un préampli. En général, un amplificateur ou un récepteur stéréo intégré domestique dispose d'une entrée phono spéciale . Cette entrée transmet le signal via un préampli phono, qui applique une égalisation RIAA au signal et l'amplifie au niveau de la ligne.