你有几个不认识?模拟音频接口详解

外设 小新 2009-04-07 13:53
1模拟音频接口详解:3.5mm立体声接口回顶部

前言:

  玩音频我们总要碰到各种各样的接口,如果不了解会出现什么情况?根本不知道怎么用,也不知道为什么不出声。这可不是危言耸听,因为有些接口虽然貌似一样,但是实现原理却完全不同。

  即便你认识它了,可你知道它的内在么?看似简单的接头,它又是如何工作的呢?譬如说看似最简单的3.5mm接头,为何两声道的东东,它有分成三段?别着急,下面笔者就为大家答疑解惑。

  几乎所有电气类接口在市场上都被人形象的分成两类:“公头”和“母头”,而如果换个说法可能大家会更清楚的了解,“公头”对应“接头”,“母头”对应“插孔”。OK,下面看看最常见的各类头。

最常见的模拟接口——3.5mm立体声接口(小三芯接口):

3.5mm 立体声接口
3.5mm立体声接头

  3.5mm立体声接口又叫做小三芯接口,这是我们目前看到的最主要的声卡接口,绝大部分消费类声卡(包括板载声卡)都在使用这类接口。

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3.5mm立体声接口母口

  3.5mm接口提供了立体声的输入输出功能,因此一般来说支持5.1的声卡(6声道)或音箱来说,就需要3个3.5mm立体声接口来接驳模拟音箱(3×2声道=6声道);7.1声卡或音箱就需要4个3.5mm立体声接口(4×2声道=8声道),以此类推。

音频接口 3.5mm 立体声

  为了适应不同的设备需求,同类的接口目前能看到的有三个尺寸规格,分别是2.5mm、3.5mm和6.22mm接头。2.5mm接头在手机类便携轻薄型产品上比较常见,因为接口可以做的很小;3.5mm接口在PC类产品以及家用设备上比较常见,也是我们最常见到的接口类型;6.22mm接头是为了提高接触面以及耐用度设计的模拟接头,常见于监听等专业音频设备上。

  我们再来小三芯接口这个称呼,我们看到这类接口有两个环,是塑料材料,很明显是绝缘用的,那么对应下来就有三根线了。

音频接口 3.5mm 立体声

  根据实际使用需要,我们还能看到有4芯甚至5芯的这种接口,不过其导电与绝缘面的间距是有一定规范的。笔者接触的4芯3.5mm接口是在松下的磁带随身听上看到的,多出来的一根线应该是传送线控信号用的,可见这样的接口也未必一定传输模拟信号。

  另外,芯数也能减少,譬如麦克风类产品只需用到两芯,那么绝缘层只需要一层就够了。

 

2模拟音频接口详解:RCA/TRS/XLR接口回顶部

RCA模拟音频接口:

  RCA接头就是常说的莲花头,利用RCA线缆传输模拟信号是目前最普遍的音频连接方式。

RCA 音频接口
RCA转3.5mm接口

  每一根 RCA线缆负责传输一个声道的音频信号,所以立体声信号,需要使用一对线缆。对于多声道系统,就要根据实际的声道数量配以相同数量的线缆。立体声RCA音频接口,一般将右声道用红色标注,左声道则用蓝色或者白色标注。

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  一些双声道专用声卡上我们常可以见到RCA接口,上图是傲王的一块声卡产品,采用了RCA模拟输出。与3.5mm接口一样,这样的接口同样能够传输数字信号,我们会在下一篇应用文对其进行解释。

TRS接口:

  模拟接头目前最高阶的应用便是平衡电路传输了,这个问题我们会在XLR接口中详细叙述它的实现方式。

TRS 平衡接口

  和非平衡的接口一样,1/4 TRS平衡接口能提供平衡输入/输出。TRS的含义是Tip(signal)、Ring(signal)、Sleeve(ground)。分别代表了该接口的3个接触点(其实与6.22mm接口一样)。1/4 TRS平衡接口除了具有和6.22mm接口一样的优点——耐磨损外,还具有平衡口拥有的高信噪比,抗干扰能力强等特点。对于一个真正的1/4 TRS平衡接口来说,其成本将是非平衡的2倍多。因此采用1/4 TRS平衡接口的设备一般是高档设备,只有在2000元以上的专业卡上才可以看到。

XLR接口:

XLR 音频接口
XLR接口

音箱 接口

  XLR俗称卡侬头,有三针插头和锁定装置组成。由于采用了锁定装置,XLR连接相当牢靠。XLR接口通常在麦克风、电吉他等设备上能看到,但它不一定是平衡接口,因为平衡接口的传输实现方式是比较复杂的,对电路的要求也比较高。下面我们来看看平衡模拟传输的实现方式。

3平衡模拟音频传输方式的基本原理回顶部

平衡模拟音频传输方式的基本原理:

  平衡模拟信号传输接口一般采用大三芯接口6.22mm接口或XLR接口,其优点是耐磨损,可靠性高,适合反复插拔。平衡模拟音频连接主要出现在高级模拟音响器材或专业音频设备上。

  首先我们要弄清楚一点,即平衡输入输出并不等于XLR或TRS,也就是说采用了这两类接口的产品我们不能直接认定其采用的是平衡电路。

平衡输出 原理

  平衡输出的原理虽然复杂但并不难理解,我们在这里先简单的设定系统采用的是正弦信号,原信号经过输出电路产生两个完全一致的正弦信号(假定为理想状态,信号是完全一致的)。

平衡输出 图解

  其中一个型号经过180度的反相,生成一个与原信号完全相反的信号,然后进行传输。由于两根线线距并不大,因此此时可以假设干扰信号对两个原始信号产生的作用是一样的,那么可以认为两个信号叠加的是同一个干扰信号。

  当信号传输到接收端时,反相器再将原来倒相的信号进行180度的反相,这样的结果可以看作是原正弦信号反相,并且干扰信号也被反相。此时,再将两个受到干扰的信号进行耦合,会出现什么状况呢?很明显,由于作了180度的反相,因此,两个信号间的干扰信号分量正好可以相互抵消,而接收端经过处理的信号也能尽可能的保持原来的波形。当然,这是最理想的状态。

  说到这里,我们可以知道真正的平衡输入输出应该有两点需要特别谨慎的对待,一是时间问题、二是分解后的两个信号的传输过程的电路问题。如果时间问题得不到很好的解决,即其中一个信号的时间定义慢了或者快了,那么两个信号耦合时,两个原本应该一致的信号可能会出现重影现象,造成失真;而如果两个信号在传输过程中受到的扰动不是来自外部,而是传输电路内部,并且两路电路造成的影响并不一致,那么由于电路的差异性造成的干扰同样会产生新的失真。

  基于以上两点,平衡输入输出在理论上是令人向往的,但是要实现尽可能的理想化,要付出的成本却相当高昂,对电路设计对生产工艺都有较高的要求。这也是为什么这样的电路一般在HiFi领域才能见到的原因了。

4箱体上常见的模拟插座回顶部

箱体上常见的模拟插座:

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惠威 D1080MKII主箱接线夹与副箱接线夹

  蝴蝶夹是有源音箱中常见的模拟信号传输接口,通常采用红黑两种颜色标注,两根线可以传输一个声道的信号,而有些箱子我们可以见到两对红黑蝴蝶夹接口,这是因为这类箱子采用的是电子分频设计,而电子分频音箱的特点是先分频后放大的原理,因此高低音必须单独分开输出,配线就必须相应的用到两对了。

R1900TIII 漫步者 音箱

  接线柱在高端对箱上比较常见,接头型的音响线可以直接插入插座,而普通音响线也能通过旋钮与柱孔固定。由于接触面更大,结构更简单,因此其可靠性也更高。

结语:

  此次应用我们介绍了多个模拟信号接口,相信大家现在对模拟接口已经比较了解了。其实模拟电子电路在目前的电气电路设计中依然占据着重要位置,我们目前也没有办法实现完全的数字化音频。并且虽然模拟信号容易受到干扰而产生失真和衰减,但是通过对传输方式的改进,在很大程度上我们也能克服这些缺点。总之模拟信号的传输依然是相当重要的传输方式,下一讲我们将为大家介绍数字传输接口,敬请期待。

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