音頻接口簡介

1. 前言
　　
　　不同的音頻應用領域，往往會(hui) 有不同的接口，隨著技術的進步，接口的種類也在不斷的發展、增多。限於(yu) 篇幅與(yu) 個(ge) 人水平，本文不可能囊括所有的接口。在此，僅(jin) 對常用的接口做一個(ge) 簡單的介紹，普及基本的接口知識，以做拋磚引玉之用。
　　
　　首先，明確兩(liang) 個(ge) 概念的涵義(yi) 及關(guan) 係：接口（interface）和連接器（或叫做接頭，connecctor）。不同的音頻標準都需要定義(yi) 各自的的硬件接口標準，硬件接口定義(yi) 了電子設備之間連接的物理特性，包括傳(chuan) 輸的信號頻率、強度，以及相應連線的類型、數量，還包括插頭、插座的機械結構設計。簡而言之，連接器是接口在物理上的實現，是實現電路互連的裝置。
　　
　　人們(men) 習(xi) 慣於(yu) 將接頭分成兩(liang) 類：“公頭”（或“陽頭”）和“母頭”（或“陰頭”），一言以蔽之，即插頭（英文：Maleconnector、plug）和插座（英文：Femaleconnector、socket）。在實際應用中，由於(yu) 習(xi) 慣，人們(men) 經常將接口（interface）和接頭（connector）二者不加區分的通用，因此，本文在文字上也不做嚴(yan) 格的區分，相信讀者可根據上下文的內(nei) 容心領神會(hui) 。
　　
　　接下來，按照技術發展的曆史，首先來介紹模擬音頻接口。
　　
2. 模擬音頻接口
　　
　　2.1TRS接頭
　　
　　TRS接頭是一種常見的音頻接頭。TRS的含義(yi) 是Tip（signal）、Ring（signal）、Sleeve（ground）。分別代表了該接頭的3個(ge) 接觸點。TRS插頭為(wei) 圓柱體(ti) 形狀，觸點之間，用絕緣的材料隔開。為(wei) 了適應不同的設備需求，TRS有三種尺寸（符號&表示英寸）：1/4&(6.3mm)，1/8&(3.5mm)，3/32&(2.5mm),如下圖。
　　
　　2.5mm接頭在手機類便攜輕薄型產(chan) 品上比較常見，因為(wei) 接口可以做的很小；3.5mm接頭在PC類產(chan) 品以及家用設備上比較常見，也是我們(men) zui常見到的接口類型；6.3mm接頭是為(wei) 了提高接觸麵以及耐用度設計的模擬接頭，常見於(yu) Jian聽等專(zhuan) 業(ye) 音頻設備上。
　　
　　接下來,為(wei) 大家分別介紹3.5mm和6.3mm兩(liang) 種規格的TRS接頭。
　　
　　2.1.1
　　
　　1/8(3.5mm)TRS接頭（俗稱：小三芯）
　　
　　3.5mmTRS接頭又叫做小三芯或者立體(ti) 聲接頭，這是我們(men) 目前看到的zui主要的聲卡接口，除此之外，包括絕大部分MP3播放器，MP4播放器和部分音樂(le) 手機的耳機輸出輸出接口也使用這種接頭。
　　
　　3.5mm接頭提供了立體(ti) 聲（即雙聲道：左聲道和右聲道）的輸入輸出功能，因此,一般來說支持5.1的聲卡（6聲道）或音箱來說，就需要3個(ge) 3.5mm立體(ti) 聲接頭來連接模擬音箱（3×2聲道=6聲道）；7.1聲卡或音箱就需要4個(ge) 3.5mm立體(ti) 聲接頭（4×2聲道=8聲道），以此類推。
　　
　　如前所述，這種接口有三個(ge) 導體(ti) 接觸點。下圖是小三芯插座的機械結構尺寸，與(yu) 插頭相對應，插座也有三個(ge) 觸點，彼此之間用絕緣材料隔開。
　　
　　根據實際使用需要，我們(men) 還能看到有4芯甚至5芯的這種接頭。筆者接觸的4芯3.5mm接頭是在鬆下的磁帶隨身聽上看到的，多出來的一根線是傳(chuan) 送線控信號用的，再比如手機上常見的4芯2.5mmTRRS接頭，多出來的那個(ge) 芯是用來與(yu) 頭戴式耳機的麥克風相連，用來傳(chuan) 送由語音信號經麥克風轉換後的電信號。另外，芯數也能減少，譬如卡拉ok話筒與(yu) 功放相連的插頭，即為(wei) 卡儂(nong) 頭（卡儂(nong) 頭將在後文介紹）轉2芯6.3mmTS接頭，可以用來傳(chuan) 送非平衡的單聲道音頻信號。
　　
　　2.1.2
　　
　　1/4"(6.3mm)TRS接頭（俗稱：大三芯）
　　
　　關(guan) 於(yu) 大三芯插頭的定義(yi) ，如下圖：
　　
　　它是一種常見的音頻設備連接插頭，一般用於(yu) 平衡信號的傳(chuan) 輸或者非平衡立體(ti) 聲信號的傳(chuan) 輸，用作平衡信號的傳(chuan) 輸時候，功能與(yu) 卡儂(nong) 頭一樣。（注：將在後文對平衡信號和非平衡信號進行介紹）。
　　
　　1/4"TRS平衡接頭能提供平衡輸入/輸出。除了具有耐磨損的優(you) 點外，還具有平衡接頭*的高信噪比，抗幹擾能力強等特點。對於(yu) 一個(ge) 真正的1/4"TRS平衡接頭來說，其成本將是非平衡的2倍多。因此采用1/4"TRS平衡接頭的設備一般是設備，隻有在2000元以上的專(zhuan) 業(ye) 卡上才可以看到。
　　
　　2.2RCA模擬音頻接頭
　　
　　RCA接頭就是常說的蓮花頭，利用RCA線纜傳(chuan) 輸模擬信號是目前zui普遍的音頻連接方式。名稱“RCA”是以發明這種接頭的公司來命名的，即美國無線電公司，英文：RadioCorporationofAmerica,這個(ge) 公司在20世紀40年代將這種接頭引入市場，用它來連接留聲機和揚聲器。
　　
　　下圖即為(wei) RCA插頭轉3.5mmTRS插頭。
　　
　　每一根RCA線纜負責傳(chuan) 輸一個(ge) 聲道的音頻信號，所以立體(ti) 聲信號，需要使用一對線纜。對於(yu) 多聲道係統，就要根據實際的聲道數量配以相同數量的線纜。立體(ti) 聲RCA音頻接頭，一般將右聲道用紅色標注，左聲道則用藍色或者白色標注。
　　
　　一些雙聲道聲卡上我們(men) 常可以見到RCA接頭，上圖是一塊聲卡產(chan) 品，采用了RCA模擬輸出。與(yu) 3.5mm接頭一樣，這樣的接頭同樣能夠傳(chuan) 輸數字信號，我會(hui) 在後文對其進行介紹。
　　
　　2.3XLR接頭
　　
　　XLR接頭,又被稱做卡儂(nong) 頭，之所以被稱做卡儂(nong) 頭（英文：cannonplugorcannonconnector）是因為(wei) JamesH.Cannon（CannonElectric的創立者，現在該公司已經被並入ITTCorporation）是卡儂(nong) 頭zui初的生產(chan) 製造商。zui早的產(chan) 品是"CannonX"係列,後來，對產(chan) 品進行了改進，增加了一個(ge) 插銷（插銷的英文：Latch，其實是一個(ge) 鎖定裝置），產(chan) 品係列更名為(wei) ："CannonXL"，然後又圍繞著接頭的金屬觸點，增加了橡膠封口膠（Rubbercompound），zui後人們(men) 就把這三個(ge) 單詞的頭一個(ge) 字母拚在一起，稱作"XLRConnector",即XLR接頭。這裏需要提醒的是，XLR接頭可以是3腳的，也可以是2腳、4腳、5腳、6腳。當然，我們(men) 使用zui普遍的接頭，如上圖所示，是3腳的卡儂(nong) 頭，即：XLR3。
　　
　　由於(yu) 采用了鎖定裝置，XLR連接相當牢靠。XLR接頭通常在麥克風、電吉他等設備上能看到。下圖是卡儂(nong) 頭在平衡式連接時，各個(ge) 針腳的定義(yi) 。
　　
　　
　　需要提醒大家的是，卡儂(nong) 頭不僅(jin) 可以做模擬音頻信號的接頭，也可以做數字音頻信號的接頭。
　　
3. 平衡信號和非平衡信號
　　
　　音頻接頭是音頻信號的載體(ti) ，所傳(chuan) 輸的信號種類不同，接頭也有所不同。在音頻設備間傳(chuan) 輸的音頻信號，可大致分成兩(liang) 類，平衡信號和非平衡信號。聲波轉變成電信號後，如果直接傳(chuan) 送就是非平衡信號，如果把原始信號反相（相位差為(wei) 180度），然後同時傳(chuan) 送反相的信號和原始信號，就叫做平衡信號。與(yu) 之相對應的是音頻信號的平衡傳(chuan) 輸與(yu) 非平衡傳(chuan) 輸。平衡傳(chuan) 輸是一種應用廣泛的音頻信號傳(chuan) 輸方式。它是利用相位抵消的原理將音頻信號傳(chuan) 輸過程中所受的其他幹擾降至zui低，即：平衡信號送入差動放大器，原信號和反相位信號相減，得到加強的原始信號，由於(yu) 在傳(chuan) 送中，兩(liang) 條線路受到的幹擾幾乎一樣，在相減的過程中，減掉了幹擾信號，因此抗幹擾能力更強。所以，平衡傳(chuan) 輸一般出現在專(zhuan) 業(ye) 音頻設備上，以及傳(chuan) 輸距離較遠的場合。這種在平衡式信號線中抑製兩(liang) 極導線中所共同有的噪聲的現象便稱為(wei) 共模抑製。
　　
　　實現平衡傳(chuan) 輸，需要並列的三根導線來實現，即接地線、熱端線、冷端線。因此，平衡輸入、輸出接頭，必須具有三個(ge) 腳位，如卡儂(nong) 頭，大三芯接頭。非平衡傳(chuan) 輸隻有兩(liang) 個(ge) 端子，即：信號端與(yu) 接地端。對於(yu) 這種單相信號，為(wei) 防止共模幹擾使用同軸電纜，外皮是地，中間的芯是信號線。常見的接頭，如BNC接頭，RCA接頭等。這種傳(chuan) 輸方式，通常在要求不高和近距離信號傳(chuan) 輸的場合使用，如家庭音響係統。這樣連接也常用於(yu) 電子樂(le) 器、電吉他等設備。這裏有一點要提醒讀者注意：平衡信號需要用平衡接頭來傳(chuan) 輸，那麽(me) 反過來，看到平衡接頭，如大三芯TRS接頭或者XLR3接頭，電路中傳(chuan) 輸的一定是平衡信號嗎？答案是否定的。比如，當大三芯TRS接頭用來傳(chuan) 輸立體(ti) 聲信號的時候，Tip腳傳(chuan) 輸左聲道信號，Ring腳傳(chuan) 輸右聲道信號，Sleeve腳接地，那麽(me) 它此時傳(chuan) 輸的是兩(liang) 路不同的信號，即不是平衡信號。而平衡信號本質上是一路信號，隻不過將其反相後，兩(liang) 路同時傳(chuan) 輸而已。鑒於(yu) 此，讀者在實際應用中，當結合實際電路，細心分辨。
　　
4. 數字音頻接口
　　
　　4.1S/PDIF
　　
　　S/PDIF（Sony/PhilipsDigitalInterface，索尼和飛利浦數字接口）是由SONY公司與(yu) PHILIPS公司聯合製定的一種數字音頻輸出接口。該接口廣泛應用在CD播放機、聲卡及家用電器等設備上，能改善CD的音質，給我們(men) 更純正的聽覺效果。該接口傳(chuan) 輸的是數字信號，所以不會(hui) 像模擬信號那樣受到幹擾而降低音頻質量。需要注意的是，S/PDIF接口是一種標準，同軸數字接頭和光纖接口都屬於(yu) S/PDIF接口的範疇，下文將對兩(liang) 種接頭分別進行介紹。
　　
　　4.1.1數字同軸接頭
　　
　　同軸音頻接頭（Coaxial），標準為(wei) SPDIF（Sony/PhilipsDigitalInterFace），是由索尼公司與(yu) 飛利浦公司聯合製定的，在視聽器材的背板上有Coaxial作標識（如下圖所示），主要是提供數字音頻信號的傳(chuan) 輸。它的接頭分為(wei) RCA和BNC兩(liang) 種。同軸線纜有兩(liang) 個(ge) 同心導體(ti) ，導體(ti) 和屏蔽層共用同一軸心。同軸線纜是由絕緣材料隔離的銅線導體(ti) ，阻抗為(wei) 75歐姆，在裏層絕緣材料的外部是另一層環形導體(ti) 及其絕緣體(ti) ，整個(ge) 電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護套包住。其優(you) 點是阻抗恒定，傳(chuan) 輸頻帶較寬，的同軸電纜頻寬可達幾百兆赫。同軸數字傳(chuan) 輸線標準接頭采用BNC頭，其阻抗是75C，與(yu) 75C的同軸電纜配合，可保證阻抗恒定，確保信號傳(chuan) 輸正確。傳(chuan) 輸帶寬高，保證了音頻的質量。雖然同軸數字線纜的標準接頭為(wei) BNC接頭，但市麵上的同軸數字線材多采用RCA接頭。
　　
　　4.1.2光纖接頭TOSLINK
　　
　　TOSLINK全名ToshibaLink，這是日本東(dong) 芝（TOSHIBA）公司較早開發並製定的技術標準，它是以Toshiba+link命名的,在器材的背板上OPTICAL作標識。現在幾乎所有的數字影音設備都具備這種格式的接頭。TOSLINK光纖曾大量應用在普通的中低檔CD播放器、MD播放器、DVD機及組合音響上。
　　
　　光纖（Optical）以光脈衝(chong) 的形式來傳(chuan) 輸數字信號，支持PCM數字音頻信號、Dolby以及DTS音頻信號。製造光纖常用的材料有塑料、石英、玻璃等，以玻璃或有機玻璃為(wei) 主。
　　
　　光纖同樣采用S/PDIF接口輸出，TOSLINK使用光纖傳(chuan) 送SPDIF數字音頻信號，分兩(liang) 種類型，一般家用的設備都是用標準的接頭，而便攜式的器材如CD隨身聽等，則是用與(yu) 耳機接頭差不多大小的迷你光纖接頭mini-Toslink。光纖連接可以實現電氣隔離，阻止數字噪音通過地線傳(chuan) 輸，有利於(yu) 提高DAC的信噪比。但是，時基誤差是影響音質的重要因素，所以衡量數字音響設備傳(chuan) 輸接口性能的好壞，應以引起時基誤差的大小為(wei) 標準。由於(yu) 光纖連接的信號要經過發射器和接收器的兩(liang) 次轉換，會(hui) 產(chan) 生嚴(yan) 重影響音質的時基抖動誤差（Jitter），因此這類光纖接口音質雖然較為(wei) 透明，但數碼味較濃，缺乏生氣，顯得缺乏韻味。
　　
　　在市麵較為(wei) 常見的光纖發送器和接收器中日本品牌居多，常見的有TOSHIBA、SONY和SHARP等、它們(men) 相互間電氣性能是一致的，可以通過光纖線互相連接。如果你的CD播放器或DVD機提供SPDIF的同軸數字輸出，而你的MD隻有光纖輸入，那你就需要一個(ge) 數碼接頭轉換器DFT（DigitalFormatTranslator，這是由CoreSound公司開發的，另外Audio-Technica也有出類似的產(chan) 品），通過這種轉換器，你可將同軸SPDIF輸出轉成光纖（TOSLINK）。
　　
　　4.1.3平衡數字接頭
　　
　　上圖是常見的兩(liang) 類平衡接頭TRS接頭和XLR3接頭，也可以用於(yu) 數字傳(chuan) 輸，這和RCA接頭類似。不過這樣的用法也隻有在專(zhuan) 業(ye) 領域比較常見，普通家用或PC聲卡上比較少見。
　　
　　4.2 I2S接口
　　
　　上圖是R&S®UPV音頻分析儀(yi) 後麵板的I2S接口，為(wei) 25針D-sub接頭。I2S（Inter-ICSoundBus）是飛利浦公司為(wei) 數字音頻設備之間的音頻數據傳(chuan) 輸而製定的一種總線標準。在飛利浦公司的I2S標準中，既規定了硬件接口規範，也規定了數字音頻數據的格式。該總線專(zhuan) 責於(yu) 音頻設備之間的數據傳(chuan) 輸，廣泛應用於(yu) 各種多媒體(ti) 係統。它采用了沿獨立的導線傳(chuan) 輸時鍾與(yu) 數據信號的設計，通過將數據和時鍾信號分離，避免了因時差誘發的失真，為(wei) 用戶節省了購買(mai) 抵抗音頻抖動的專(zhuan) 業(ye) 設備的費用。具體(ti) 細節，讀者可自行查閱相關(guan) 資料。
　　
　　4.3通用串行接口（Universalserialinterface）
　　
　　然目前大量的數字音頻應用使用雙通道的進行數據傳(chuan) 輸，但是發展的趨勢卻是：數字音頻的格式朝著多通道（通道數大於(yu) 二）的方向發展，與(yu) 此同時，許多新的數據格式正在不斷湧現出來。為(wei) 了適應這樣的應用，R&S公司的通用串行接口選件（R&S®UPV-B42option）應運而生。R&S®UPV音頻分析儀(yi) 的後麵板有兩(liang) 個(ge) 擴展插槽，它可以被安裝在其中任意一個(ge) 插槽之中。R&S公司開發的通用串行接口選件(R&S®UPV-B42option)，是一個(ge) 通用的數字音頻接口。利用這個(ge) 接口，可以連接任意的常見音頻芯片或電路。