常用音頻接口介紹
原作者: □ 北京二三一信箱國家廣播電影電視總局572臺 王繼來 /文
在廣播電視系統節目采編及傳送機房的日常技術維護中，會接觸到各式各樣的音頻類接口。音頻接口，是在傳輸音頻信號時使用的接口，它可以是模擬的，也可以是數字的。不同的音頻應用領域，往往會有不同的接口，隨著技術的進步，接口的種類也在不斷的發展、增多。如果缺乏對音頻接口知識的基本了解，在日常的技術維護中，勢必會妨礙對于音頻傳送，音頻測試與測量的理解與應用，本文對常用的音頻接口做較詳細的介紹。
首先，明確兩個概念的涵義及關系：接口（Interface）和連接器（通常也叫做接頭，Connector）。不同的音頻標準都需要定義各自的硬件接口標準，硬件接口定義了電子設備之間連接的物理特性，包括傳輸的信號頻率、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。連接器是接口在物理上的實現，是實現電路互連的裝置。人們將接頭分成兩類：“公頭”（或 “陽頭”）和“母頭”（或 “陰頭”），一言以概之，即插頭（Male connector、plug）和插座（Female connector、socket）。在實際應用中，人們經常習慣于將接口（Interface）和接頭（Connector）二者不加區分的通用，因此，本文在文字描述上也不做嚴格的區分。
模擬音頻接口
1.TRS 接頭
TRS接頭是一種常見的音頻接頭。TRS的含義是Tip（signal）、Ring（signal）、Sleeve（ground）。分別代表了該接頭的3個接觸點。TRS插頭為圓柱體形狀，觸點之間，用絕緣的材料隔開。為了適應不同的設備需求，TRS通常有三種尺寸（符號″表示英寸）： 1/4″ (6.3 mm) ，1/8″ (3.5mm)， 3/32″ (2.5mm),如圖1所示。
2.5mm接頭在手機類便攜輕薄型產品上比較常見，因其接口可以做的很?。?/span>3.5mm接頭在PC類產品以及家用設備上比較常見，也是我們最常見到的接口類型；6.3mm接頭是為了提高接觸面以及耐用度而設計的模擬接頭，常見于監聽等專業音頻設備上，例如：節目傳輸類機房大多用此接頭來監聽節目質量。接下來介紹3.5mm和6.3mm兩種規格的TRS接頭。
2.1.1 (1/8″ 3.5mm) TRS接頭 俗稱：（小三芯）
3.5mm TRS接頭又稱小三芯或者立體聲接頭，是目前見到的最主要的聲卡接口，除此之外，包括絕大部分MP3播放器，MP4播放器和部分音樂手機的耳機輸出接口也使用這種接頭。
3.5mm接頭提供了立體聲（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3.5mm立體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3.5mm立體聲接頭（4×2聲道=8聲道），以此類推。如前所述，這種接口有三個導體接觸點。如圖4是小三芯插座的機械結構尺寸，與插頭相對應，插座也有三個觸點，彼此之間用絕緣材料隔開。（圖4）
根據實際使用需要，我們還能看到有4芯甚至5芯的這種接頭。例如：松下某款磁帶隨身聽上看到的4芯3.5mm接頭，多出來的一根線是傳送線控信號用的，再比如手機上常見的4芯2.5mmTRS接頭，多出來的那個芯是用來與頭戴式耳機的麥克風相連，用來傳送由語音信號經麥克風轉換后的電信號。另外，芯數也能減少，譬如卡拉ok話筒與功放相連的插頭，即為卡儂頭（卡儂頭將在后文介紹）轉2芯6.3mm TRS接頭，可以用來傳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）
關于大三芯插頭的定義，如下圖: （圖5）
它是一種常見的音頻設備連接插頭，一般用于平衡信號的傳輸或者非平衡立體聲信號的傳輸，用作平衡信號的傳輸時，功能與卡儂頭一樣。（注：平衡信號和非平衡信號將在后文進行介紹）。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點外，還具有平衡接頭獨有的高信噪比，抗干擾能力強等特點。對于一個真正的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高檔或專業音頻設備。
2. RCA模擬音頻接頭
RCA接頭就是常說的蓮花頭，利用RCA線纜傳輸模擬信號是目前最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：(Radio Corporation of America), 這個公司在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。
每一根 RCA線纜負責傳輸一個聲道的音頻信號，所以立體聲信號，需要使用一對線纜。對于多聲道系統，就要根據實際的聲道數量配以相同數量的線纜。立體聲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。
一些雙聲道專用聲卡上我們?？梢砸姷?/span>RCA接頭，如圖8是一塊聲卡產品，采用了RCA模擬輸出。與3.5mm接頭一樣，這樣的接頭同樣能夠傳輸數字信號。
3. XLR接頭
XLR接頭，俗稱卡儂頭，之所以被稱做卡儂頭（英文：cannon plug or cannon connector）是因為James H. Cannon先生（Cannon Electric的創立者，現在該公司已經被并入ITT Corporation）是卡儂頭最初的生產制造商。最早的產品是 "Cannon X" 系列， 后來對產品進行了改進，增加了一個插銷（英文：Latch），其實是一個鎖定裝置，產品系列更名為： "Cannon XL"， 然后又圍繞著接頭的金屬觸點，增加了橡膠封口膠（Rubber compound），最后人們就把這三個單詞的頭一個字母拼在一起，稱作" XLR Connector",即XLR接頭。這里需要提醒的是， XLR接頭可以是3腳的，也可以是2腳、4腳、5腳、6腳。當然，我們使用最普遍的接頭，如圖9所示，是3腳的卡儂頭，即：XLR3。由于采用了鎖定裝置，XLR連接相當牢靠。XLR接頭通常在麥克風、電吉它等設備上常能看到。如圖10是卡儂頭在平衡式連接時，各個針腳的定義。
需要提醒大家的是，卡儂頭不僅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。
平衡信號和非平衡信號
音頻接頭是音頻信號的載體， 所傳輸的信號種類不同，接頭也有所不同。在音頻設備間傳輸的音頻信號，可大致分成兩類，平衡信號和非平衡信號。聲波轉變成電信號后，如果直接傳送就是非平衡信號，如果把原始信號反相（相位差為180度），然后同時傳送反相的信號和原始信號，就叫做平衡信號。與之相對應的是音頻信號的平衡傳輸與非平衡傳輸。平衡傳輸是一種應用廣泛的音頻信號傳輸方式。它是利用相位抵消的原理將音頻信號傳輸過程中所受的其他干擾降至最低，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，由于在傳送中，兩條線路受到的干擾幾乎一樣，在相減的過程中，減掉了干擾信號，因此抗干擾能力更強。所以，平衡傳輸一般出現在專業音頻設備上，以及傳輸距離較遠的場合。這種在平衡式信號線中抑制兩極導線中所共同有的噪聲的現象便稱為共模抑制。實現平衡傳輸，需要并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，必須具有三個腳位，如圖11卡儂頭，大三芯接頭。
非平衡傳輸只有兩個端子，即：信號端與接地端。對于這種單相信號，為防止共模干擾使用同軸電纜，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。這種傳輸方式，通常在要求不高和近距離信號傳輸的場合使用，如家庭音響系統。這樣連接也常用于電子樂器、電吉他等設備。這里有一點要提醒大家注意：平衡信號需要用平衡接頭來傳輸，那么反過來，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接頭用來傳輸立體聲信號的時候，Tip腳傳輸左聲道信號，Ring腳傳輸右聲道信號，Sleeve腳接地，那么它此時傳輸的是兩路不同的信號，即不是平衡信號。而平衡信號本質上是一路信號，只不過將其反相后，兩路同時傳輸而已。鑒于此，讀者在實際應用中，當結合實際電路，細心分辨。
數字音頻接口
數字接口的優勢在于它在傳輸中有較強的抗干擾能力，即便出現誤碼，一些編碼方式也能夠對其進行修正，因此信號的可靠性對比模擬信號有著不可比擬的優勢。目前在數字音頻應用領域中，數字音頻接口數據格式標準有很多，以下是一些主要標準的簡單介紹。
AES/EBU是美國和歐洲錄音師協會制定的一種高級的專業數字音頻數據格式，插口硬件主要為卡儂頭，目前用于一些高級專業器材，如專業DAT、頂級采樣器、大型數字調音臺、專業音頻工作站等。
S/PDIF是Sony和飛利浦公司制定的一種音頻數據格式，主要用于民用和普通專業領域，插口硬件使用的是光纜口或同軸口，現在的DAT、CD機和MD機和計算機聲卡音頻數字輸入輸出口都普遍使用S/PDIF格式。
ADAT（又稱Alesis多信道光學數字接口）是美國Alesis公司開發的一種數字音頻信號格式，因為最早用于該公司的ADAT八軌機，所以就稱為ADAT格式，該格式使用一條光纜傳送八個聲道的數字音頻信號，由于連接方便、穩定可靠，現在已經成為了一種事實上的多聲道數字音頻信號格式，越來越廣泛地使用在各種數字音頻設備上，目前許多公司的多聲道數字音頻接口，像Frontier公司的一系列產品，使用的都是ADAT口。
TDIF是日本Tascam公司開發的一種多聲道數字音頻格式，使用25針類似于計算機串行線的線纜來傳送八個聲道的數字信號。TDIF的命運與ADAT正好相反，在推出以后TDIF沒有獲得其它廠家的支持，目前已經越來越少地被各種數字設備所采用。
R-BUS是Roland公司新推出的一種八聲道數字音頻格式，也被稱為RMDB II。它的插口和線纜都與TASCAM公司的TDIF相同，傳送的也是八聲道的數字音頻信號，但它有兩個新增的功能。第一，R-BUS端口也可供電，這樣當你將一些小型器材連接在其上使用時，這些器材可以不用插電。第二，除數字音頻信號外，R-BUS還可以同時傳送運行控制和同步信號。這樣，當兩件設備以R-BUS口連接時，在一臺設備上就可以控制另一臺設備。比如你將Roland公司最新的VSR-880多軌機通過R-BUS連在Roland的VM系列調音臺上時，你就可以在VM調音臺上直接控制多軌機的運行。
1. AES/EBU標準
AES/EBU的全稱是Audio Engineering Society/European Broadcast Union（音頻工程師協會/歐洲廣播聯盟），現已成為專業數字音頻較為流行的標準。大量民用產品和專業音頻數字設備如CD機、DAT、MD機、數字調音臺、數字音頻工作站等都支持AES/EBU。AES/EBU是一種通過基于單根絞合線對來傳輸數字音頻數據的串行位傳輸協議。它無須均衡即可在長達100m的距離上傳輸數據，如果均衡，可以傳輸更遠距離。它提供兩個信道的音頻數據（最高24比特量化），信道是自動計時和自同步的。它也提供了傳輸控制的方法和狀態信息的表示(channel status bit)和一些誤碼的檢測能力。它的時鐘信息是由傳輸端控制，來自AES/EBU的位流。它的三個標準采樣率是32kHz、44.1kHz、48kHz，當然許多接口能夠工作在其它不同的采樣率上。
AES/EBU的普通物理連接媒質有：
（1）平衡或差分連接，使用XLR（卡儂頭）連接器的三芯話筒屏蔽電纜，參數為阻抗110Ω，電平范圍0.2V～5Vpp，抖動為±20ns。
（2）單端非平衡連接，使用RCA插頭的音頻同軸電纜。
（3）光學連接，使用光纖連接器。
2. S/PDIF標準
S/PDIF的全稱是Sony/Philips Digital Interface Format，由于被廣泛采用，它成為事實上的民用數字音頻格式標準，大量的消費類音頻數字產品如民用CD機、DAT、MD機、計算機聲卡數字口等都支持S/PDIF，在不少專業設備上也有該標準的接口。S/PDIF格式和AES/EBU有略微不同的結構。音頻信息在數據流中占有相同位置，使得兩種格式在原理上是兼容的。在某些情況下AES/EBU的專業設備和S/PDIF的用戶設備可以直接連接，但是并不推薦這種做法，因為在電氣技術規范和信道狀態位中存在非常重要的差別，當混用協議時可能產生無法預知的后果。
S/PDIF的普通物理連接媒質主要是采用捆緊式/光學波導連接設備，如采用BNC連接器的75Ω同軸電纜，電平范圍0.2V～5Vpp，距離在10m內；還可選用光學Toslink接頭和塑料光纜，距離小于1.5m；如果大于1km的距離，可使用玻璃光纜和使用編解碼器。
S/PDIF采用EIAJ CP-340 IEC-958 同軸或光纜, 屬不平衡式。其標準的輸出電平是0.5Vpp(發送器負載75Ω)，輸入和輸出阻抗為75Ω(0.7-3MHz頻寬)。常用的有光纖，RCA和BNC。我們常見的是RCA插頭作同軸輸出， 但是用RCA作同軸輸出是個錯誤的做法， 正確的做法是用BNC作同軸輸出， 因為BNC頭的阻抗是75Ω, 剛好適合S/PDIF的格式標準， 但由于歷史的原因， 在一般的家用機上用的是RCA作同軸輸出。
3. 同軸數字接頭
（圖12）中左邊為RCA同軸數字插頭，右邊為BNC同軸數字插頭。同軸線纜有兩個同心導體，導體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，阻抗為75Ω，在里層絕緣材料的外部是另一層環形導體及其絕緣體，整個電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護套包住。其優點是阻抗恒定，傳輸頻帶較寬，優質的同軸電纜頻寬可達幾百兆赫。同軸數字傳輸線標準接頭采用BNC頭，其阻抗是75Ω，與75Ω的同軸電纜配合，可保證阻抗恒定，確保信號傳輸正確。傳輸帶寬高，保證了音頻的質量。雖然同軸數字線纜的標準接頭為BNC接頭，但市面上的同軸數字線材多采用RCA接頭。
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