硬件設(shè)計之音頻接口的知識詳解

這里需要說明的是，我們所討論的接口其實包括對"接口"（interface）和"連接器"（connector）這兩個方面的討論，"連接器"我們通常也稱之為"接頭"或"插頭"。 "接口"定義了電子設(shè)備之間連接的物理特性，包括傳輸?shù)?a target="_blank">信號頻率、強(qiáng)度，以及相應(yīng)連線的類型、數(shù)量，還包括插頭、插座的結(jié)構(gòu)設(shè)計；而"連接器"則是在物理上實現(xiàn)設(shè)備之間連接的裝置。

1.模擬音頻接口之TRS接口

說到TRS接口，一般人初聽可能不知道它是什么，不過只要把實物放在面前，大家就都知道它是什么了。其實日常生活中我們見得最多的就是TRS接口，它的接頭外觀是圓柱體形狀，通常有三種尺寸1/4"（6.3mm）、1/8"（3.5mm）、3/32"（2.5mm），我們最常見的是3.5mm尺寸的接頭。

2.5mm的TRS接頭以前在手機(jī)耳機(jī)上比較流行，但現(xiàn)在已經(jīng)不多見了，耳機(jī)接口基本被3.5mm接口一統(tǒng)江湖。而6.3mm的接頭在很多專業(yè)設(shè)備和高檔耳機(jī)上比較常見，但現(xiàn)在有不少高檔耳機(jī)也逐漸開始改用3.5mm接頭。TRS的含義是Tip（signal）、Ring（signal）、Sleeve（ground），分別代表了這種接頭的3個觸點(diǎn)，我們看到的就是被兩段絕緣材料隔離開的三段金屬柱。因此，3.5mm接頭和6.3mm接頭也被人稱為"小三芯"和"大三芯"。

TRS接口就是一個圓孔，其內(nèi)部與接頭對應(yīng)，也有三個觸點(diǎn)，彼此之間也被絕緣材料隔開。有的人說不還有四芯的插頭嗎？沒錯，我們在耳機(jī)或隨身聽上見到的四芯插頭，多出來的那一芯是用來傳送語音信號或控制信號。此外，還有一種用于耳機(jī)的四芯3.5mm插頭則是用來傳輸平衡信號的。6.3mm的"大三芯"插頭可用來傳輸平衡信號或非平衡立體聲信號，也就是說它可以和我們后面要講的XLR平衡接口一樣，能夠傳輸平衡信號，但因制作這樣的平衡線成本比較高，所以一般只用在高檔專業(yè)音頻設(shè)備上。

2.模擬音頻接口之RCA接口

RCA接口在我們?nèi)粘Ｉ钪幸卜浅３Ｒ姡粝?、電視、功放、DVD機(jī)等設(shè)備上基本都有。它得名于美國無線電公司的英文縮寫（Radio Corporation of America），上世紀(jì)40年代的時候，該公司將這種接口引入市場，用它來連接留聲機(jī)和揚(yáng)聲器，也因此，它在歐州又稱為PHONO接口。我們對它更熟悉的接頭稱呼則是"蓮花頭"。

RCA接口采用同軸傳輸信號的方式，中軸用來傳輸信號，外沿一圈的接觸層用來接地。每一根RCA線纜負(fù)責(zé)傳輸一個聲道的音頻信號，因此，可以根據(jù)對聲道的實際需要，使用與之?dāng)?shù)量相匹配的RCA線纜。比如要組雙聲道立體聲就需要兩根RCA線纜。

3.模擬音頻接口之XLR接口

XLR接口又被稱為"卡農(nóng)口"，這是因為James H. Cannon創(chuàng)立的Cannon Electric公司是它最初的生產(chǎn)商。它們最早的產(chǎn)品是"cannon X"系列，后來改進(jìn)產(chǎn)品增加了一個鎖定裝置（Latch），于是在"X"后面增加了一個"L"；再后來又圍繞著接頭的金屬觸點(diǎn)增加了橡膠封口（Rubber compound），于是又在"L"后面增加了一個"R"。人們就把三個大寫字母組合在一起，稱這種接頭為"XLR connector"。

我們通常見到的XLR插頭是3腳的，當(dāng)然也有2腳、4腳、5腳、6腳的，比如在一些高檔耳機(jī)線上，我們也會看到四芯XLR平衡接頭。XLR接口與"大三芯"TRS接口一樣，可以用來傳輸音頻平衡信號。這里我們簡單說一下平衡信號與非平衡信號。聲波轉(zhuǎn)換成電信號后，如果直接傳送就是非平衡信號，如果把原始信號反相180度，然后同時傳送原始信號和反相信號，這就是平衡信號。平衡傳輸就是利用相位抵消原理，將音頻信號傳輸過程中受到的其他干擾降至最低。 當(dāng)然，XLR接口也跟"大三芯"TRS接口一樣，可以傳輸非平衡信號，因此光從接口看，我們是看不出來它到底傳輸?shù)氖悄姆N信號。

4.數(shù)字音頻接口之AES/EBU接口

數(shù)字音頻接口方面，我們其實講的更多的是傳輸協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)。在接口的物理外觀上看，你很難看出它是哪類型的接口。我們首先說一下AES/EBU。

AES/EBU是Audio Engineering Society/European Broadcast Union（音頻工程師協(xié)會/歐洲廣播聯(lián)盟）的縮寫，是現(xiàn)在較為流行的專業(yè)數(shù)字音頻標(biāo)準(zhǔn)。它是基于單根絞合線對來傳輸數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的串行位傳輸協(xié)議。無須均衡即可在長達(dá)100米的距離上傳輸數(shù)據(jù)，如果均衡，可以傳輸更遠(yuǎn)距離。

AES/EBU提供兩個信道的音頻數(shù)據(jù)（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(tài)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(biāo)準(zhǔn)采樣率是32kHz、44.1kHz、48kHz，當(dāng)然許多接口能夠工作在其它不同的采樣率上。

AES/EBU的物理接口有多種，最常見的就是三芯XLR接口，用來進(jìn)行平衡或差分連接；此外還有后面要講的使用RCA插頭的音頻同軸接口，用來進(jìn)行單端非平衡連接；以及使用光纖連接器，進(jìn)行光學(xué)連接。

5.數(shù)字音頻接口之S/PDIF接口

S/PDIF是Sony/Philips Digital Interconnect Format的縮寫，它是索尼與飛利浦公司合作開發(fā)的一種民用數(shù)字音頻接口協(xié)議。由于被廣泛采用，它成為事實上的民用數(shù)字音頻格式標(biāo)準(zhǔn)。S/PDIF和AES/EBU有略微不同的結(jié)構(gòu)。音頻信息在數(shù)據(jù)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(yè)設(shè)備和S/PDIF的用戶設(shè)備可以直接連接，但是并不推薦這種做法，因為在電氣技術(shù)規(guī)范和信道狀態(tài)位中存在非常重要的差別，當(dāng)混用協(xié)議時可能產(chǎn)生無法預(yù)知的后果。

S/PDIF接口一般有三種，一種是RCA同軸接口，另一種是BNC同軸接口，還有一種是TOSLINK光纖接口。在國際標(biāo)準(zhǔn)中，S/PDIF需要BNC接口75歐姆電纜傳輸，然而很多廠商由于各種原因，頻頻使用RCA接口甚至使用3.5mm的小型立體聲接口進(jìn)行S/PDIF傳輸，久而久之，RCA和3.5mm接口就成為了一個"民間標(biāo)準(zhǔn)"。后面我們會具體講到同軸接口和光纖接口。

6.數(shù)字音頻接口之同軸接口

同軸接口分為兩種，一種是RCA同軸接口，另一種是BNC同軸接口。前者的外觀跟模擬RCA接口沒有任何區(qū)別，而后者則與我們在電視機(jī)上常見的信號接口有點(diǎn)類似，而且加了鎖緊設(shè)計。同軸線纜接頭有兩個同心導(dǎo)體，導(dǎo)體和屏蔽層共用同一軸心，線的阻抗是75歐姆。

同軸傳輸阻抗恒定，傳輸帶寬高，因此能夠保證音頻的質(zhì)量。不過雖然RCA同軸接口的外觀與RCA模擬接口相同，但線最好不要混用，由于RCA同軸線是固定75歐姆阻抗，因此混用線會造成聲音傳輸?shù)牟环€(wěn)定，使音質(zhì)下降。

7.數(shù)字音頻接口之光纖接口

光纖接口的英文名字為TOSLINK，來源于東芝（TOSHIBA）制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，器材上一般標(biāo)為"Optical"。它的物理接口分為兩種類型，一種是標(biāo)準(zhǔn)方頭，另一種是在便攜設(shè)備上常見的外觀與3.5mm TRS接頭類似的圓頭。由于它是以光脈沖的形式來傳輸數(shù)字信號，因此單從技術(shù)角度來說，它是傳輸速度最快的。

光纖連接可以實現(xiàn)電氣隔離，阻止數(shù)字噪音通過地線傳輸，有利于提高DAC的信噪比。然而由于它需要光線發(fā)射口和接收口，而這兩個口的光電轉(zhuǎn)換需要用光電二極管，光纖和光電二極管之間不可能有緊密接觸，從而會產(chǎn)生數(shù)字抖動類的失真，而且這個失真是疊加的。再加上在光電轉(zhuǎn)換過程中的失真，它在數(shù)字抖動方面比同軸差了很多。也因此，現(xiàn)在光纖接口也開始逐漸淡出人們的視野。

審核編輯：符乾江