音頻接口簡介

　　1.前言
　　
　　不同的音頻應用領(lǐng)域，往往會有不同的接口，隨著技術(shù)的進步，接口的種類也在不斷的發(fā)展、增多。限于篇幅與個人水平，本文不可能囊括所有的接口。在此，僅對常用的接口做一個簡單的介紹，普及基本的接口知識，以做拋磚引玉之用。
　　
　　首先，明確兩個概念的涵義及關(guān)系：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各自的的硬件接口標準，硬件接口定義了電子設(shè)備之間連接的物理特性，包括傳輸?shù)男盘栴l率、強度，以及相應連線的類型、數(shù)量，還包括插頭、插座的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。簡而言之，連接器是接口在物理上的實現(xiàn)，是實現(xiàn)電路互連的裝置。
　　
　　人們習慣于將接頭分成兩類：“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，由于習慣，人們經(jīng)常將接口（interface）和接頭（connector）二者不加區(qū)分的通用，因此，本文在文字上也不做嚴格的區(qū)分，相信讀者可根據(jù)上下文的內(nèi)容心領(lǐng)神會。
　　
　　接下來，按照技術(shù)發(fā)展的歷史，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(shè)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(chǎn)品上比較常見，因為接口可以做的很?。?.5mm接頭在PC類產(chǎn)品以及家用設(shè)備上比較常見，也是我們zui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設(shè)計的模擬接頭，常見于監(jiān)聽等專業(yè)音頻設(shè)備上。
　　
　　接下來,為大家分別介紹3.5mm和6.3mm兩種規(guī)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聲接頭，這是我們目前看到的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。下圖是小三芯插座的機械結(jié)構(gòu)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。
　　
　　根據(jù)實際使用需要，我們還能看到有4芯甚至5芯的這種接頭。筆者接觸的4芯3.5mm接頭是在松下的磁帶隨身聽上看到的，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2.5mmTRRS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(jīng)麥克風轉(zhuǎn)換后的電信號。另外，芯數(shù)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(zhuǎn)2芯6.3mmTS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(guān)于大三芯插頭的定義，如下圖：
　　
　　它是一種常見的音頻設(shè)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候，功能與卡儂頭一樣。（注：將在后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(yōu)點外，還具有平衡接頭*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(shè)備一般是設(shè)備，只有在2000元以上的專業(yè)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線纜傳輸模擬信號是目前zui普遍的音頻連接方式。名稱“RCA”是以發(fā)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RCA插頭轉(zhuǎn)3.5mmTRS插頭。
　　
　　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(tǒng)，就要根據(jù)實際的聲道數(shù)量配以相同數(shù)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。
　　
　　一些雙聲道聲卡上我們?？梢砸姷絉CA接頭，上圖是一塊聲卡產(chǎn)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(shù)字信號，我會在后文對其進行介紹。
　　
　　2.3XLR接頭
　　
　　XLR接頭,又被稱做卡儂頭，之所以被稱做卡儂頭（英文：cannonplugorcannonconnector）是因為JamesH.Cannon（CannonElectric的創(chuàng)立者，現(xiàn)在該公司已經(jīng)被并入ITTCorporation）是卡儂頭zui初的生產(chǎn)制造商。zui早的產(chǎn)品是"CannonX"系列,后來，對產(chǎn)品進行了改進，增加了一個插銷（插銷的英文：Latch，其實是一個鎖定裝置），產(chǎn)品系列更名為："CannonXL"，然后又圍繞著接頭的金屬觸點，增加了橡膠封口膠（Rubbercompound），zui后人們就把這三個單詞的頭一個字母拼在一起，稱作"XLRConnector",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zui普遍的接頭，如上圖所示，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、電吉他等設(shè)備上能看到。下圖是卡儂頭在平衡式連接時，各個針腳的定義。
　　
　　下圖是R&S®UPV音頻分析儀的模擬音頻接頭XLR3。左邊是輸出接頭，右邊是輸入接頭。
　　
　　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(shù)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，所傳輸?shù)男盘柗N類不同，接頭也有所不同。在音頻設(shè)備間傳輸?shù)囊纛l信號，可大致分成兩類，平衡信號和非平衡信號。聲波轉(zhuǎn)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(xiàn)在專業(yè)音頻設(shè)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(xiàn)象便稱為共模抑制。
　　
　　實現(xiàn)平衡傳輸，需要并列的三根導線來實現(xiàn)，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?shù)膱龊鲜褂茫缂彝ヒ繇懴到y(tǒng)。這樣連接也常用于電子樂器、電吉他等設(shè)備。這里有一點要提醒讀者注意：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?shù)囊欢ㄊ瞧胶庑盘枂?？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?shù)氖莾陕凡煌男盘枺床皇瞧胶庑盘?。而平衡信號本質(zhì)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(jié)合實際電路，細心分辨。
　　
　　4.數(shù)字音頻接口
　　
　　上圖是R&S®UPV音頻分析儀前面板的數(shù)字音頻接頭，上面三個是輸出接頭，下面三個是輸入接頭。分別是BNC同軸數(shù)字接頭，OPTICAL光學接頭和XLR3卡儂頭接頭。下文會分予以介紹。
　　
　　4.1S/PDIF
　　
　　S/PDIF（Sony/PhilipsDigitalInterface，索尼和飛利浦數(shù)字接口）是由SONY公司與PHILIPS公司聯(lián)合制定的一種數(shù)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(shè)備上，能改善CD的音質(zhì)，給我們更純正的聽覺效果。該接口傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，所以不會像模擬信號那樣受到干擾而降低音頻質(zhì)量。需要注意的是，S/PDIF接口是一種標準，同軸數(shù)字接頭和光纖接口都屬于S/PDIF接口的范疇，下文將對兩種接頭分別進行介紹。
　　
　　4.1.1數(shù)字同軸接頭
　　
　　同軸音頻接頭（Coaxial），標準為SPDIF（Sony/PhilipsDigitalInterFace），是由索尼公司與飛利浦公司聯(lián)合制定的，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(shù)字音頻信號的傳輸。它的接頭分為RCA和BNC兩種。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75歐姆，在里層絕緣材料的外部是另一層環(huán)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(yōu)點是阻抗恒定，傳輸頻帶較寬，的同軸電纜頻寬可達幾百兆赫。同軸數(shù)字傳輸線標準接頭采用BNC頭，其阻抗是75C，與75C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(zhì)量。雖然同軸數(shù)字線纜的標準接頭為BNC接頭，但市面上的同軸數(shù)字線材多采用RCA接頭。
　　
　　4.1.2光纖接頭TOSLINK
　　
　　上圖便是光纖接頭。TOSLINK全名ToshibaLink。這是日本東芝（TOSHIBA）公司較早開發(fā)并制定的技術(shù)標準，它是以Toshiba+link命名的,在器材的背板上OPTICAL作標識?，F(xiàn)在幾乎所有的數(shù)字影音設(shè)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）以光脈沖的形式來傳輸數(shù)字信號，支持PCM數(shù)字音頻信號、Dolby以及DTS音頻信號。制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主。
　　
　　光纖同樣采用S/PDIF接口輸出，TOSLINK使用光纖傳送SPDIF數(shù)字音頻信號，分兩種類型，一般家用的設(shè)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(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。但是，時基誤差是影響音質(zhì)的重要因素，所以衡量數(shù)字音響設(shè)備傳輸接口性能的好壞，應以引起時基誤差的大小為標準。由于光纖連接的信號要經(jīng)過發(fā)射器和接收器的兩次轉(zhuǎn)換，會產(chǎn)生嚴重影響音質(zhì)的時基抖動誤差（Jitter），因此這類光纖接口音質(zhì)雖然較為透明，但數(shù)碼味較濃，缺乏生氣，顯得缺乏韻味。
　　
　　在市面較為常見的光纖發(fā)送器和接收器中日本品牌居多，常見的有TOSHIBA、SONY和SHARP等、它們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(shù)字輸出，而你的MD只有光纖輸入，那你就需要一個數(shù)碼接頭轉(zhuǎn)換器DFT（DigitalFormatTranslator，這是由CoreSound公司開發(fā)的，另外Audio-Technica也有出類似的產(chǎn)品），通過這種轉(zhuǎn)換器，你可將同軸SPDIF輸出轉(zhuǎn)成光纖（TOSLINK）。
　　
　　4.1.3平衡數(shù)字接頭
　　
　　上圖是常見的兩類平衡接頭TRS接頭和XLR3接頭，也可以用于數(shù)字傳輸，這和RCA接頭類似。不過這樣的用法也只有在專業(yè)領(lǐng)域比較常見，普通家用或PC聲卡上比較少見。
　　
　　4.2I2S接口
　　
　　上圖是R&S®UPV音頻分析儀后面板的I2S接口，為25針D-sub接頭。I2S（Inter-ICSoundBus）是飛利浦公司為數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標準。在飛利浦公司的I2S標準中，既規(guī)定了硬件接口規(guī)范，也規(guī)定了數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的格式。該總線專責于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應用于各種多媒體系統(tǒng)。它采用了沿獨立的導線傳輸時鐘與數(shù)據(jù)信號的設(shè)計，通過將數(shù)據(jù)和時鐘信號分離，避免了因時差誘發(fā)的失真，為用戶節(jié)省了購買抵抗音頻抖動的專業(yè)設(shè)備的費用。具體細節(jié)，讀者可自行查閱相關(guān)資料。
　　
　　4.3通用串行接口（Universalserialinterface）
　　
　　然目前大量的數(shù)字音頻應用使用雙通道的進行數(shù)據(jù)傳輸，但是發(fā)展的趨勢卻是：數(shù)字音頻的格式朝著多通道（通道數(shù)大于二）的方向發(fā)展，與此同時，許多新的數(shù)據(jù)格式正在不斷涌現(xiàn)出來。為了適應這樣的應用，R&S公司的通用串行接口選件（R&S®UPV-B42option）應運而生。R&S®UPV音頻分析儀的后面板有兩個擴展插槽，它可以被安裝在其中任意一個插槽之中。R&S公司開發(fā)的通用串行接口選件(R&S®UPV-B42option)，是一個通用的數(shù)字音頻接口。利用這個接口，可以連接任意的常見音頻芯片或電路。如下圖所示。
　　
　　接口所定義的接頭為26針，接口有四個信號線，在時分多路傳輸模式下，這四個信號線zui多容納256個音頻數(shù)據(jù)包/每幀。它支持的音頻比特深度（audiobitdepht）zui多可以達到32bit，對數(shù)據(jù)進行處理的采樣率從1kHz到400kHz。另外，支持所有常見的邏輯電平。接口詳情請查閱R&S公司的相關(guān)資料。
　　
　　4.4R&S®UPV音頻分析儀的音頻接口
　　
　　zui后，用一張圖片和一個表格，來簡單明了的總結(jié)一下R&S公司的音頻信號分析R&S®UPV的音頻接口。
　　
　　下圖概括了UPV的模擬和數(shù)字音頻接口，以及R&S®UPV如何通過接口與被測設(shè)備或者芯片進行連接。
　　
　　下表概括了針對模擬音頻和數(shù)字音頻，R&S®UPV所對應的接口、接頭，以及相應的選件：