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                                                                                                                                   原作者: □ 北京二三一信箱國家廣播電影電視總局572臺(tái) 王繼來 /文

在廣播電視系統(tǒng)節(jié)目采編及傳送機(jī)房的日常技術(shù)維護(hù)中，會(huì)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(hào)時(shí)使用的接口，它可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。不同的音頻應(yīng)用領(lǐng)域，往往會(huì)有不同的接口，隨著技術(shù)的進(jìn)步，接口的種類也在不斷的發(fā)展、增多。如果缺乏對(duì)音頻接口知識(shí)的基本了解，在日常的技術(shù)維護(hù)中，勢必會(huì)妨礙對(duì)于音頻傳送，音頻測試與測量的理解與應(yīng)用，本文對(duì)常用的音頻接口做較詳細(xì)的介紹。

首先，明確兩個(gè)概念的涵義及關(guān)系：接口（Interface）和連接器（通常也叫做接頭，Connector）。不同的音頻標(biāo)準(zhǔn)都需要定義各自的硬件接口標(biāo)準(zhǔn)，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?hào)頻率、強(qiáng)度，以及相應(yīng)連線的類型、數(shù)量，還包括插頭、插座的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。連接器是接口在物理上的實(shí)現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)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(shí)際應(yīng)用中，人們經(jīng)常習(xí)慣于將接口（Interface）和接頭（Connector）二者不加區(qū)分的通用，因此，本文在文字描述上也不做嚴(yán)格的區(qū)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(gè)接觸點(diǎn)。TRS插頭為圓柱體形狀，觸點(diǎn)之間，用絕緣的材料隔開。為了適應(yīng)不同的設(shè)備需求，TRS通常有三種尺寸（符號(hào)″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(jī)類便攜輕薄型產(chǎn)品上比較常見，因其接口可以做的很小；3.5mm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(shè)計(jì)的模擬接頭，常見于監(jiān)聽等專業(yè)音頻設(shè)備上，例如：節(jié)目傳輸類機(jī)房大多用此接頭來監(jiān)聽節(jié)目質(zhì)量。接下來介紹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）

3.5mm 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(jī)的耳機(jī)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(gè)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(gè)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(gè)導(dǎo)體接觸點(diǎn)。如圖4是小三芯插座的機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸，與插頭相對(duì)應(yīng)，插座也有三個(gè)觸點(diǎn)，彼此之間用絕緣材料隔開。（圖4）

根據(jù)實(shí)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(hào)用的，再比如手機(jī)上常見的4芯2.5mmTRS接頭，多出來的那個(gè)芯是用來與頭戴式耳機(jī)的麥克風(fēng)相連，用來傳送由語音信號(hào)經(jīng)麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)。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6.3mm TRS接頭，可以用來傳送非平衡的單聲道音頻信號(hào)。

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:  （圖5）

它是一種常見的音頻設(shè)備連接插頭，一般用于平衡信號(hào)的傳輸或者非平衡立體聲信號(hào)的傳輸，用作平衡信號(hào)的傳輸時(shí)，功能與卡儂頭一樣。（注：平衡信號(hào)和非平衡信號(hào)將在后文進(jìn)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(diǎn)外，還具有平衡接頭獨(dú)有的高信噪比，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)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)備一般是高檔或?qū)I(yè)音頻設(shè)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(hào)是目前最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：(Radio Corporation of America), 這個(gè)公司在20世紀(jì)40年代將這種接頭引入市場，用它來連接留聲機(jī)和揚(yáng)聲器。

每一根 RCA線纜負(fù)責(zé)傳輸一個(gè)聲道的音頻信號(hào)，所以立體聲信號(hào)，需要使用一對(duì)線纜。對(duì)于多聲道系統(tǒng)，就要根據(jù)實(shí)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(biāo)注，左聲道則用藍(lán)色或者白色標(biāo)注。

一些雙聲道專用聲卡上我們常可以見到RCA接頭，如圖8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(hào)。

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?yàn)?/span>James H. Cannon先生（Cannon Electric的創(chuàng)立者，現(xiàn)在該公司已經(jīng)被并入ITT Corporation）是卡儂頭最初的生產(chǎn)制造商。最早的產(chǎn)品是 "Cannon X" 系列， 后來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了改進(jìn)，增加了一個(gè)插銷（英文：Latch），其實(shí)是一個(gè)鎖定裝置，產(chǎn)品系列更名為： "Cannon XL"， 然后又圍繞著接頭的金屬觸點(diǎn)，增加了橡膠封口膠（Rubber compound），最后人們就把這三個(gè)單詞的頭一個(gè)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(dāng)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(dāng)牢靠。XLR接頭通常在麥克風(fēng)、電吉它等設(shè)備上常能看到。如圖10是卡儂頭在平衡式連接時(shí)，各個(gè)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(hào)的接頭，也可以做數(shù)字音頻信號(hào)的接頭。

平衡信號(hào)和非平衡信號(hào)

音頻接頭是音頻信號(hào)的載體， 所傳輸?shù)男盘?hào)種類不同，接頭也有所不同。在音頻設(shè)備間傳輸?shù)囊纛l信號(hào)，可大致分成兩類，平衡信號(hào)和非平衡信號(hào)。聲波轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后，如果直接傳送就是非平衡信號(hào)，如果把原始信號(hào)反相（相位差為180度），然后同時(shí)傳送反相的信號(hào)和原始信號(hào)，就叫做平衡信號(hào)。與之相對(duì)應(yīng)的是音頻信號(hào)的平衡傳輸與非平衡傳輸。平衡傳輸是一種應(yīng)用廣泛的音頻信號(hào)傳輸方式。它是利用相位抵消的原理將音頻信號(hào)傳輸過程中所受的其他干擾降至最低，即：平衡信號(hào)送入差動(dòng)放大器，原信號(hào)和反相位信號(hào)相減，得到加強(qiáng)的原始信號(hào)，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(hào)，因此抗干擾能力更強(qiáng)。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(yuǎn)的場合。這種在平衡式信號(hào)線中抑制兩極導(dǎo)線中所共同有的噪聲的現(xiàn)象便稱為共模抑制。實(shí)現(xiàn)平衡傳輸，需要并列的三根導(dǎo)線來實(shí)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(gè)腳位，如圖11卡儂頭，大三芯接頭。

 非平衡傳輸只有兩個(gè)端子，即：信號(hào)端與接地端。對(duì)于這種單相信號(hào)，為防止共模干擾使用同軸電纜，外皮是地，中間的芯是信號(hào)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(hào)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(diǎn)要提醒大家注意：平衡信號(hào)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?hào)嗎？答案是否定的。比如，當(dāng)大三芯TRS接頭用來傳輸立體聲信號(hào)的時(shí)候，Tip腳傳輸左聲道信號(hào)，Ring腳傳輸右聲道信號(hào)，Sleeve腳接地，那么它此時(shí)傳輸?shù)氖莾陕凡煌男盘?hào)，即不是平衡信號(hào)。而平衡信號(hào)本質(zhì)上是一路信號(hào)，只不過將其反相后，兩路同時(shí)傳輸而已。鑒于此，讀者在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)結(jié)合實(shí)際電路，細(xì)心分辨。

數(shù)字音頻接口

數(shù)字接口的優(yōu)勢在于它在傳輸中有較強(qiáng)的抗干擾能力，即便出現(xiàn)誤碼，一些編碼方式也能夠?qū)ζ溥M(jìn)行修正，因此信號(hào)的可靠性對(duì)比模擬信號(hào)有著不可比擬的優(yōu)勢。目前在數(shù)字音頻應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)字音頻接口數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)有很多，以下是一些主要標(biāo)準(zhǔn)的簡單介紹。

 AES/EBU是美國和歐洲錄音師協(xié)會(huì)制定的一種高級(jí)的專業(yè)數(shù)字音頻數(shù)據(jù)格式，插口硬件主要為卡儂頭，目前用于一些高級(jí)專業(yè)器材，如專業(yè)DAT、頂級(jí)采樣器、大型數(shù)字調(diào)音臺(tái)、專業(yè)音頻工作站等。

 S/PDIF是Sony和飛利浦公司制定的一種音頻數(shù)據(jù)格式，主要用于民用和普通專業(yè)領(lǐng)域，插口硬件使用的是光纜口或同軸口，現(xiàn)在的DAT、CD機(jī)和MD機(jī)和計(jì)算機(jī)聲卡音頻數(shù)字輸入輸出口都普遍使用S/PDIF格式。

ADAT（又稱Alesis多信道光學(xué)數(shù)字接口）是美國Alesis公司開發(fā)的一種數(shù)字音頻信號(hào)格式，因?yàn)樽钤缬糜谠摴镜?/span>ADAT八軌機(jī)，所以就稱為ADAT格式，該格式使用一條光纜傳送八個(gè)聲道的數(shù)字音頻信號(hào)，由于連接方便、穩(wěn)定可靠，現(xiàn)在已經(jīng)成為了一種事實(shí)上的多聲道數(shù)字音頻信號(hào)格式，越來越廣泛地使用在各種數(shù)字音頻設(shè)備上，目前許多公司的多聲道數(shù)字音頻接口，像Frontier公司的一系列產(chǎn)品，使用的都是ADAT口。

TDIF是日本Tascam公司開發(fā)的一種多聲道數(shù)字音頻格式，使用25針類似于計(jì)算機(jī)串行線的線纜來傳送八個(gè)聲道的數(shù)字信號(hào)。TDIF的命運(yùn)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(jīng)越來越少地被各種數(shù)字設(shè)備所采用。

R-BUS是Roland公司新推出的一種八聲道數(shù)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(shù)字音頻信號(hào)，但它有兩個(gè)新增的功能。第一，R-BUS端口也可供電，這樣當(dāng)你將一些小型器材連接在其上使用時(shí)，這些器材可以不用插電。第二，除數(shù)字音頻信號(hào)外，R-BUS還可以同時(shí)傳送運(yùn)行控制和同步信號(hào)。這樣，當(dāng)兩件設(shè)備以R-BUS口連接時(shí)，在一臺(tái)設(shè)備上就可以控制另一臺(tái)設(shè)備。比如你將Roland公司最新的VSR-880多軌機(jī)通過R-BUS連在Roland的VM系列調(diào)音臺(tái)上時(shí)，你就可以在VM調(diào)音臺(tái)上直接控制多軌機(jī)的運(yùn)行。

1. AES/EBU標(biāo)準(zhǔn)

AES/EBU的全稱是Audio Engineering Society/European Broadcast Union（音頻工程師協(xié)會(huì)/歐洲廣播聯(lián)盟），現(xiàn)已成為專業(yè)數(shù)字音頻較為流行的標(biāo)準(zhǔn)。大量民用產(chǎn)品和專業(yè)音頻數(shù)字設(shè)備如CD機(jī)、DAT、MD機(jī)、數(shù)字調(diào)音臺(tái)、數(shù)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(duì)來傳輸數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的串行位傳輸協(xié)議。它無須均衡即可在長達(dá)100m的距離上傳輸數(shù)據(jù)，如果均衡，可以傳輸更遠(yuǎn)距離。它提供兩個(gè)信道的音頻數(shù)據(jù)（最高24比特量化），信道是自動(dòng)計(jì)時(shí)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(shí)鐘信息是由傳輸端控制，來自AES/EBU的位流。它的三個(gè)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的普通物理連接媒質(zhì)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(shù)為阻抗110Ω，電平范圍0.2V～5Vpp，抖動(dòng)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(xué)連接，使用光纖連接器。

2. S/PDIF標(biāo)準(zhǔn)

  S/PDIF的全稱是Sony/Philips Digital Interface Format，由于被廣泛采用，它成為事實(shí)上的民用數(shù)字音頻格式標(biāo)準(zhǔn)，大量的消費(fèi)類音頻數(shù)字產(chǎn)品如民用CD機(jī)、DAT、MD機(jī)、計(jì)算機(jī)聲卡數(shù)字口等都支持S/PDIF，在不少專業(yè)設(shè)備上也有該標(biāo)準(zhǔn)的接口。S/PDIF格式和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?yàn)樵陔姎饧夹g(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(shí)可能產(chǎn)生無法預(yù)知的后果。  

 S/PDIF的普通物理連接媒質(zhì)主要是采用捆緊式/光學(xué)波導(dǎo)連接設(shè)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(nèi)；還可選用光學(xué)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(biāo)準(zhǔn)的輸出電平是0.5Vpp(發(fā)送器負(fù)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(gè)錯(cuò)誤的做法， 正確的做法是用BNC作同軸輸出， 因?yàn)?/span>BNC頭的阻抗是75Ω, 剛好適合S/PDIF的格式標(biāo)準(zhǔn)， 但由于歷史的原因， 在一般的家用機(jī)上用的是RCA作同軸輸出。

3. 同軸數(shù)字接頭

（圖12）中左邊為RCA同軸數(shù)字插頭，右邊為BNC同軸數(shù)字插頭。同軸線纜有兩個(gè)同心導(dǎo)體，導(dǎo)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(dǎo)體，阻抗為75Ω，在里層絕緣材料的外部是另一層環(huán)形導(dǎo)體及其絕緣體，整個(gè)電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護(hù)套包住。其優(yōu)點(diǎn)是阻抗恒定，傳輸頻帶較寬，優(yōu)質(zhì)的同軸電纜頻寬可達(dá)幾百兆赫。同軸數(shù)字傳輸線標(biāo)準(zhǔn)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(hào)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(biāo)準(zhǔn)接頭為BNC接頭，但市面上的同軸數(shù)字線材多采用RCA接頭。