如图所示,这是我们常见的立体声使用的3.5mm[6.25mm]接口同理,它们的插头被分为三段,分别对应三根导线,它们的有标准定义,所有音频设备在使用3.5mm立体声输入输出时,都按此规范连接.如图所示,根部的一段用于连接地线,导出系统噪声.而顶部是右声道信号,接下来时左声道信号.黑色部分是绝缘环.
而另一类接口,我们声卡上常用的RCA接口,也是非平衡信号输入输出的接口.一般标准定义RCA接口分为红色和白色两根,红色为右声道、白色为左声道,插头和插座的外边为接地,中心为信号.
非平衡输出的接口显然占据了大多数音频设备的主流,至于为什么?规范就是如此被传承的.而要使用平衡接口,对于功放或音源设备来说就需要提供平衡放大的电路.而"平衡"被更多用于领域,就是因为平衡功放电路的优势所致.严格的说,谈"平衡"需要的就是它的"平衡功率放大电路".
什么是平衡输出/输入?
非平衡的定义是相对平衡而来的.平衡没有被推广在民用,和功放,成本和整体标准制定都有一定关系,没有必要纠结是为什么.而要使用平衡输入输出,并利用到它的优点,核心就是功放.由于它的输出形式不同,所以接口自然要有所不同.
从接口来看,平衡输入和输出每个声道需要提供正负两根接入信号的源[接线],至于为什么要这么做?我们在下面平衡功放工作原理中谈到.因此,我们常见的用于平衡输入输出的插头插座,大概有三种.,6.25mm的三段[三芯]插头;第二,XLR三芯卡农插头;第三,XLR四芯卡农插头.
6.25mm的三芯插头:它相对XLR来说可以省不少的体积,所以在很多音频接口上可以见到.甚至一些比较入门级的USB声卡,例如E-MU 0204USB等.6.25mm插头与3.5mm插头其实并没有什么不同,只是更粗一些.而将它用于应用的原因,恐怕有两个,,看上去就;第二,尺寸大,接触面大,插拔比3.5mm更稳固.第三,标准所致.当6.25mm的三芯插头用作平衡信号接入时,它的根部仍然定义为连接地线,而中间是信号正极,顶部为信号负极.一个插头只负责一个声道.
XLR卡农插头:相对6.25mm插头来说,XLR插头的插拔稳定性、可靠性显然要更好一些.如图所示,是四芯XLR卡农插座和三芯XLR卡农插座的示意图.图中下方黑色部分为卡农插头特有的"卡子"锁死设计.
我们常见的XLR接口,为三芯标准,它的插头和插座没有"公""母"定义.而插头或插座上都会标明1,2,3的数字.按照规范,单个平衡信号输入输出使用一个三芯的XLR卡农插头,1口为接地.根据不同规范,2和3为正负极.它与6.25mm 三芯平衡插头用法类似.
四芯XLR在平衡信号连接中如何定义?作为平衡功放的输出而言,在负载上[例如音箱,耳机]它并不需要地线构成回路,所以我们确实可以省去地线连接[如果愿意,外壳可以接地],所以就有了四芯XLR.它的方便之处在于一个接口四根连线,每声道对应两根,可以实现立体声输入输出.1234接口的定义分别为左﹢左﹣右﹢右﹣.
其实卡农接口只是一种接口的形式,它大多被用于应用,也有五芯标准的卡农接口.
为什么要用平衡输入输出?
虽然非平衡接口是我们常见的接口,而平衡接口更多应用于设备,但以上眼花缭乱的介绍估计已经让人昏头了?可是这只是表面现象,我们为什么要用平衡接口呢?严格的说,平衡接口的存在就是为了对应平衡功放的输出[三芯麦克风XLR接口作用不同],如果没有平衡功放配合,使用平衡接口理论上并没有实际意义.那么什么是平衡功放?
如图所示,这是一张平衡桥式连接输入和输出图.作为平衡式功放而言,无论它的输入信号是平衡的或是非平衡的,都可以通过电路将它分为相位相差π[180°]的两路信号.如图所示左右两侧即相位相反的一对信号[注:如果用于立体声放大这是一个声道的示意图].这两个信号理论上完全相同,只是相位极性相反.每一组放大器都是差动双端输入的方式[注意,这里是输入信号相位极性相反].
图中R负载,可以看做是音箱或者耳机.通过功放放大后,输出端的信号同样是相位极性相反,而其他性质完全一致的信号.将输出端分别连接在负载[如耳机]的正极和负极,信号极性调转过来,但在功放电路中产生的共模噪声的极性因此发生了变换.所以,在负载上[如耳机]两个信号强度得以增强一倍,而噪声因为互为反相而被抵消.
平衡式放大的输出形式,就是BTL输出形式.有很多人问BTL[Balanced Transformer Less]平衡桥式负载输出和平衡输出有什么不同?答案显而易见.BTL是指输出的电路工作形式,而我们习惯所说的"平衡输出"似乎要包括了它的输入形式、连接方式以及功放的工作方式.当然,很多时候也被片面的理解.例如,看到一个XLR接口,大家就会说这是平衡接口,而不去考虑它的功放工作方式等等.
平衡输出的优势显然必须要平衡功放才可以体现.它并不在乎系统输入信号是否平衡[当然,平衡信号输入更],而是在功放电路输入端强制将信号分成相位极性相反的平衡信号.这两组信号分别使用一套电路放大,在输出端分别连接在极性相反的负载两段,此时有用信号极性通过两次翻转,形成叠加,输出功率增大一倍.而由于功放内部的噪声只经过输出端一次相位翻转,所以在负载上耦合,共模噪声被抵消.
平衡功放的这种工作方式,也许可以算的上用"空间"换"品质".在单端非平衡功放中,我们要增加功率一般的方法就是增加功放的电压或电流.而平衡功放的方式是将输入端一分为二,增加一组放大电路,在输出端耦合叠加.在供电电压一定的情况下,平衡功放可以做到更大的输出功率.
平衡功放和耳机改线如何使用?
平衡功放功放的工作方式和优点我们已经简单介绍清楚了.那么,我们该如何使用呢?首先,传统的三芯XLR卡农接口的音箱自然不少见,如果你有配套的平衡输出音源、功放,则可以考虑.
为什么很多发烧友去改线,让耳机具有四芯XLR接口来使用呢?
从上文介绍大家应该已经明白.如果不考虑接地,平衡输出对应的接口每个声道只需要2根连线,这样3.5mm的四芯插头正好可以满足这个要求.原本3.5mm四芯插头是被用于带麦克风的立体声插头.它的定义顶部两个为左﹢右﹢,而靠根部的两个根据标准不同,一个为接地另一个为麦克风接口.而在HiFiMan的平衡接口上,它将这四芯正好定义为左﹢右﹢左﹣右﹣.所以,这样的插头是不能在其他3.5mm播放器上使用的,同理,没有这样的插头也是不能体验平衡功放的作用的,而且会因为接地线串到负相信号,而声音混乱.
而在发烧友中还有一部分将耳机的原本三芯插头改成XLR四芯插头,是怎么做的呢?又是出于什么目的呢?
改线对于一些耳机来说并不是容易的是,比如飞利浦SHP9000.我们知道,SHP9000、以及一些AKG耳机,它的输出接口是一个特别的三芯插头.这说明连接到耳机单元的线其实只有三根,如果打算让它使用平衡接口,显然是不行的.所以,这位网友在SHP9000的另一侧打了一个洞……直接把导线连接到了单元上引出.这样左右声道各两根线,实现了XLR四芯的接口配对.而森海塞尔HD650等左右声道分别入线的耳机,改装自然就方便不少.
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