在音頻設(shè)備中,什么是平衡輸出/輸入,什么是非平衡輸出/輸入?恐怕這樣的概念對于大多數(shù)用戶來說根本沒接觸過.雖然我們也經(jīng)常在測評中看到一些設(shè)備具有這樣的功能.例如我們使用的測試平臺E-MU 1616m音頻接口,E-MU PM5音箱等等,但我們平時也確實沒有用過平衡接口,畢竟我們的文章要為普通用戶服務(wù).
不難看出,這個概念往往更多出現(xiàn)在專業(yè)監(jiān)聽設(shè)備上.而從信號平衡輸入、平衡功率放大再到平衡輸出,到底會帶來怎樣的優(yōu)點?對于一些高端發(fā)燒設(shè)備來說,它到底有沒有用?又如何用在耳機和耳放上呢?
什么是非平衡輸出/輸入?
我們平時為什么用不到平衡輸出,而是非平衡輸出呢?似乎沒有為什么可講.對于一個立體聲音頻系統(tǒng)來說,按標準,它的左右聲道各有兩根線構(gòu)成信號回路.一根負責傳輸信號,另一根接地導出噪聲.而對于耳機這樣的設(shè)備來說,它們地線還可以合二為一,兩個聲道使用一根地線.因為3.5mm插頭就是這么定義,沒得道理可講?所以我們平時見到的絕大多數(shù)都是非平衡的輸入輸出.
如圖所示,這是我們最常見的立體聲使用的3.5mm[6.25mm]接口同理,它們的插頭被分為三段,分別對應(yīng)三根導線,它們的有標準定義,所有音頻設(shè)備在使用3.5mm立體聲輸入輸出時,都按此規(guī)范連接.如圖所示,最根部的一段用于連接地線,導出系統(tǒng)噪聲.而最頂部是右聲道信號,接下來時左聲道信號.黑色部分是絕緣環(huán).
而另一類接口,我們聲卡上常用的RCA接口,也是非平衡信號輸入輸出的接口.一般標準定義RCA接口分為紅色和白色兩根,紅色為右聲道、白色為左聲道,插頭和插座的外邊為接地,中心為信號.
非平衡輸出的接口顯然占據(jù)了大多數(shù)音頻設(shè)備的絕對主流,至于為什么?規(guī)范就是如此被傳承的.而要使用平衡接口,對于功放或音源設(shè)備來說就需要提供平衡放大的電路.而"平衡"被更多用于專業(yè)領(lǐng)域,就是因為平衡功放電路的優(yōu)勢所致.嚴格的說,談"平衡"需要的就是它的"平衡功率放大電路".
什么是平衡輸出/輸入?
非平衡的定義是相對平衡而來的.平衡沒有被推廣在民用,和功放,成本和整體標準制定都有一定關(guān)系,沒有必要糾結(jié)是為什么.而要使用平衡輸入輸出,并利用到它的優(yōu)點,核心就是功放.由于它的輸出形式不同,所以接口自然要有所不同.
從接口來看,平衡輸入和輸出每個聲道需要提供正負兩根接入信號的源[接線],至于為什么要這么做?我們在下面平衡功放工作原理中談到.因此,我們最常見的用于平衡輸入輸出的插頭插座,大概有三種.第一,6.25mm的三段[三芯]插頭;第二,XLR三芯卡農(nóng)插頭;第三,XLR四芯卡農(nóng)插頭.
6.25mm的三芯插頭:它相對XLR來說可以省不少的體積,所以在很多音頻接口上可以見到.甚至一些比較入門級的USB聲卡,例如E-MU 0204USB等.6.25mm插頭與3.5mm插頭其實并沒有什么不同,只是更粗一些.而將它用于專業(yè)應(yīng)用的原因,恐怕有兩個,第一,看上去就專業(yè);第二,尺寸大,接觸面大,插拔比3.5mm更穩(wěn)固.第三,標準所致.當6.25mm的三芯插頭用作平衡信號接入時,它的根部仍然定義為連接地線,而中間是信號正極,頂部為信號負極.一個插頭只負責一個聲道.
XLR卡農(nóng)插頭:相對6.25mm插頭來說,XLR插頭的插拔穩(wěn)定性、可靠性顯然要更好一些.如圖所示,是四芯XLR卡農(nóng)插座和三芯XLR卡農(nóng)插座的示意圖.圖中下方黑色部分為卡農(nóng)插頭特有的"卡子"鎖死設(shè)計.
我們常見的XLR接口,為三芯標準,它的插頭和插座沒有"公""母"絕對定義.而插頭或插座上都會標明1,2,3的數(shù)字.按照規(guī)范,單個平衡信號輸入輸出使用一個三芯的XLR卡農(nóng)插頭,1口為接地.根據(jù)不同規(guī)范,2和3為正負極.它與6.25mm 三芯平衡插頭用法類似.
四芯XLR在平衡信號連接中如何定義?作為平衡功放的輸出而言,在負載上[例如音箱,耳機]它并不需要地線構(gòu)成回路,所以我們確實可以省去地線連接[如果愿意,外殼可以接地],所以就有了四芯XLR.它的方便之處在于一個接口四根連線,每聲道對應(yīng)兩根,可以實現(xiàn)立體聲輸入輸出.1234接口的定義分別為左﹢左﹣右﹢右﹣.
其實卡農(nóng)接口只是一種接口的形式,它大多被用于專業(yè)應(yīng)用,也有五芯標準的卡農(nóng)接口.
為什么要用平衡輸入輸出?
雖然非平衡接口是我們最常見的接口,而平衡接口更多應(yīng)用于專業(yè)設(shè)備,但以上眼花繚亂的介紹估計已經(jīng)讓人昏頭了?可是這只是表面現(xiàn)象,我們?yōu)槭裁匆闷胶饨涌谀?嚴格的說,平衡接口的存在就是為了對應(yīng)平衡功放的輸出[三芯麥克風XLR接口作用不同],如果沒有平衡功放配合,使用平衡接口理論上并沒有實際意義.那么什么是平衡功放?
如圖所示,這是一張平衡橋式連接輸入和輸出圖.作為平衡式功放而言,無論它的輸入信號是平衡的或是非平衡的,都可以通過電路將它分為相位相差π[180°]的兩路信號.如圖所示左右兩側(cè)即相位相反的一對信號[注:如果用于立體聲放大這是一個聲道的示意圖].這兩個信號理論上完全相同,只是相位極性相反.每一組放大器都是差動雙端輸入的方式[注意,這里是輸入信號相位極性相反].
圖中R負載,可以看做是音箱或者耳機.通過功放放大后,輸出端的信號同樣是相位極性相反,而其他性質(zhì)完全一致的信號.將輸出端分別連接在負載[如耳機]的正極和負極,信號極性調(diào)轉(zhuǎn)過來,但在功放電路中產(chǎn)生的共模噪聲的極性因此發(fā)生了變換.所以,在負載上[如耳機]兩個信號強度得以增強一倍,而噪聲因為互為反相而被抵消.
平衡式放大的輸出形式,就是BTL輸出形式.有很多人問BTL[Balanced Transformer Less]平衡橋式負載輸出和平衡輸出有什么不同?答案顯而易見.BTL是指輸出的電路工作形式,而我們習慣所說的"平衡輸出"似乎要包括了它的輸入形式、連接方式以及功放的工作方式.當然,很多時候也被片面的理解.例如,看到一個XLR接口,大家就會說這是平衡接口,而不去考慮它的功放工作方式等等.
平衡輸出的優(yōu)勢顯然必須要平衡功放才可以體現(xiàn).它并不在乎系統(tǒng)輸入信號是否平衡[當然,平衡信號輸入更精確],而是在功放電路輸入端強制將信號分成相位極性相反的平衡信號.這兩組信號分別使用一套電路放大,在輸出端分別連接在極性相反的負載兩段,此時有用信號極性通過兩次翻轉(zhuǎn),形成疊加,輸出功率增大一倍.而由于功放內(nèi)部的噪聲只經(jīng)過輸出端一次相位翻轉(zhuǎn),所以在負載上耦合,共模噪聲被抵消.
平衡功放的這種工作方式,也許可以算的上用"空間"換"品質(zhì)".在單端非平衡功放中,我們要增加功率一般的方法就是增加功放的電壓或電流.而平衡功放的方式是將輸入端一分為二,增加一組放大電路,最后在輸出端耦合疊加.在供電電壓一定的情況下,平衡功放可以做到更大的輸出功率.
平衡功放和耳機改線如何使用?
平衡功放功放的工作方式和優(yōu)點我們已經(jīng)簡單介紹清楚了.那么,我們該如何使用呢?首先,傳統(tǒng)的三芯XLR卡農(nóng)接口的音箱自然不少見,如果你有配套的平衡輸出音源、功放,則可以考慮.
為什么很多發(fā)燒友去改線,讓耳機具有四芯XLR接口來使用呢?
從上文介紹大家應(yīng)該已經(jīng)明白.如果不考慮接地,平衡輸出對應(yīng)的接口每個聲道只需要2根連線,這樣3.5mm的四芯插頭正好可以滿足這個要求.原本3.5mm四芯插頭是被用于帶麥克風的立體聲插頭.它的定義頂部兩個為左﹢右﹢,而靠根部的兩個根據(jù)標準不同,一個為接地另一個為麥克風接口.而在HiFiMan的平衡接口上,它將這四芯正好定義為左﹢右﹢左﹣右﹣.所以,這樣的插頭是不能在其他3.5mm播放器上使用的,同理,沒有這樣的插頭也是不能體驗平衡功放的作用的,而且會因為接地線串到負相信號,而聲音混亂.
而在發(fā)燒友中還有一部分將耳機的原本三芯插頭改成XLR四芯插頭,是怎么做的呢?又是出于什么目的呢? 
改線對于一些耳機來說并不是容易的是,比如飛利浦SHP9000.我們知道,SHP9000、以及一些AKG耳機,它的輸出接口是一個特別的三芯插頭.這說明連接到耳機單元的線其實只有三根,如果打算讓它使用平衡接口,顯然是不行的.所以,這位網(wǎng)友在SHP9000的另一側(cè)打了一個洞……直接把導線連接到了單元上引出.這樣左右聲道各兩根線,實現(xiàn)了XLR四芯的接口配對.而森海塞爾HD650等左右聲道分別入線的耳機,改裝自然就方便不少.
很多網(wǎng)友認為,左右聲道各一條地線分離要比輸入耳機時左右聲道共用地線的聲音更好.從我們目前試用結(jié)果來看,似乎是對平衡輸入輸出的一個誤解.如果沒有平衡功放配合,XLR四芯輸入似乎沒有什么太大必要.
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