音频基础知识.doc

. . 图 1基本音频输入输出系统框图1. 模拟音频接口1.1 3.5mm接口1.1.1 插座首先要了解前置音频插座的结构根据英特尔关于AC97前置音频接口的规，机箱的前置音频面板采用两种3.5毫米微型插座：1开关型的，2无开关型的，见以下图：开关型的2/3，4/5端是两个开关，当没有插头插入时，2/3，4/5端是连通的，当插头插入时2/3，4/5端断开无开关的就没有3，4两个开关端1.1.2 二段三段四段3.5mm插头有几种规格，最常见的是三段式的，四段式的则在消费电子中应用越来越多，另外也有二段式的，通常用于麦克风二段、三段式插头如以下图所示：二芯插头一般用于麦克，三芯插头一般用于立体声音耳机（有源音箱）现在二芯插头很少，所以麦克也用三芯插头耳机和麦克插头的接线定义如以下图：四段式插头根据我们市面上出现的不同标准的耳机插头，耳机市场才将不同的耳机接头方式划分为2个类别：N版和i版，N版耳机主要是适用于NOKIA、MOTO、OPPO、BBK等，而我们的i版耳机插头则主要适用于iphone、HTC、魅族和PC、MP3等电子数码通讯设备。

要了解清楚这个问题之前，我们先要认识我们耳机插头的结构，在市面上销售的耳机插头主要分为：2.5mm和3.5mm，又被分为单音耳机插头、立体耳机插头、四极耳机插头、五极耳机插头，主要普遍还是3.5mm见的居多，一般的3.5mm的耳机插头大多都是三段式的结构，看完以下图你就清楚了！图为普通耳机插头三段式结构N版耳机和i版耳机同样是3.5mm的标准，她们之所以适用于不用的类型，也正是因为她们的接头设计不同，N版和i版又有一个共同点，就是都采用的是4段式的耳机插针的结构，不同的是N版的耳机插头从左到右依次是左声道、右声道、麦克、地线，i版耳机从左到右依次是左声道、右声道、地线、麦克详情请看以下图：NOKIA耳机插头四段式插头结构Iphone四段式耳机插头结构1.2 RCA接口：RCA接头就是常说的莲花头每一根 RCA线缆负责传输一个声道的音频信号，所以立体声信号，需要使用一对线缆对于多声道系统，就要根据实际的声道数量配以相同数量的线缆立体声RCA音频接口，一般将右声道用红色标注，左声道则用蓝色或者白色标注RCA转3.5mm接口1.3 XLR接口卡侬头是一种更高端的音频接口，是专为电容麦等高端话筒服务的。

卡侬”是由英文CANNON音译来的，CANNON看起来和“佳能”的英文名很像，不过两者确实没什么关系卡侬头分为很多种类： 两芯、三芯、四芯、大三芯等种类，但最常见的还是三芯卡侬头三芯卡侬头分为接地端、热线（又称火线）、；冷线（又称零线），分别接到话筒上相应的位置由于接地是悬浮独立的，所以在长距离传输时不易受到外界杂波讯号的干扰，专业器材多使用平衡接口就是因为它即使长距离传输依然具有高信噪比的优点另外，平衡传输也可大幅降低共模失真如果放大系统是真正的平衡线路，当然使用平衡接线最能发挥效果，不过只使用单端接头，平衡线路还是会开足马力在工作，并不会另一半线路就休息了有相当一部分音箱和音响产品并不是真平衡线路，通常XLR接头的正负半波接端会一起进入线路板的同一个点，XLR接头在此只是好看与方便，并没有太突出的作用1.4 TRS接口：1/4 TRS平衡接口能提供平衡输入/输出TRS的含义是Tip（signal）、Ring（signal）、Sleeve（ground）分别代表了该接口的3个接触点（其实与6.22mm接口一样）1/4 TRS平衡接口除了具有和6.22mm接口一样的优点——耐磨损外，还具有平衡口拥有的高信噪比，抗干扰能力强等特点。

对于一个真正的1/4 TRS平衡接口来说，其成本将是非平衡的2倍多因此采用1/4 TRS平衡接口的设备一般是高档设备，只有在2000元以上的专业卡上才可以看到1.5 Line in/Line out/Mic in/Speaker out音频接口上一版会标注Line in/Line out/Mic in/Speaker out等名称，使用时不能混淆1.5.1 Line in与Mic inLine in是作为线路输入，输入的信号在外部设备中已经进行过放大，因此输入信号幅度相对较大Mic in是作为麦克风输入，麦克风给过来的信号通常较小，需要在部增加麦克风放大1.5.2 Line out和Headphone out/Speaker outLine out作为线路输出，一般由DAC直接输出，输出信号相对较小，接到播放设备上还要再进行信号放大由于后级会接阻抗很大的放大器，Line out一般输出阻抗较大Headphone out/Speaker out作为耳机/扬声器输出，在设备部已经进行过放大，输出信号相对较大，直接驱动耳机/扬声器上即可播放由于后级直接接阻抗很低的耳机或者扬声器，所以输出阻抗很小。

例如将耳机接到Line out上，输出信号本身较小，并且由于阻抗问题，会发现声音非常小2. 麦克风2.1 类型2.1.1 动圈式麦克风动圈话筒是由磁场中运动的导体产生电信号的话筒，是由振膜带动线圈振动，从而使在磁场中的线圈感应出电压特点：信号放大倍数小，失真小，声音还原性好，指向性好，无需直流工作电压，噪声小，结构牢固，性能稳定，但灵敏度较低，一般都在5mV以，所以拾音距离比较近，在使用时有必须近讲的限制备注：无线手持话筒虽然也需要装电池，但它的电池是给发射音频电路供电，并非给动圈音头供电）2.1.2 电容式麦克风这类话筒的振膜就是电容器的一个电极，当振膜振动，振膜和固定的后极板间的距离跟着变化，就产生了可变电容量，这个可变电容量和话筒本身所带的前置放大器一起产生了信号电压电容话筒需要供电才能工作（比如：1.5V、3V、48V幻象供电等）特点：频率特性好，在音频围幅频特性曲线平坦，这一点优于动圈话筒；无方向性；灵敏度高，噪声小，音色柔和；输出信号电平比较大，失真小，瞬态响应性能好，这是动圈话筒所达不到的优点；工作特性不够稳定，低频段灵敏度随着使用时间的增加而下降，寿命比较短，工作时需要直流电源造成使用不方便。

电容话筒中有前置放大器，当然就得有一个电源，由于体积关系，这个电源一般是放在话筒之外的除了供给电容器振膜的极化电压外，也为前置放大器的电子管或晶体管供给必要的电压我们称它为幻象电源由于有了这个前置放大器，所以电容话筒相对要灵敏一些，在使用时不可少的一些附属设备有：防震架（一般会随话筒赠送）、防风罩、防喷罩、优质的话筒架如果要进行超近距离的录音工作，一个防喷罩是不可少的电容话筒从“拾音头”上又分为驻极体式和大电容式两种大电容音头体积较大，频响宽广而有色彩，具备高分解清晰音色，一般用来组装录音、播音等参数要求较高的话筒，但它又有不耐潮湿的弱点，一般都要在比较干燥的场所使用或保存，保存时要放干燥剂驻极体式音头体积较小，音色清晰明亮，频响一般只有30～16000Hz，往往可以消减环境的高频和低频噪声，适用于人声的拾取，一般用来组装采访、领夹、会议等话筒2.2 指标2.2.1 灵敏度灵敏度代表麦克风将声音能量转换成电压后所产生的输出讯号强度，是在麦克风单位声压激励下输出电压与输入声压的比值当输入信号固定时(1kHz)，输出讯号越强，代表麦克风灵敏度越高测试麦克风的灵敏度是将1kHz的讯号在94dB的音压电平位准( SPL)下量测开路的麦克风，取得的毫伏特( millivolt )值，单位为mV / Pa。

为与电路中电平的度量一致，灵敏度也可以分贝值表示早期分贝多以单位dBm和dBV表示： 0dBm=1mW/Pa，即把1Pa输入声压下给600Ω负载带来的1mW功率输出定义为0dB； 0dBV=1V/μ bar，把在1μbar（0.1Pa）输入声压下产生的1V电压输出定义为0dB现在的分贝则以单位dBμ表示： 0dBμ=0.775V/Pa，即将1Pa输入声压下话筒0.775V（600Ω负载带来的1mW功率）电压输出定义为0dB(这样就把话筒声压-电压转换后的电平度量，统一到电路中普遍采用的0dBμ= 0.775V这一参考单位) 显然，不论灵敏度如何表示，我们都可将它转换为dBμ，前提是行输入统一到Pa这个单位例如：NEUMANN U89话筒的灵敏度是8mV/Pa，可直接由20lg[(0.008V/Pa)÷(0.775V/Pa)]得出其灵敏度约为-40dBμ再如：AKG C414话筒的灵敏度为-60dBV，由0dBV=1V/μbar=10V/Pa先求出1Pa声压下-60dBV的输出电压X：20lg[(X V/Pa)÷(10V/Pa)]=-60 得出X=0.01(V)，即它的灵敏度为10mV/Pa。

再由式20lg[(0.01V/Pa)÷(0.775V/Pa)] 可得其灵敏度约为-37dBμ注：1bar=100kPa低灵敏度话筒比高灵敏度话筒需要有更大的调音台增益但过高的增益会导致更大的噪声在为一种平静的音乐（古典吉他、弦乐四重奏）在一定距离下拾音时，可使用一支高灵敏度话筒，而不必考虑调音台的噪音当对大音量乐队或近距离拾音时，灵敏度就不那么重要了因为话筒的信号电平要比调音台的噪声级要高出许多也就是说信号噪声比很高下面列出了3种类型话筒的灵敏度指标：• 电容话筒：5.6mv/Pa(高灵敏度)• 动圈话筒：1.8mv/Pa(中灵敏度)• 带式或小型动圈话筒：1.1mv/Pa（低灵敏度）2.2.2 信噪比信噪比是原始信号和麦克风自身部噪声强度的比值，以dB为单位一般可以94dB SPL减去部噪声强度( A-weighted)来计算信噪比越高，音讯放大越干净2.2.3 等效噪声电平( Equivalent noise level)等效噪音电平又称部噪声( self noise)麦克风的部噪声在无声音讯号输入状态时可来自若干个方面： 1.供给麦克风电源的电压波动(偏置电压)引起的电子噪音 2.部材质电阻(热噪讯)， 3.外部射频发射器的干扰等。

2.2.4 频率响应频率响应又称带宽(frequency range)，是指麦克风感应声波频率的围，并将声波能量忠实的转换为电子讯号的能力麦克风承受到不同频率声音时，输出信号会随着频率的变化而发生放大或衰减一般以频率响应曲线图标之2.2.5 指向性一般分为心形、超心形、8字形、枪式、全向指向等请看图02 话筒指向示意图2.2.6 输出阻抗当一个设备的输出接到另一个设备的输入时，前面的输出阻抗和后面的输入阻抗已经串联在一起了形成一个分所谓的阻抗匹配，阻抗匹配要做的就是尽量将电压传到下一个设备，高质量的麦克风阻抗都很低，高频衰减低，可使用将近60公尺长的信号线而不至失真而且静电杂音较少、适合专业录音高阻抗麦克风容易感应日光灯或马达产生的静电杂音，且有明显的高频衰减，不适合专业始用，讯号线长度不宜超过3公尺话筒阻抗是指话筒在1kHz时的有效输出电阻阻抗在150～600Ω的话筒为低阻话筒；1000～4000Ω的话筒为中阻话筒；高于25kΩ以上的话筒为高阻话筒通常要使用的是低阻话筒这样可以用较长的话筒线而不致拾取交流声或是损失高频部分调音台的话筒输入口的输入阻抗约为1500Ω如果调音台与话筒的阻抗相等，例如都为250Ω，那么当话筒接入调音台后，将会引起“负载下降”。

负载的下降将引起电平的损失、失真或是声音变薄为了防止这种现象出现，调音台的话筒输入阻抗。