【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定

By 布蘭特大叔 - 星期五, 6月 26, 2020

Headphone and microphone jack 耳機、麥克風輸入輸出的音訊接頭


手邊的數位裝置越多,要認識的音訊接頭就更多更複雜,不管是耳機、麥克風、數位樂器、混音器、線上直播器材等,都有廠商設定的接頭規格。這次特別介紹市面上各種音訊接頭,讓你以後輸出、輸入應用不再搞亂。

在分類音訊接頭之前,要先知道音訊傳遞區分為「數位」、「類比」兩種,它們都是透過『電壓差異』來呈現聲音。最大的差異在於類比傳遞的「波形訊號」比較容易受干擾而變異,而數位傳遞的「階級訊號」會比較穩定,我們可以從下圖看得出端倪。(但數位訊號也會受干擾而失真的)

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 類比訊號容易受到干擾變異,數位訊號則相對穩定
 類比訊號容易受到干擾變異,數位訊號則相對穩定


音訊接頭規格 - 類比

由於類比音訊應用的歷史較為悠久,所以規格和種類上會相對豐富,但基本都會有傳導 (不同聲道)、接地 (消除雜訊) 的功能。考量要有比較遠的傳輸距離,還會另外加入平衡的設計,於是線材就會區分為「平衡」(Balanced) 和「非平衡」(Unbalanced) 兩種。

常見的麥克風、耳機會捨去這個功能,讓線材和接頭的體積縮小,製造成本也可以節約。沒有平衡設計的產品通常在線材會限縮在 1.8m 以內,保持最佳的音質表現。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 沒有平衡設計的產品,要避免過長距離應用
▲ 沒有平衡設計的產品,要避免過長距離應用

在介紹所有類比接頭前,一定要先知道 TRS (Tip-Ring-Sleeve) 這個縮寫,T 是 Tip 尖端、R 是 Ring 環、S 是 Sleeve 袖套。類比接頭共有 3 種傳輸設計,分別為:TS (單聲道 + 接地)、TRS (左聲道 + 右聲道 + 接地)、TRRS (左聲道 + 右聲道 + 麥克風 + 接地)

最上方通常是左聲道,最下方則是接地,現在 TS 單聲道設計比較少使用,TRRS 則是在接地前多了一段麥克風收音,也因為智慧型手機需求成為目前主流。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - TRS 是類比接頭最主要的設計核心
▲ TRS 是類比接頭最主要的設計核心

一般來說,耳機、麥克風的音訊接頭依照接頭的尺寸,概略區分為 2.5mm、3.5mm、4.4mm、6.3mm,搭配不同的 TRS 設計又會有以下這些組合:

2.5mm TRRS 規格:

2.5mm TRRS 早期曾配備在一些行動電話或隨身聽上,提供聽音樂和講電話,接近現在 3.5mm TRRS 的使用,但後期轉為應用在小型裝置供電。(現在不太容易看到它的存在)

2.5mm TRRS 雖然能見度比較低,但因為多環的結構,讓它可以作為平衡輸出設計之用。於是也應用在某些強調音質的高端播放器、耳機上,這樣可以提供更充足的增益輸出,並降低電流帶來的雜訊。

附註:由於接頭直徑比較窄,插拔要小心一點,筆者見識過接頭斷在裝置內的囧事。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 2.5mm TRRS 現在幾乎只應用在高端的播放器及耳機上
▲ 2.5mm TRRS 現在幾乎只應用在高端的播放器及耳機上

3.5mm TRS 規格:

最常見的音訊接頭,廣泛應用在麥克風、耳機。不過,因為本身不具有平衡的設計,所以要盡量控制使用距離,避免造成傳遞電壓時的損耗及雜訊。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 3.5mm TRS 是最常見音訊接頭
▲ 3.5mm TRS 是最常見音訊接頭

3.5mm TRRS 規格:

3.5mm TRRS 總共區分為 4 段,從上到下分別是左聲道、右聲道、麥克風、和接地,目前多應用在智慧型手機相關的產品,很多麥克風廠商也都有為它指向麥克風、領夾式麥克風。因為有不錯的收音對應產品,讓越來越多 YouTuber 會考慮用手機創作。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 3.5mm TRRS 麥克風讓手機更適合影像創作
▲ 3.5mm TRRS 麥克風讓手機更適合影像創作

要特別注意的是 TRRS 和 TRS 兩個規格並不相容,如果 3.5mm TRRS 麥克風想用在一些攝影機、相機上,記得要買 TRRS to TRS 的轉接頭或轉接線,這樣才能順利使用。(反之也是喔!)

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - TRRS 和 TRS 要透過轉接頭或轉接線才能交換使用
▲ TRRS 和 TRS 要透過轉接頭或轉接線才能交換使用

4.4mm TRRRS 規格:

RC-8141C 是 2016 年由日本電子信息技術產業協會 (JEITA) 所制定標準,讓 4.4mm TRRRS 這個規格,除了擁有左右聲道正負極 (也就是平衡設計),額外的接地設計也可作為擴充之用。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 4.4mm TRRRS 是目前技術最先進的規格之一
▲ 4.4mm TRRRS 是目前技術最先進的規格之一

另外,它也解決了前面介紹到 2.5mm TRRS 會有斷裂的風險,不過這個規格類似 2.5mm TRRS 的功能性,都是對應到高階的 Hi-End 耳機發燒友。目前業界最早且最多採用的品牌是 Sony,陸續推出的 Sony Signature 系列是這個規格的焦點,不過 4.4mm TRRRS 的未來還是要持續觀察。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - Sony Signature 系列是 4.4mm TRRRS 的焦點
▲ Sony Signature 系列是 4.4mm TRRRS 的焦點

6.3mm TRS & TS 規格:

6.3mm 也是很經典的音訊接頭,TRS 立體聲的設定常應用在大型的耳機上面,也有特殊的耳機設計是採用兩條 TRS 來達到平衡傳輸之用。TS 單聲道的設定常見於電子樂器、合成器等,在一些 PA 的混音器音源輸出、輸入端也會用到 6.3mm 的接頭。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 6.3mm TRS 的設計常應用於大型耳機上
▲ 6.3mm TRS 的設計常應用於大型耳機上

6.3mm TRS 接頭有時候也會作為單聲道 XLR 之用,所以我們會看到像下圖這樣的線材,TRS 接頭的部分,它是將左右聲道轉換成擁有熱線、冷線輸出的用途。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 6.3mm TRS 接頭有時候也會作為單聲道 XLR 之用
▲ 6.3mm TRS 接頭有時候也會作為單聲道 XLR 之用

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 左右聲道轉換成擁有熱線、冷線的單聲道
▲ 左右聲道轉換成擁有熱線、冷線的單聲道

XLR 規格:

講到這邊,必須補充一下前面一直有提到「平衡傳輸」,為什麼它聽起來這麼厲害?

在非平衡的線材中,單一聲道只會利用一條導線來傳輸。雖然本身有地線的設計可以隔絕一些干擾,但傳輸線受到雜訊影響後,聲音品質就會下降。好處是結構簡單、節省成本,壞處就是距離變長後,雜訊累績就會明顯變多。所以非平衡線材不能太長,使用長度要盡量控制 7.5 公尺 (25 英呎) 之內,來達到合理的傳輸品質。

至於平衡線材,單一聲道會利用兩條導線來傳輸,一條是熱線 (Hot Wire)、一條是冷線 (Cold Wire)。兩條導線的相位會剛好相差 180 度,傳輸過程中一樣會受到雜訊影響,但是雜訊會出現在相同的位置。

接著,透過一種稱為「共模抑制」(Common Mode Rejection) 的方法,依循相同的雜訊位置將雜訊給過濾出來,還原出乾淨的音訊。藉著優異的雜訊抑制,讓平衡線材即使拉長傳輸距離,也不至於降低太多聲音品質。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - 平衡傳輸可以有效抑制雜訊,並延長傳輸距離
▲ 平衡傳輸可以有效抑制雜訊,並延長傳輸距離

在專業的錄音室、舞台 PA 系統,平衡線材都使用 XLR 接頭,通常會用 3 Pin XLR 來區分每個音軌。如果需要立體聲,就會以兩條 3 Pin XLR 線材來表現。

另外有一種 4 Pin XLR 會出現在大型耳機或耳擴上,也是一款平衡接頭。左右聲道的正負完全分開,但共用接地,依然能夠達到平衡傳輸。(類似前面提到的 4.4mm TRRRS)

XLR 接頭的形式最常用的就是 3 Pin 和 4 Pin,但還有許多其他形式,有時候甚至會作為燈光控制使用,不僅限於音訊傳輸。如果有興趣做更深入瞭解,可以參考 這裡 的說明。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - XLR 是很重要的平衡接頭,另外也有很多元的用途
▲ XLR 是很重要的平衡接頭,另外也有很多元的用途


音訊接頭規格 - 數位

自從智慧型手機普及後,就多了些有趣的數位接頭,不過相信類比接頭未來一樣會存在,只是在應用上會朝不同方向前進:

Lightning 規格:

自從 iPhone 7 機型移除了 3.5mm 耳機孔,許多週邊像耳機、麥克風都改走 Lightning 接口。某個程度上算是一種便利度的限制,不僅 Lightning 產品無法應用在其他地方,另外授權費也間接提高了產品成本。

不過,Lightning 規格的耳機能將 DAC 晶片置於耳機內,所以耳機廠商可以藉此強化耳機實力,另外 Lightning 規格的麥克風,也可以讓輕型的指向型麥克風省去傳輸線。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - Lightning 規格有限制,但也有使用的想像空間
▲ Lightning 規格有限制,但也有使用的想像空間

USB-C 規格:

比 Lightning 略晚發表的 USB-C 規格,在這幾年手機商、裝置商努力之下,擺脫 Micro USB 成為了新世代的主流接口。被賦予多樣技能的 USB-C,不僅有正反通用、高瓦數供電、高速傳遞資料,最重要的是視訊、音訊傳遞也是一把罩。

對比 Lightning 規格,USB-C 能相容的產品相對豐富,會成為未來 5-8 年最重要的接頭是毫無疑問,不過最終有多少音訊產品就值得認真關切了。

【攝影知識】搞懂各種音訊接頭,耳機、麥克風輸入輸出全搞定 - USB-C 也會是未來重點的音訊接頭之一
▲ USB-C 也會是未來重點的音訊接頭之一

總結

我們這次主要是針對耳機、麥克風會應用到的規格來介紹,讓喜歡攝影的朋友可以更清楚這些「音訊接頭」,選購適合自己產品的時候,比較不會一頭霧水了。

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