本帖最后由 Jimmy.Qu 于 2021-4-13 00:46 编辑
在很久之前的一篇介绍音频线路、插接件的帖子中，我提到“平衡连接方式会在后面细说”，没想到这一“后面”，就过去了八年。近几年由于工作繁忙，疏于参与论坛交流，实在愧对版主头衔。最近翻看论坛，发现很多朋友对于“平衡与非平衡”、“卡农、大三芯与大两芯”等问题还存在疑惑，于是借着最近码字比较多的惯性，以此文向各位朋友谈一下我对于平衡、非平衡的理解。
同样需要声明的是，本文针对的是对电子琴、现场扩声、电脑录音等领域刚入门的新朋友，为了方便大家理解，我在文中的某些说法是较为形象但是片面的，不适合大家当作定义来记忆。这里还请各位朋友多多包涵。
可能有朋友知道，平时我们的电子琴、MP3、CD机，输出的都是“单端信号”。在上一篇帖子里我告诉大家，传输1路单端信号需要1根信号线+1根地线（地线可以共用），所以我们可以推算出：
一个单声道信号包含1路单端信号，需要1根信号线+1根地线（如电子琴的单声道输出），常见的插接件就是大两芯插头和莲花插头。这种插头都是分为两截，一截传输信号，一截是地线；
一个立体声信号包含2路单端信号，需要2根信号线+1根地线（如我们常见的耳机），常见的插接件就是大、小三芯插头。这种插头都是三截，一截传输信号1（左声道），一截传输信号2（右声道），一截是地线。
再多一点？有没有传输3路单端信号的情况？大家可以翻箱倒柜一下，找出一个四五年前的手机耳机，这里就包含了3路单端信号，即耳机的左声道、右声道和麦克风声道（麦克风一般都是单声道）。因此，它需要3根信号线+1根地线，看一下这个手机耳机的插头是不是有4截？没错，这4截分别传输的就是耳机的左声道、右声道、麦克风声道和地线！
回顾以上说的这些，我们看到，每一路信号，只用了1根信号线进行传输，所以它们都是“单端信号”。单端信号在传输的过程中，只有这1路信号在孤零零地往前跑，没有跟它“手牵手”并行的另外一路信号。所以，我们叫它“非平衡传输”。
话说有一天，键盘中国论坛高大、威猛、帅气的“我爱61键”版主，受邀前往一个华丽的巨型舞台演出。由于舞台实在太大，“我爱61键”版主不得不祭出他珍藏在器材箱底部的“超级大杀器”——两根长达15m的大两芯连接线。费了好大力气，用这两根线把他心爱的Roland RD800电钢琴接到了离舞台很远的调音台上。当他信心满满地推上推子之后，却发现音箱里传来了滋滋的电流声。这是为什么呢？（以上故事，纯属虚构，如有雷同，定是巧合）
原因便是出在这两根超长的大两芯连接线上。众所周知，我们所处的环境中，有很多能发出电磁波的设备，而这两根超长的连接线就像天线一样，把电磁波通通“接收”了下来，叠加在线中传输的音频信号上，这就产生了干扰。结果就是音箱发出了滋滋的电流声。
那么有没有什么办法能够解决这个问题呢？当然有，这就是本文要提到的主要内容——平衡传输。
要想理解平衡传输，我们就要先理解“反相”。想必大家的数学老师都教过正弦曲线。如果我们有两个正弦曲线，它们的频率、振幅都完全相同，但是相位相差180°，也就是说，当一条曲线刚好到达最高点时，另一条曲线恰好在最低点，那么，这两条曲线就是“反相”的，画在图上，就是两条关于X轴对称的曲线。如果我们把这两条曲线叠加在一起，它们就会互相抵消，最终的结果就是永远为0。
听起来“反相”是个很讨厌的东西，它把原来有的信号都变没了！但是，如果我们合理地利用它，它却能带给我们很多便利。最常见的用途，就是我们都曾经接触过的“消音伴奏”（这里不展开了），而现在，它就能为我们避免信号传输中的干扰助一臂之力。
既然“反相”可以让两个信号相互抵消，那我们在信号的接收端，把信号复制一份再把它反相，这样一来，我们就得到了一份包含“正相”干扰的信号和一份包含“反相”干扰的信号，把他们一叠加，干扰不就被消除掉了吗？
一点不错，这样一来，干扰信号就被消除的干干净净。但是等等，别忘了，当你在做“反相”操作的时候，原本正常传输的音频信号，也被“反相”了，这样当两个信号一叠加，原本的音频信号也抵消了呀。
既然如此，那我们干脆在音频信号发出的时候，就把它复制一份并反相，让这两个信号“手拉手”同时传输过去。假设我们有一根红线和一根蓝线，那么此时，红线传输的是“正相”的音频信号，蓝线传输的是“反相”的音频信号。
在传输的过程中，如果受到了干扰，那这个干扰信号会同步叠加在这两个信号之上。此时，红线传输的是“正相”的音频信号+“正相”的干扰信号，蓝线传输的是“反相”的音频信号+“正相”的干扰信号。
到了接收端，我们再把蓝线传输的信号反相一次。这样一来，就变成了红线传输的是“正相”的音频信号+“正相”的干扰信号，而蓝线变成了“正相”的音频信号+“反相”的干扰信号。
最后我们再把红、蓝线上的信号叠加，这时，音频信号没有被消除，反而增大了一倍，但干扰信号却因为相互反相，而被抵消啦。就是这么简单。（这里必须插一句，其实接收端最后的处理方式是“差分放大”，而不是“反相后再叠加”，但你这么理解就行）
由上面的解释可以看到，平衡传输需要同时传送两路相位相反的信号，因此，我们需要2根信号线+1根地线=3根线来传输1路平衡信号。常见的插接件中有哪些可以接3根线呢？没错，就是常见的XLR（俗称“卡农”）插头和6.35mm TRS（俗称“大三芯”）插头啦。
以卡农口为例，为了方便，人们做了如下定义：卡农的1号针脚是地线；2号针脚称为“热端”（标记为“Hot”，或“+”），传输“正相”的音频信号；3号针脚称为“冷端”（标记为“Cold”，或“-”），传输“反相”的音频信号。大三芯插头则是最上面的第一截（也叫Tip，表示“尖”）为“热端”，中间的第二截（也叫Ring，表示“环”）为“冷端”，最下面也是最长的第三截（也叫Sleeve，表示“套筒”）为地线。
（这里多插一句嘴，Tip、Ring、Sleeve形象地表示了大三芯插头三截的样子，如果我们取首字母连起来，就是TRS，即大三芯插头的学名。举一反三，那么大两芯插头叫什么呢？没错，因为大两芯插头没有中间的那一截Ring，所以大两芯插头的学名就是TS插头。那么手机耳机上的四截的插头叫什么呢？大胆点，因为它有两个Ring，所以它就叫TRRS插头。现在知道你电子琴说明书上的这些术语怎么来的了吧。）
咳咳，一下子跑题了，让我们回到“我爱61键”版主的巨型华丽舞台。由于帅气多金的版主使用的Roland RD800电钢琴是一台高端舞台电钢，具有XLR平衡输出接口，于是版主又翻箱底找出两根15m长的卡农连接线。这一次，原本滋滋的电流声被消除的一干二净，而我们的版主也凭借炫酷的演奏又赢得了许多女粉丝的芳心……
最后来几个Q&A总结一下吧：
Q1：我的设备后面有XLR卡农接口，它一定是平衡接口吗？
A1：在目前我们常见的设备里，如果你看到设备后面带有XLR卡农公插座，且写有OUTPUT或OUT字样，那有九成以上的可能就是平衡输出接口。
注意：我刚才说的是，九成以上是平衡输出接口。另外一成，就什么都有可能了，例如AES数字音频信号、灯光系统里的DMX信号，甚至是某些奇奇怪怪设备的电源插座，都有可能是XLR卡农插座。所以不要随便往里捣，看清楚再说。
再补充一下， XLR卡农接口的公母是有通用规范的。一般而言，公插座（里面是三根针的插座）用于信号输出（如电子琴的音频输出、调音台的MIX输出等），母插座（里面是三个孔的插座）用于信号输入（如调音台每一路的MIC输入）。
Q2：我的设备后面有6.35mm接口，它一定是平衡接口吗？
A2：如果认真读过上面的帖子，那这个问题的答案就显而易见了：不一定。
6.35mm接口可能是大两芯、可能是大三芯，也可能是其他奇奇怪怪的接口。如果是大两芯则好办，它一定是非平衡接口。但如果是大三芯，就不好说了，因为大三芯可以传输1路平衡信号，也可以传输2路非平衡型号。所以具体的情况，看是要看接口旁边的英文标记比较准确。
如果接口上面写有Balanced（英文“平衡”的意思）或BAL的字样，那它们便是可以连接大三芯的平衡输出接口。但如果设备后面的6.35mm接口写得是Unbalanced（英文“非平衡”的意思）或UnBal这样的字样，那它就是大两芯的非平衡输出接口啦。
如果设备后面只有6.35mm接口，没有明确文字标示是平衡还是非平衡怎么办？这时，最准确的办法就是查阅设备的说明书。如果说明书上明确写明某个接口是Balanced或BAL或TRS，那么它就是大三芯的平衡接口，如果说明书上写得是Unbalanced或UnBal或TS，那么它就是大两芯的非平衡接口。
最不济的，是设备后面的接口既没有标注，说明书上也没有写，那最保险的方法，你就当它是大两芯的非平衡接口，大部分情况下不会出错。
Q3：平衡与非平衡连接之间如何相互转换？
A3：当我写下这个问题的一瞬间，我就后悔了。因为这个问题真讲起来，再开两个帖子也讲不完。涉及到阻抗匹配、电平转换、浮动地、硬接地等等。所以我干脆换一个答法吧，就是我的琴跟调音台/音箱/电脑如何连接。 （1）如果你的琴具有XLR卡农输出接口（常见于高端合成器、电钢琴等），那你就笃笃定定的用标准卡农线，连接到调音台的卡农口吧。 （2）如果你的琴没有XLR卡农输出接口，但背后有明确标注Balanced或BAL的6.35mm接口，那最好的就是用两头都是大三芯的连接线，连接到调音台的Line-In接口，或者用大三芯转卡农的连接线（注意，地线、热端、冷端都必须一一对应连接），连接到调音台的卡农口。 以上两种情况，都是标准的平衡传输。可以避免线路噪音同时获得最佳的信噪比。 （3）如果你的琴既没有XLR卡农输出接口，也没有明确标注Balanced或BAL的6.35mm接口，那我们保险起见应当认为它是非平衡输出接口。这时应该用两头都是大两芯的连接线，连接到调音台的Line-In接口。 （4）在（3）中所述的情况下，如果琴距离调音台比较远，使用大两芯的连接线有噪音，那么我们应该使用DI盒，将非平衡输出转为平衡输出，连接调音台。 （5）如果你的琴只有PHONE耳机接口，那它肯定是非平衡输出接口了。这时应该使用一头是大三芯，另外一头是两个大两芯的一分二连接线，连接到调音台的Line-In接口，接电脑板载声卡同理。注意，此时的音频信号是经过琴内自带的放大器输出的，为了避免琴和调音台双重放大导致信号失真，应当尽量降低琴上的音量旋钮（一般而言，不超过1/2），使用调音台的话放来达到所需的输出电平。
以上连接线的接线方式，请参考本帖最前面的复习链接。
洋洋洒洒写了四千多字，那我们来个虎头蛇尾的结束吧。如果各位朋友还有任何疑问，欢迎在帖子下留言交流哦。
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发表于 2021-4-13 00:41
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