【Maker電子學】聲音訊號與接頭解密 | 音源線構造
... 電壓準位差了百倍不止，這也就是為什麼如果用3.5 mm 的音源線將iPhone 的耳機輸出直接接到一般line level 輸入的外接喇叭或擴大機時，會覺得音量 ...【Maker電子學】聲音訊號與接頭解密Home»Maker電子學»【Maker電子學】聲音訊號與接頭解密Postedon8月21,2019inMaker電子學,教學文作者：Bird雖然iPhone已經在三年前取消了3.5mm的耳機孔，但是類比式的聲音訊號傳輸系統仍然隨處可見，小至一般的耳機，大至桌上型電腦的外接喇叭，甚至千、萬瓦以上的大型PA系統，都還是會用到類比式的聲音訊號傳輸系統。
這次就讓我們來聊聊這古老的音源傳輸系統，以及它有什麼奧秘吧！同一種接頭，不同的訊號在非專業的音源系統上，3.5mm的插頭大概是最常見的系統，大部分的手機（除iPhone）、筆電、平板，甚至家電上都能看到它的蹤影。
3.5mm耳機插頭（圖片來源：Bird提供）同樣一個3.5mm的接頭，有時候會拿來傳輸耳機訊號，有時候拿來外接喇叭，有時候又拿來接麥克風，但其實這三種訊號在規格上有很大的不同，而且彼此通常不能互換。
LineLevel我們在PC的音效介面上，我們常常可以看到這樣的圖示：（圖片來源：Bird提供）這種圖示代表的就是所謂的linelevel輸出。
Linelevel是一般聲音裝置之間傳送訊號的位準，然而其實業界對linelevel並沒有嚴謹的定義或一致的標準，有人做0.7Vpp，有人做1Vpp，偶爾也會看到1.25Vpp；這邊所指的Vpp就是交流訊號peak-to-peak的電壓，因此一個1Vpp的交流訊號，它最高的電壓就是0.5V，最低的電壓就是-0.5V。
Linelevel有一個特性，就是它的輸出阻抗蠻高的，大概在數百歐姆上下，有些系統甚至會做到1K歐姆，因此它不能輸出很大的電流；一般來說，linelevel用來推動的裝置，如外接喇叭，其輸入阻抗要夠高，linelevel的輸出才推得動。
耳機耳機是一個常常與linelevel搞混的類比音源。
事實上耳機的傳輸系統也沒有標準化，各家耳機的規格與特性也可能有出入，但一般來說，耳機是一個「低阻抗的負載」。
以Apple的EarPods為例（還沒換成Lightning介面之前），大部分的測量都告訴我們它的阻抗在42歐姆上下，而它的感度則在104dB/mWSPL左右（如果你不記得電聲轉換元件的感度要怎麼看，可以查看【Maker電子學】小型喇叭與驅動電路的設計這篇文章）。
假設我們用一個1Vpp的訊號推動EarPods，而且這個輸出的阻抗夠低，可以提供足夠的電流，來算算看在EarPods上會造出多少電流（因為Vpp是交流的電壓，我們只算單邊的電流）：I=V/R=0.5/42=0.012（A）=12mA而這個單邊電流在EarPods上會造成的瞬間功率則是：P=I*V=0.012*0.5=0.006=6mW上面有提到，EarPods的感度是104dB/mWSPL，也就是說每給它1mW的電功率，它可以轉換出104dB的聲壓；由於dB是對數的單位，因此聲壓每增加3dB，功率會倍增，換句話說，1mW如果能造出104dB的聲壓，2mW就是107dB、4mW就是110dB，6mW大概是111dB左右。
你如果給它1Vpp或6mW的訊號，它真的有辦法造出111dB的聲壓嗎？事實上就算這樣的驅動功率不會燒會它的線圈，大概也會使它的震膜產生機械性的損傷（一般耳機的合理聲壓上限大概在100dBSPL左右）。
我們來算一下合理的EarPods驅動訊號應該長什麼樣子。
如果不是在非常吵雜的環境中聽音樂，耳機輸出的聲壓大概在85dB上下。
這邊為了方便計算，我們假設現在耳機的聲壓是86dB。
86dB比104dB少了18dB，根據分貝的對數計算，它少了6個3dB，而每少3dB，功率就少一半，因此驅動EarPods發出86dBSPL時的功率只需要：1mW/26=1mW/64=0.015625mW根據它的阻抗，我們可以算出需要達到這個功率的電壓：P=V2/R0.000015625=V2/42V=0.0006（V）=0.6（mV）你沒看錯，EarPods只要這麼一點點電壓，就能造出86dB的聲壓，這是由於EarPods的輸入阻抗只有42歐姆，因此相對來說要造出一樣的功率，它所需的電壓比較低。
好了，現在問題來了，如果我們把iPhone的3.5mm耳機輸出接到一個需要linelevel輸入的裝置會怎麼樣呢？由於iPhone的3.5mm耳機輸出是為了輸
這次就讓我們來聊聊這古老的音源傳輸系統，以及它有什麼奧秘吧！同一種接頭，不同的訊號在非專業的音源系統上，3.5mm的插頭大概是最常見的系統，大部分的手機（除iPhone）、筆電、平板，甚至家電上都能看到它的蹤影。
3.5mm耳機插頭（圖片來源：Bird提供）同樣一個3.5mm的接頭，有時候會拿來傳輸耳機訊號，有時候拿來外接喇叭，有時候又拿來接麥克風，但其實這三種訊號在規格上有很大的不同，而且彼此通常不能互換。
LineLevel我們在PC的音效介面上，我們常常可以看到這樣的圖示：（圖片來源：Bird提供）這種圖示代表的就是所謂的linelevel輸出。
Linelevel是一般聲音裝置之間傳送訊號的位準，然而其實業界對linelevel並沒有嚴謹的定義或一致的標準，有人做0.7Vpp，有人做1Vpp，偶爾也會看到1.25Vpp；這邊所指的Vpp就是交流訊號peak-to-peak的電壓，因此一個1Vpp的交流訊號，它最高的電壓就是0.5V，最低的電壓就是-0.5V。
Linelevel有一個特性，就是它的輸出阻抗蠻高的，大概在數百歐姆上下，有些系統甚至會做到1K歐姆，因此它不能輸出很大的電流；一般來說，linelevel用來推動的裝置，如外接喇叭，其輸入阻抗要夠高，linelevel的輸出才推得動。
耳機耳機是一個常常與linelevel搞混的類比音源。
事實上耳機的傳輸系統也沒有標準化，各家耳機的規格與特性也可能有出入，但一般來說，耳機是一個「低阻抗的負載」。
以Apple的EarPods為例（還沒換成Lightning介面之前），大部分的測量都告訴我們它的阻抗在42歐姆上下，而它的感度則在104dB/mWSPL左右（如果你不記得電聲轉換元件的感度要怎麼看，可以查看【Maker電子學】小型喇叭與驅動電路的設計這篇文章）。
假設我們用一個1Vpp的訊號推動EarPods，而且這個輸出的阻抗夠低，可以提供足夠的電流，來算算看在EarPods上會造出多少電流（因為Vpp是交流的電壓，我們只算單邊的電流）：I=V/R=0.5/42=0.012（A）=12mA而這個單邊電流在EarPods上會造成的瞬間功率則是：P=I*V=0.012*0.5=0.006=6mW上面有提到，EarPods的感度是104dB/mWSPL，也就是說每給它1mW的電功率，它可以轉換出104dB的聲壓；由於dB是對數的單位，因此聲壓每增加3dB，功率會倍增，換句話說，1mW如果能造出104dB的聲壓，2mW就是107dB、4mW就是110dB，6mW大概是111dB左右。
你如果給它1Vpp或6mW的訊號，它真的有辦法造出111dB的聲壓嗎？事實上就算這樣的驅動功率不會燒會它的線圈，大概也會使它的震膜產生機械性的損傷（一般耳機的合理聲壓上限大概在100dBSPL左右）。
我們來算一下合理的EarPods驅動訊號應該長什麼樣子。
如果不是在非常吵雜的環境中聽音樂，耳機輸出的聲壓大概在85dB上下。
這邊為了方便計算，我們假設現在耳機的聲壓是86dB。
86dB比104dB少了18dB，根據分貝的對數計算，它少了6個3dB，而每少3dB，功率就少一半，因此驅動EarPods發出86dBSPL時的功率只需要：1mW/26=1mW/64=0.015625mW根據它的阻抗，我們可以算出需要達到這個功率的電壓：P=V2/R0.000015625=V2/42V=0.0006（V）=0.6（mV）你沒看錯，EarPods只要這麼一點點電壓，就能造出86dB的聲壓，這是由於EarPods的輸入阻抗只有42歐姆，因此相對來說要造出一樣的功率，它所需的電壓比較低。
好了，現在問題來了，如果我們把iPhone的3.5mm耳機輸出接到一個需要linelevel輸入的裝置會怎麼樣呢？由於iPhone的3.5mm耳機輸出是為了輸