耳机插头的平衡与非平衡设计

在接触耳机、音箱、随身播放器等音频相关的产品时，你会不会有这样的感觉：在产品的宣传资料中，厂商描述产品特点时的一些术语，是你觉得眼熟，但真正细想起来，它们的原理，所代表的意义是什么，却不是那么清楚？从本期开始，我们会不定期地选择这样一些音频知识进行介绍。今天让我们先来了解一下耳机插头上的平衡与非平衡设计。

对于大多数人来说，印象中耳机插头的样式大多是3.5mm或6.35mm这样的圆柱形结构，它们就是我们常说的非平衡耳机插头，也被称为单端耳机插头。而在Hi-Fi及专业音频应用领域还有另外一类耳机插头——平衡耳机插头。平衡耳机插头多为Cannon(XLR)卡侬式或TRS式。那么，平衡与非平衡两种插头在使用中到底有什么区别，适用领域又有哪些？如今在几百元的随身播放器上，也有搭配平衡插头耳机的，这样做有没有意义？

常见的3.5mm非平衡式耳机插头

Cannon(XLR)卡侬式平衡插头

非平衡式耳机插头

我们常见非平衡式耳机插头多为3.5mm或6.35mm直径。这类非平衡插头是由两个绝缘隔离环分隔开的三段金属部分构成。金属部分从尖端到尾端分别是左声道部分，右声道部分和接地端。普通耳机线中有三股导线，一股连接着左耳机单元的热端(+)和插头的左声道部分，一股连接着右耳机单元的热端(+)和插头的右声道部分，而插头的接地端一分为二，同时连接到左右耳机单元的冷端(-)。

匹配非平衡耳机插头的设备显然是大多数音频设备的绝对主流，长久以来已形成规范，得到了业界大多数企业的认可。相对使用平衡接口的设备，非平衡类产品对于功放或音源设备来说不必特别设计并提供平衡放大电路。减少了成本及设计难度，提高了产品的可靠性，有助于产品的快速生产及普及。

平衡式耳机插头

在前面我们提到平衡式耳机插头主要有两种，下面让我们看看它们的组成。

Cannon(XLR)卡侬式

平衡耳机插头中，XLR卡侬插头分为三芯的单声道插头与四芯的立体声插头两种。其中三芯插头中的三芯分别为热端(+)，冷端(-)及接地。所以当连接耳机线时，每声道都要连接一个三芯XLR插头。而四芯XLR插头中的四芯分别为左声道热端(+)，左声道冷端(-)，右声道热端(+)，右声道冷端(-)。相比三芯XLR插头，四芯版本取消了独立接地，所以一个四芯XLR平衡插头即可实现双声道连接。

6.22mm TRS式插头

TRS插头为另一种常见的平衡插头类型，它多出现在专业音频应用领域。TRS插头外观与常见的6.35mm非平衡耳机插头样式基本一样，但直径为6.22mm。每个TRS插头金属部分的三个独立区间为单一声道的热端(+)，冷端(-)及接地端。所以与耳机线连接时需要两个TRS插头负责左右声道的输入。

其他应用于随身设备中的平衡式插头

随着平衡插头的广泛应用，现在很多随身设备也开始采用平衡插头。这种应用于随身系统的平衡耳机插头根据厂家的不同设计，外观种类也非常多。常见的是类似3.5mm非平衡插头样式的四段平衡式插头，这种插头的金属部分分为四个区域，分别定义为左声道热端(+)、左声道冷端(-)、右声道热端(+)、右声道冷端(-)。HIFIMAN HM- 901(平衡卡)、HM-700等随身播放器即采用这种插头。还有一些采用特殊插头，像小口径四芯、六芯等平衡式插头，这些平衡式插头多数为厂家自行定义并生产，所以应用面相对较窄。例如RSA的The Protector四芯平衡耳机插头以及Mini Audio推出的PB2 Pelican六心圆平衡插头等。

6.22mm TRS式平衡插头

随身4芯平衡插头

平衡信号原理图

平衡与非平衡在应用中的区别

在非平衡式耳机放大器驱动耳机时，放大器的左声道推动左边的耳机单元发声，放大器的右声道推动右边的耳机单元发声，然后电流从耳机单元的冷端(–)通过公用的接地端回到耳机放大器。这个公用的接地线从理论上会引起两个声道的串扰，并可能引起失真。这些串扰和失真会通过耳机单元的冷端(–)影响单元的工作，导致可闻的音质劣化。这是普通耳机驱动方式里难以彻底消除的一个原理上的弊端。当然，这一理论上的影响实际到底有多大，取决于耳机的设计、耳机线材的质量、接点的质量以及耳机放大器的素质等多种因素。耳机设计得越完善，耳机放大器的素质越高，所产生的实际影响越轻微。

而在平衡式耳机放大器驱动耳机时，放大器电路输入端将信号分成相位极性相反的平衡信号，这两组信号分别使用一套电路进行放大。在输出端分别连接极性相反的负载两端，此时信号极性通过两次翻转形成叠加，输出功率增大一倍。而由于放大器内部的噪声只经过输出端一次相位翻转，所以在负载上耦合，共模噪声被抵消。平衡式耳机放大器的这种工作方式也可以理解为是用“空间”换“品质”。并且，在非平衡式耳机放大器中我们要增加功率一般的方法就是增加放大器的电压或电流，而平衡式耳机放大器的方式是将输入端一分为二，增加一组放大电路，后在输出端耦合叠加。所以，一般情况下平衡式耳机放大器的信噪比比非平衡放大器好得多，且效率比非平衡放大器高一倍，输出功率是单个非平衡放大器输出功率的四倍。声道分离度是平衡放大的另外一个重要优势。由于非平衡放大的耳机放大线路两个声道的地线是公用的，因此声道分离度一般都会受到一定的影响，而平衡放大器两个声道的地线彻底分开，很好地改善了声道分离度。这样做可以显著克服耳机产品普遍存在的头中效应，使音乐不再来自头中，而是在用户头部环绕，从而为用户提供更自然真实的听音效果。

小结

从实际应用来说，一般生活使用中非平衡式连接的设备要明显多于平衡式设备，所以3.5mm或6.35mm插头的耳机产品依然是广大普通消费者的主流选择。而在高端音频发烧设备，专业音频领域上平衡式设备的数量还是非常多的，适时选择平衡式插头的耳机产品有助于更好地搭配这些设备，所以推荐发烧友在选购耳机产品时可以适当考虑平衡式插头的产品。