作者：Bird
雖然 iPhone 已經在三年前取消了 3.5 mm 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，3.5 mm 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。
3.5 mm 耳機插頭（圖片來源：Bird 提供）
同樣一個 3.5 mm 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。
Line Level
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 line level 輸出。Line level 是一般聲音裝置之間傳送訊號的位準，然而其實業界對 line level 並沒有嚴謹的定義或一致的標準，有人做 0.7 Vpp，有人做 1 Vpp，偶爾也會看到 1.25 Vpp；這邊所指的 Vpp 就是交流訊號 peak-to-peak 的電壓，因此一個 1 Vpp 的交流訊號，它最高的電壓就是 0.5 V，最低的電壓就是 -0.5 V。
Line level 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 1 K 歐姆，因此它不能輸出很大的電流；一般來說，line level 用來推動的裝置，如外接喇叭，其輸入阻抗要夠高，line level 的輸出才推得動。
耳機
耳機是一個常常與 line level 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 104 dB/mW SPL 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 1 Vpp 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）= 12 mA
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 = 6 mW
上面有提到，EarPods 的感度是 104 dB/mW SPL，也就是說每給它 1 mW 的電功率，它可以轉換出 104 dB 的聲壓；由於 dB 是對數的單位，因此聲壓每增加 3 dB，功率會倍增，換句話說，1 mW 如果能造出 104 dB 的聲壓，2 mW 就是 107 dB、4 mW 就是 110 dB，6 mW 大概是 111 dB 左右。
你如果給它 1 Vpp 或 6 mW 的訊號，它真的有辦法造出 111 dB 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 100 dB SPL 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 85 dB 上下。這邊為了方便計算，我們假設現在耳機的聲壓是 86 dB。
86 dB 比 104 dB 少了 18 dB，根據分貝的對數計算，它少了 6 個 3 dB，而每少 3 dB，功率就少一半，因此驅動 EarPods 發出 86 dB SPL 時的功率只需要：
1 mW /26= 1 mW / 64 = 0.015625 mW
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/R
0.000015625 =V2/ 42
V = 0.0006（V）= 0.6（mV）
你沒看錯，EarPods 只要這麼一點點電壓，就能造出 86 dB 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 3.5 mm 耳機輸出接到一個需要 line level 輸入的裝置會怎麼樣呢？
由於 iPhone 的 3.5 mm 耳機輸出是為了輸入阻抗只有 42 歐姆的 EarPods 設計的，因此它的輸出電壓相對來說是很低的；以 EarPods 的極限 104 dB SPL 來說，就算 iPhone 要推動 EarPods 達到 1 mW 的功率，也只需要：
P =V2/R
0.001=V2/ 42
V = 0.004（V）= 4（mV）
而 line level 的輸入滿刻度多半在 1 Vpp 或 0.7 Vpp 上下，因此 iPhone 的耳機孔輸出跟 line level 需要的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，會覺得音量很小的原因，往往會把 iPhone 的音量開到幾乎滿格，才會有稍微正常的音量。
麥克風
麥克風又是另外一個也沒有很標準化的類比聲音訊號格式。這個訊號的規格是從不需供電的傳統動圈麥克風來的，因為不需供電，所有的訊號都來自於聲壓震動線圈，線圈再和磁鐵交互作用而來的，因此它的訊號極為微小，一般的動圈麥克風輸出的位準大概在數個 mV 左右，也就是千分之幾伏特。
至於現在手機和其它攜帶裝置比較常用的「電容式麥克風」，它的工作原理是透過電容的極板震動，改變電容量，進而改變輸出的端電壓。這邊須注意的一點是，電容必須先充電，才能偵測它上面因為電容量改變所造成的電壓改變，因此電容麥克風一定要供電，沒有例外；除此之外，它裡面還會加一個「前置放大器」，以降低輸出阻抗，讓電容麥克風能推動稍微重一點的負載。
既然有放大器，電容麥克風其實可以把輸出位準做高一點，但為了保持和動圈麥克風的相容性，現在絕大多數的電容麥克風仍然做成 1 mV 左右的輸出，也因此不管是手機還是電腦的麥克風輸入，它預期的訊號位準大概就是幾個 mV 左右的訊號。
TRRS接頭
現在的手機如果還保留有 3.5 mm 耳機接頭，它的耳機接頭都會有麥克風的功能，因此手機耳麥的 3.5 mm 接頭和一般只有耳機的 3.5 mm 接頭有些微的差別。
手機耳麥的 TRRS 接頭（圖片來源：Bird 提供）
一般的 3.5 mm 立體聲耳機有三個接點，稱之為 TRS（tip、ring、sleeve），分別是左聲道訊號、右聲道訊號及接地，而手機耳麥的 3.5 mm 插頭有四個接點，稱之為 TRRS（多了一個 ring），分別是左聲道訊號、右聲道訊號、接地及麥克風訊號兼控制訊號。
一般耳機與手機耳麥的接頭有些微差異（圖片來源：Bird 提供）
這麼做的設計是為了讓手機的耳麥可以只用一個插頭就工作，但又可以保留跟傳統耳機的相容性。如果我們插了一個 TRS 的耳機到手機的 3.5 mm 孔裡，根據上面的圖，我們可以看出來對應到麥克風和 GND 的接點都會對應到一般耳機的 GND；換句話說，當我們插入一般耳機時，麥克風就會被接地，沒有任何訊號輸入。
除了手機外，我們如果用單眼相機拍攝影片，也常常會有外接麥克風的需求，因此市面上可以買到很多種獨立的單音或立體聲麥克風，這種麥克風通常也是用 3.5 mm 的插頭跟相機或是其它裝置連接，而且多半也使用 TRS 或 TS 的接點。
TRS 接點的麥克風（圖片來源：Bird 提供）
如果麥克風是單聲道的，那麼它就只有 TS（tip 和 sleeve），tip 是聲音訊號，sleeve 是接地；但如果麥克風是立體聲的，它就會有 TRS（tip、ring、sleeve），tip 是左聲道訊號，ring 是右聲道訊號，sleeve 是接地。
很顯然地，如果我們把這種麥克風插到 TRRS 接頭的手機上，不管麥克風是單聲道還是立體聲的，它都無法工作。因此，購買這種外接式麥克風時要特別注意，如果是要給手機用的，就要買特別為手機的 TRRS 接頭設計的機種；如果是要給單眼相機或攝影機用的，就要買一般 TRS 接頭的機種，兩者不能混用，當然你也可以買到兩種規格之間的轉接線！
（責任編輯：賴佩萱）
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2022/05/24
請問 Mr Bird先進,我從 Mixer(混音器)的line out輸出,訊號也如您教導衰減100倍輸入手機做內錄,但發現有個新問題,就是原立體聲進到手機變單聲道,市面上很多手機麥克風轉接頭(TRS轉TRRS)它都只抓左聲道當單聲道(沒有右聲道),請問要如何用簡單的電子零件可以做個立體聲轉單聲道的簡單線路再接到轉接頭,讓兩個聲部都出現在手機內錄中,謝謝您!
2022/05/27
立體聲轉單聲道最常見的做法就是把左右聲道混在一起，你可以直接把輸出的左右聲道接在一起，然後接到 mono 輸入。這樣做的前提是輸出端的輸出阻抗要夠高，不會讓兩個聲道在混合時掉太多的振幅。
2021/02/08
您好，請教我的藍芽模組因為聲音輸出比原音響小聲，我接了一個小型可調音量的電路板，結果只有直接接一般喇叭的聲道跟地線才有聲音，如果接音源線接到如螢幕的音源輸入都不會有聲音，想請教這是什麼原因，建議參考哪類資料嗎？十分感謝！
2021/01/12
我想請教TRRS如果接手機後想再接延長是否可用一般音源輸出直接接另一頭再麥克風收音，最終端再接回TRRS，這樣是否可行~
2020/09/29
Mr Bird 您好，在找尋3.5mm耳機孔相關訊息發現到此討論文，
想詢問的是目前智慧電視上都有HDMI及光纖輸出和較近期的電視音響做連接，但基本上也都還保留3.5mm的耳機孔。
在這部分3.5mm的耳機孔基本上應該也可和像電腦用的3.5mm輸入喇叭做連接，但接上後會有像是爆音的情況出現(是在電視關機（待機）狀態下不定時出現)，想問這是甚麼樣的原因造成呢?(喇叭是2.1聲道，會需要額外插電的)
按連接格式上同為3.5mm，但接到電視上的(3.5mm耳機孔)好像會有其他情況產生，故想特此請教您..謝謝
2020/10/05
爆音常見在關機或開機的過程當中，主要原因是 audio output 電路的 DC bias ramping 沒有控制好。現在的 audio amplifier 多半是單電源的設計，單電源的 amplifier 會將輸出偏壓在 1/2 VCC 的電壓，以便可以輸出兩個極性 （方向）的訊號。開機時，訊號的兩端要從 0V 上升到 1/2 VCC，這個過程如果控制得不好，讓兩邊上升的速度不一致，就會讓接收端感受到很大的電壓差，造成爆音。類似的現象也常見於手機的耳機輸出從待機狀態進入發聲狀態之前的切換。
2020/10/12
好的，謝謝您的回應! 感謝!
這部分有辦法加裝設備來防止這樣的情況嗎?
接地是否有用呢?
2020/09/27
請問一下您提到三種類型不能互換，是只不能共用嗎?
那是否能將耳機訊號輸出孔，改成訊號輸入孔呢?
2020/10/05
不能互換是指它的訊號規格一旦確定，就不該拿來接其它種類的裝置 （比方說你不該拿耳機輸出去接麥克風輸入），但如果有些系統可以做到自動或手動切換訊號格式，當然可以共用接頭。
2020/08/05
您好，請問一般廣播耳機插孔能夠用耳機轉接頭接喇叭嗎？
2020/09/01
如果你的喇叭是主動式的，也就是本身帶有放大器的喇叭，那多半可以用耳機插孔來驅動 （但因為阻抗不完全匹配，有時候會有聲音太小的問題）
2020/05/27
請問先進 Mr Bird,我知道 line level跟 mic level相差100倍,但是我將 Line level訊號經 TRRS轉接線接到安卓手機上,使用 open camera App來錄音 (一般網路上建議使用的外部麥克風錄音錄影App),我發現並無爆音或破音,幾乎跟原音差不多,我是懷疑手機上是否有自動偵測或是自動衰減AGC (Automatic Gain Control) 的設計，這問題一直讓我很疑惑,謝謝
2020/06/13
現今有很多手機或數位產品的 digital codec IC 確實會實作 AGC (automatic gain control) 或 DRC (dynamic range control) 之類的功能，可以偵測訊號的位準並自動調整輸入的 gain 設定。
2020/04/30
我的電鋼琴audio out 是左右各1/4″的TS接頭,我會1/4″TS over RCA 線接喇叭都沒聲音會是什麼原因呢(線材長度超過1.8M); 有什麼方法能讓電鋼琴發聲呢? 我目前是用電鋼琴耳機孔接3.5mm 公對公的線接喇叭,這樣子好嗎
2020/04/25
請問電鋼琴的audio out 接外接喇叭的michphone 或guiltar 會造成什麼傷害嗎 (又如果micphone,guiltar 有大小聲的調節裝置呢)
2020/04/26
音源裝置輸入的阻抗都很高，直接接一般來說是不會造成不可逆的傷害，但 level 不對你就是會收到完全爆掉、破掉的聲音。
有大小聲調節的裝置可能也沒辦法應付這種百倍到千倍的差距，如果音量旋鈕是十格，你可能只能轉到 0.1 格…
2020/03/27
請問一下，如果我想從電腦的耳機孔(3.5 mm)，將聲音傳到另一台電腦的麥克風孔(3.5 mm)，要用何種連接線？一般的3.5 mm公對公傳輸線就可以了嗎？還是要某種特殊線材？謝謝。
2020/04/12
耳機輸出的電壓位準是 1Vpp 左右，而麥克風輸入的電壓位準只有數十 mV 左右，雖然你可以用 3.5mm 公對公的線把兩者連起來，訊號也過得去，但由於 level 相差太大，麥克風那邊會收到完全爆掉的訊號。耳機輸出接到麥克風輸入需要一個大概 100 倍左右的衰減器電路，不能直接接。
2020/04/29
有為了此用途所做的傳輸線在賣嗎？好像很難找… >_<
2020/01/19
TRRS的圖上有錯誤，中間兩個是環Ring，底部是Sleeve。塗上的標示相反了！
2020/01/22
感謝指正，文中圖片已修正