自製直播音源線

Bird Liang

October 6, 2016

Bird Liang, Chief Engineer (梁子凌 / 技術長兼工程輔導長)

負責 AppWorks 技術策略與佈署，同時主導工程輔導。人生的第一份正職工作是創業，之後在外商圈電子業中闖蕩多年，經歷過 NXP、Sony、Newport Imagining、Crossmatch 等企業，從事無線通訊、影像系統、手機、面板、半導體、生物辨識等不同領域產品開發。熱愛學習新事物，協助團隊解決技術問題。放棄了幾近退休般的生活加入 AppWorks，為的是幫助更多在創業路上的人，並重新體驗創業的熱情。台大農機系、台科大電子所畢業，熱愛賞鳥、演奏管風琴，亦是不折不扣的熱血 Maker。

隨著 Facebook 開放一般帳號直播，現在我們只要拿起手機，隨時隨地都可以開始直播。回想幾年前 AppWorks 剛開始進行 Demo Day 直播時，還要將 HDMI 訊號接進 PC 中、再編碼打進 YouTube 的複雜度，實不可同日而語。

但用手機或平板直播最大的問題往往不是影像而是聲音。iPhone 或 iPad 上的攝影機，感度和解析度早已不輸數年前的專業攝影機，只要現場光不太差，大概都可以拍出令人滿意的畫面。但直播的聲音一直是個大問題，手機上的麥克風跟人耳所聽到的聲音其實有很大的差距，在比較大的場子裡，光是仰賴內建麥克風的收音多半無法有令人滿意的效果。

在大型的活動中，現場通常會有 PA 系統，最理想的方式還是想辦法將 PA 的訊號餵進 iPad 或 iPhone 中，保證聲音乾淨又清楚，絕對不會有其它有的沒的現場音。

iPhone 的耳機孔雖然可以插帶有麥克風的耳機 (如 Apple 原廠的 EarPods)，但它的訊號位準是電容式麥克風的位準。PA 控台的輸出幾乎都是 line level 的，兩者的訊號電壓相差百倍以上，我們得做個小東西來解決這個差距。

Line 與 Mic

在 mixer 上，我們常會看到輸入可以在兩種規格中切換: line level 和 mic level。Mic level 顧名思義就是從麥克風來的訊號，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，因此它的訊號非常非常微小。有多小 ? 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，它的工作原理是利用電容的極板震動時會改變電容量，進而改變輸出的端電壓。電容必須先充電，我們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，讓電容麥克風可以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 1mV 左右的 mic level 輸出。

至於 line level 則是一般聲音裝置之間傳送訊號的位準。其實業界對 line level 並沒有嚴謹的定義或一致的標準，有人做 0.7Vpp，有人做 1Vpp，偶爾也會看到 1.25Vpp 之類的。但對聲音訊號來說，一兩倍的差距並不算什麼，人耳對聲音的感受是對數特性的，也就是說如果音量第一格的訊號強度是 1，第二格的訊號強度就是 10，第三格的訊號強度則是 100。總之，一般的 line level 大概是在一伏特上下，多一點或少一點也行。

百倍的距離

PA mixer 的輸出是 line level，而 iPhone 的耳機孔只能接受 mic level 的輸入，這兩者之間有百倍以上的差距。怎麼辦 ?

衰減。

對，我們只要把 line level 的訊號衰減到它原來的百分之一以下，就可以餵給 iPhone。(還好我們是要把 line level 餵給 mic level，如果反過來的話，我們得做一個一百倍的放大器。)

衰減最簡單的方法就是用電阻分壓。只要兩顆電阻就可以搞定：

來複習一下電子學：

Vout = R2/(R1+R2) * Vin

如果我要剛好衰減 100 倍的話，R2 用 1K ohm，R1 就要用 99K ohm。但實務上並沒有 99K ohm 這種阻值的電組 (就算是 E192 系列也沒有!) 而我們也不是真的那麼在意倍率的精確度，因此 R1 就放 100K ohm 也不會有什麼問題。

我們假設 iPhone 的麥克風輸入應該是高阻抗的電容性輸入，因此衰減電路的阻抗 (也就是 R1+R2) 對輸入端的訊號位準沒有影響。如果輸入端的阻抗比較低的話，R1+R2 就不能太大，不然會推不動輸入端。

實際動手做

看完訊號的格式後，我們來面對實際的問題。

AppWorks 常用的 mixer 是 Behringer 的 802 系列 8 軌 mixer，除了 main output 之外它還有一組 6.3mm 的 monitor output，如果要拉直播的訊號，從 monitor output 拉應該是最適合的。

因此，我們需要一個 6.3mm 的單聲道插頭，再加上兩顆電阻: 100K 跟 1K。

6.3mm 的插頭內部空間夠大，我們可以把衰減電路藏在裡面。

這是 1/16W 的 axial-lead 電阻，兩顆藏在裡面綽綽有餘。第一次做的時候，我用的是 0603 的 SMD 電阻，但我發現 SMD 電阻沒辦法承受待會兒隔離線焊上去之後的剪力，焊點很容易剝離，因此才去買了 axial-lead 的電阻來做。

衰減電阻焊好後，就可以把線焊上去了。

電路很簡單:

我手上剛好有些雙隔離線，就拿來用。我們只需要用來傳送一個聲道，所以我把紅色和白色兩芯一起接在衰減電路的輸出。

iPhone 端

iPhone 這一端比較複雜一點。iPhone 的耳機插孔為了要容納麥克風以及遙控器的訊號，比一般的 3.5mm 立體聲耳機多了一個接點:

一般的 3.5mm 立體聲耳機只有三個接點，稱之為 TRS (tip、ring、sleev)，分別是左聲道訊號、右聲道訊號、以及接地。而 iPhone 的 3.5mm 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、以及麥克風訊號兼控制訊號。

這種四極的耳機兼麥克風插頭稱之為 AHJ (American Headset Jack)，是目前的主流。除了 Apple 之外，大部分的 Android 手機也是遵循這個標準。但在稍早的年代，還有一種叫作 OMTP (Open Mobile Terminal Platform) 的標準，使用一樣的接頭，但最後兩個 RS 的訊號倒過來: S 是 ground，R 是麥克風訊號。如果插入一般耳機的話，這兩種標準的 mic 和 ground 都會被普通耳機的 ground 給短路，因此完全不會影響耳機的使用。但如果要使用帶麥克風的耳機，這兩種標準之間是無法互換的。

OMTP 被用在一些比較舊的 Nokia、Motorola 和 Sony Ericsson 手機上，目前已經很少見。

這裡還有個冷知識: 中國在 2009 年採用了 OMTP 當做 YDT 1885:2009 國家標準 (“移动通信手持机有线耳机接口技术要求和测试方法”)，因此 Apple 在中國銷售的 iPhone 被迫採用 OMTP 標準的耳機接頭，也就是說中國機種的 iPhone 跟 EarPods 無法跟世界其他地方的 iPhone 交換耳機使用。

感謝行動電話的普及，讓我可以輕易在光華商場買到四極的 3.5mm 插頭。照著上面的接線把訊號線焊上去: