功放ic耳机输出控制 平衡功放输出在耳机上的应用

平衡功放输出在耳机上的应用

在音频设备中，什么是平衡输出/输入，什么是非平衡输出/输入？恐怕这样的概念对于大多数用户来说根本没接触过。虽然我们也经常在测评中看到一些设备具有这样的功能。例如我们使用的测试平台E-MU 1616m音频接口，E-MU PM5音箱等等，但我们平时也确实没有用过平衡接口，毕竟我们的文章要为普通用户服务。

不难看出，这个概念往往更多出现在专业监听设备上。而从信号平衡输入、平衡功率放大再到平衡输出，到底会带来怎样的优点？对于一些高端发烧设备来说，它到底有没有用？又如何用在耳机和耳放上呢？

什么是非平衡输出/输入？

我们平时为什么用不到平衡输出，而是非平衡输出呢？似乎没有为什么可讲。对于一个立体声音频系统来说，按标准，它的左右声道各有两根线构成信号回路。一根负责传输信号，另一根接地导出噪声。而对于耳机这样的设备来说，它们地线还可以合二为一，两个声道使用一根地线。因为3.5mm插头就是这么定义，没得道理可讲？所以我们平时见到的绝大多数都是非平衡的输入输出。

如图所示，这是我们最常见的立体声使用的3.5mm[6.25mm]接口同理，它们的插头被分为三段，分别对应三根导线，它们的有标准定义，所有音频设备在使用3.5mm立体声输入输出时，都按此规范连接。如图所示，最根部的一段用于连接地线，导出系统噪声。而最顶部是左声道信号，接下来时右声道信号。黑色部分是绝缘环。

而另一类接口，我们声卡上常用的RCA接口，也是非平衡信号输入输出的接口。一般标准定义RCA接口分为红色和白色两根，红色为右声道、白色为左声道，插头和插座的外边为接地，中心为信号。

非平衡输出的接口显然占据了大多数音频设备的绝对主流，至于为什么？规范就是如此被传承的。而要使用平衡接口，对于功放或音源设备来说就需要提供平衡放大的电路。而“平衡”被更多用于专业领域，就是因为平衡功放电路的优势所致。严格的说，谈”平衡“需要的就是它的”平衡功率放大电路“。

什么是平衡输出/输入？

非平衡的定义是相对平衡而来的。平衡没有被推广在民用，和功放，成本和整体标准制定都有一定关系，没有必要纠结是为什么。而要使用平衡输入输出，并利用到它的优点，核心就是功放。由于它的输出形式不同，所以接口自然要有所不同。

从接口来看，平衡输入和输出每个声道需要提供正负两根接入信号的源[接线]，至于为什么要这么做？我们在下面平衡功放工作原理中谈到。因此，我们最常见的用于平衡输入输出的插头插座，大概有三种。第一，6.25mm的三段[三芯]插头；第二，XLR三芯卡农插头；第三，XLR四芯卡农插头。

6.25mm的三芯插头：它相对XLR来说可以省不少的体积，所以在很多音频接口上可以见到。甚至一些比较入门级的USB声卡，例如E-MU 0204USB等。6.25mm插头与3.5mm插头其实并没有什么不同，只是更粗一些。而将它用于专业应用的原因，恐怕有两个，第一，看上去就专业；第二，尺寸大，接触面大，插拔比3.5mm更稳固。第三，标准所致。当6.25mm的三芯插头用作平衡信号接入时，它的根部仍然定义为连接地线，而中间是信号正极，顶部为信号负极。一个插头只负责一个声道。

XLR卡农插头：相对6.25mm插头来说，XLR插头的插拔稳定性、可靠性显然要更好一些。如图所示，是四芯XLR卡农插座和三芯XLR卡农插座的示意图。图中下方黑色部分为卡农插头特有的“卡子”锁死设计。

我们常见的XLR接口，为三芯标准，它的插头和插座没有“公“”母”绝对定义。而插头或插座上都会标明1，2，3的数字。按照规范，单个平衡信号输入输出使用一个三芯的XLR卡农插头，1口为接地。根据不同规范，2和3为正负极。它与6.25mm 三芯平衡插头用法类似。

四芯XLR在平衡信号连接中如何定义？作为平衡功放的输出而言，在负载上[例如音箱，耳机]它并不需要地线构成回路，所以我们确实可以省去地线连接[如果愿意，外壳可以接地]，所以就有了四芯XLR。它的方便之处在于一个接口四根连线，每声道对应两根，可以实现立体声输入输出。1234接口的定义分别为左﹢左﹣右﹢右﹣。

其实卡农接口只是一种接口的形式，它大多被用于专业应用，也有五芯标准的卡农接口。

为什么要用平衡输入输出？

虽然非平衡接口是我们最常见的接口，而平衡接口更多应用于专业设备，但以上眼花缭乱的介绍估计已经让人昏头了？可是这只是表面现象，我们为什么要用平衡接口呢？

严格的说，平衡接口的存在就是为了对应平衡功放的输出[三芯麦克风XLR接口作用不同]，如果没有平衡功放配合，使用平衡接口理论上并没有实际意义。那么什么是平衡功放？

如图所示，这是一张平衡桥式连接输入和输出图。作为平衡式功放而言，无论它的输入信号是平衡的或是非平衡的，都可以通过电路将它分为相位相差π[180°]的两路信号。如图所示左右两侧即相位相反的一对信号[注：如果用于立体声放大这是一个声道的示意图]。这两个信号理论上完全相同，只是相位极性相反。每一组放大器都是差动双端输入的方式[注意，这里是输入信号相位极性相反]。

图中R负载，可以看做是音箱或者耳机。通过功放放大后，输出端的信号同样是相位极性相反，而其他性质完全一致的信号。将输出端分别连接在负载[如耳机]的正极和负极，信号极性调转过来，但在功放电路中产生的共模噪声的极性因此发生了变换。所以，在负载上[如耳机]两个信号强度得以增强一倍，而噪声因为互为反相而被抵消。

平衡式放大的输出形式，就是BTL输出形式。有很多人问BTL[Balanced Transformer Less]平衡桥式负载输出和平衡输出有什么不同？答案显而易见。BTL是指输出的电路工作形式，而我们习惯所说的“平衡输出”似乎要包括了它的输入形式、连接方式以及功放的工作方式。当然，很多时候也被片面的理解。例如，看到一个XLR接口，大家就会说这是平衡接口，而不去考虑它的功放工作方式等等。

平衡输出的优势显然必须要平衡功放才可以体现。它并不在乎系统输入信号是否平衡[当然，平衡信号输入更精确]，而是在功放电路输入端强制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放大，在输出端分别连接在极性相反的负载两段，此时有用信号极性通过两次翻转，形成叠加，输出功率增大一倍。而由于功放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。

平衡功放的这种工作方式，也许可以算的上用”空间“换”品质“。在单端非平衡功放中，我们要增加功率一般的方法就是增加功放的电压或电流。而平衡功放的方式是将输入端一分为二，增加一组放大电路，最后在输出端耦合叠加。在供电电压一定的情况下，平衡功放可以做到更大的输出功率。无论是对于专业功放追求更大的输出功率，还是对于Hifiman HM-901这样的便携设备无法达到更高的供电电压时，平衡功放是一个不错的办法。

平衡功放和耳机改线如何使用？

平衡功放功放的工作方式和优点我们已经简单介绍清楚了。那么，我们该如何使用呢？首先，传统的三芯XLR卡农接口的音箱自然不少见，如果你有配套的平衡输出音源、功放，则可以考虑。

可是为什么HiFiMan HM-901 3.5mm接口可以实现平衡输出？为什么很多发烧友去改线，让耳机具有四芯XLR接口来使用呢？

从上文介绍大家应该已经明白。如果不考虑接地，平衡输出对应的接口每个声道只需要2根连线，这样3.5mm的四芯插头正好可以满足这个要求。原本3.5mm四芯插头是被用于带麦克风的立体声插头。它的定义顶部两个为左﹢右﹢，而靠根部的两个根据标准不同，一个为接地另一个为麦克风接口。而在HiFiMan的平衡接口上，它将这四芯正好定义为左﹢右﹢左﹣右﹣。所以，这样的插头是不能在其他3.5mm播放器上使用的，同理，没有这样的插头也是不能体验平衡功放的作用的，而且会因为接地线串到负相信号，而声音混乱。

而在发烧友中还有一部分将耳机的原本三芯插头改成XLR四芯插头，是怎么做的呢？又是出于什么目的呢？正好，Soomal的热心网友“bucker”同学，送上了它改线的先锋SE-A1000和飞利浦SHP9000。

改线对于一些耳机来说并不是容易的是，比如飞利浦SHP9000。我们知道，SHP9000、以及一些AKG耳机，它的输出接口是一个特别的三芯插头。这说明连接到耳机单元的线其实只有三根，如果打算让它使用平衡接口，显然是不行的。所以，这位网友在SHP9000的另一侧打了一个洞……直接把导线连接到了单元上引出。这样左右声道各两根线，实现了XLR四芯的接口配对。而森海塞尔HD650等左右声道分别入线的耳机，改装自然就方便不少。

很多网友认为，左右声道各一条地线分离要比输入耳机时左右声道共用地线的声音更好。从我们目前试用结果来看，似乎是对平衡输入输出的一个误解。如果没有平衡功放配合，XLR四芯输入似乎没有什么太大必要。

平衡功放搭配平衡输出到底怎么玩？效果又如何？我们将在近日发布HiFiMan HM-901平衡耳放卡的测评报告。它是否可以体现出平衡功放所述的优势？实际听感又如何呢？

双木三林 SMSL SP400耳机放大器测评报告 「SOOMAL」

前些天我们测评了双木三林SMSL的M400解码器，同属400系列的还有一款耳机放大器SP400，它的机箱尺寸，外观风格等与M400几乎一样，可以配套使用，外观看起来也更为和谐。这款耳放的芯片方案也很有特色，是THX耳放芯片旗舰型号——THXAAA-888。这款耳放售价为2999元人民币，感谢网友提供全新送测样机。

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器+M400 解码器套装

外观、功能与核心配置

如图所示，SMSL的SP400耳放和M400解码器搭配在一起确实挺好看，唯一问题可能是亚克力的顶盖太不耐磨，虽然不管哪台机器的脚垫已经是较大面积的软橡胶，但还是很轻易的在亚克力上留下磨损痕迹。

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器+M400 解码器套装

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器

前面板：SMSL SP400耳放从前面板看除了屏幕与音量、功能旋钮外。耳机输出方面提供了一个6.3mm的TRS非平衡输出和一个4孔XRL的平衡耳机输出。旋钮为数字编码器，但耳放并非数字音量控制，而是用继电器组组成了步进式电位器音量调节。这在五六年前可算是很高端和创新的设计了。多个继电器和高精度电阻组成的步进式电位器确实比薄膜电位器有更好性能，也比传统手工搭棚步进式电位器更可靠耐久。实际客观测试效果也相当好。

输入输出：背面板看SP400，除了交流电输入外。输入和输出两个区域分的很清楚。输入部分，可提供一组RCA非平衡和一组XRL平衡输入。输出部分，为耳放的前级功能，只提供了一组XRL的平衡输出。

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器

内部主要架构：由于我们没有做拆解，只能从第三方资料和官方资料来简单看看这款耳放的结构。首先，功率放大IC。从THX官方表格可以看到相关产品系列的定位和主要参数，SP400耳放使用了THXAAA放大芯片的旗舰型号THXAAA-888，如图可以看到相关参数。输出功率等方面肯定是相当够用了。而THX耳放芯片的核心原理在于使用前馈电路来降低失真，理论上确实可行也确实有效，是理论上。

THX AAA系列耳放芯片规格表[官方]

SP400耳放提供了全平衡的输出，也支持平衡信号的输入，从官方的内部照片来看，似乎两个开关电源也是左右声道独立的。另外，不要忘了在前文提到的，音量调节部分使用了多个继电器实现步进式电位器功能，实际使用体验和客观测试指标都不错。

客观测试

客观测试中，我们使用SMSL M400解码器作为音源输入，由于它的客观指标确实漂亮，用来测试没什么问题？不过在主观测试中，我们还会加入其他音源，来单独看看这款耳放的表现。SP400耳放的客观测试指标中，除了空载之外，还做了17欧[IT01s]、45欧[GR09]、300欧[HD650]、37欧[HE1000 平衡]下的带负载测试。前两款输出电平1.14Vrms，后两款输出电平为3Vrms和±3Vrms。这个输出声压比正常使用大概超出了30%-40%左右。

SP400耳放输出电压为6.1Vrms实测，平衡则是±6.1Vrms。音量档位最大为99，在89时输出电压为3.5Vrms左右。注意，以上均为高增益档位，且使用M400的最大电压输出3Vrms下测得，输入不同，自然功放放大后输出不同。另外耳放还提供了中和低档位的增益，其实搭配HE1000，如果音源输出的电压足够，使用中档增益足以满足HE1000这样的耳机。至于高增益3Vrms以上的电压，恐怕也是为85dB灵敏度和600Ω阻抗之类的耳机准备的。

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-频响曲线

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-噪声分布

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-动态范围

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-总谐波失真

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-互调失真

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-分离度曲线

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-频率扫描

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-分离度测试

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器-分离度频率分析

从客观测试来看，SP400的客观指标表现良好，带负载时成绩也表现不错。这里不需要做太多说明了[非平衡下分离度差是因为单负极互串]。下面进行主观听感。

主观听感

主观听感测试中，我们除了用M400解码器来搭配SP400耳放外，还使用HIFIMAN R2R2000红衣版的平衡输出连接到SP400耳放，输出选择Lineout和4.4mm转XLR的平衡连接。由于之前测评我们已经谈到M400的声音风格属于近年来比较少见的真正的非暖声系，所以R2R2000这种明显偏暖偏厚实，偏老气的声音正好可以验证一下SP400耳放本身的风格是怎样的。

双木三林 S.M.S.L SP400 耳机放大器+M400 解码器套装

耳机方面主要参考HIFIMAN HE1000耳机，和AKG K812耳机，另外HD650、HIFIMAN Deva、K701等作为辅助参考。

总体印象：通过两个风格迥异的音源M400和R2R2000分别搭配SP400耳放，可以确认SP400耳放并不完全是一款想象上忠于前端音源风格的耳放，而是有自己的风格。M400的中性偏精干的风格在SP400又有所加强，而R2R2000的温暖风在SP400上也变得利索了不少。对于一款功率放大后级设备来说，这基本可以确认，它的风格完全来自于THXAAA-888芯片与电路本身。

即便抛开M400的本身风格，SP400也是一款速度较快，更为偏重中高频的密度，以及包括中低频、低频在内声音瞬态速度风格的耳放。解析力整体表现不错，但也因为瞬态速度过快，损失了不少层次方面的细节。

高音表现：SMSL SP400耳放在搭配M400解码器时，高音风格可以算得上是它的延续，不过在极高频延伸部分有了轻微加强，让耳放在搭配HE1000、K812时有更好的空间感，声场更为开阔，至于搭配HD650这样级别的耳机，实在没啥优点[耳机太差]。但搭配Deva这样入门平板时，感觉高频还是太脆了点。这种激进的风格可能对于一些入门耳机来说都不太友好。

而在搭配HE1000时，它在这套组合下的高音风格也变得瞬态更快，密度有所加强，与我们评价M400类似，属于近年来比较少见的非内敛风格，而是比较张扬、明快风格的声音，甚至有些过头。

在搭配R2R2000时，这款播放器作为音源在极高频细节方面不出众，但是高音风格也是偏柔偏舒展的，遗憾的是，在搭配SP400时这样的风格被严重限制[直接对比R2R2000的耳机输出]，尤其是在平板扬声器的耳机上，这应该算得上SP400的一个大短板。相对来说，R2R2000耳机直接输出的高频明显听感占优，层次丰富，舒展优美。而SP400则高音太紧，损失了不少层次。

在高音的密度、动态方面，SP400表现的足够好，控制力也很不错，除了高频偏高部分太紧损失层次之外，其他部分可以认为是风格差异。

中音表现：SP400耳放在搭配M400时，基本延续它的中频风格，不够厚实，但细节表现不错，搭配不同的耳机SP400的中频略有差异。例如HD650上，本来耳机声音本来比较死但也算饱满，但在SP400下饱满程度略有下降，哪怕是搭配R2R2000，这样的组合下来也不会觉得搭配HD650声音厚重，所以这个耳放还是挺有个性。而如果搭配HE1000，耳机本身细节表现很好，但厚度也比较一般，搭配SP400就更像是一个清淡款组合。好在声音动态还是不错，另外，在中频部分，没有高音那么夸张了，声音中性，张力不错，大动态表现稳健。用来搭配R2R2000时，整个声音浓郁味道有所减弱，动态有所加强，风格有所变化。

低音表现：SP400耳放本身的低频并不浓郁，哪怕是下潜较深部分的听感也并不宽松，整体是一种追求较快速度，声音干净的走向风格。哪怕是搭配M400，也是如此。我们使用低频偏宽松浓重的Deva、K812等搭配，基本都会得到更为偏清淡的效果，哪怕搭配R2R2000。好处是，对于高品质的耳机，可能会听到更多低频的细节。不足是，恐怕怎么组合也很难得到厚重的听感了。

总结双木三林SMSL SP400耳机放大器，使用了THXAAA-888旗舰芯片，也是我们首次体验到THXAAA旗舰级、桌面级方案的表现，之前只听到过移动设备上的表现，说实话，表现最好的可能还是Drop的Panda耳机内置的THXAAA耳放。这款旗舰和飞傲M11 Plus LTD中的THXAAA-78表现都一般。SP400耳放从客观测试来看数据漂亮失真很低，但它也拥有自己的声音风格，更为中性化，瞬态速度更快，整个声音收紧，中频、低频哪怕前端是很暖的风格也会变得干脆利落。而如果耳机本身又是清淡风格，那可能听起来瞬态细节是更好了，但也因为声音过紧损失层次，尤其是在高音部分。单从声音表现来看，这款耳放做成桌面耳放没有起到应有的作用，挑战目前中高端便携式播放器都比较吃力。

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