这篇关于音频接口的文章部分来自于一个工作项目的背景调查。背景知识的收集和整理都是小事，边肖只能尽量让写作组织得有逻辑、有趣。
3.5毫米接口的诞生
在边肖的印象中，80年代和90年代大街小巷的walkman的耳机接口还是很不一样的，包括3.5mm的耳机接口。追溯历史，这个界面最早诞生于19世纪。当时电话刚刚诞生，由于技术限制，还没有程控交换。连接对方电话完全靠手动插拔开关上的插头，也就是现在的3.5mm耳机接口的前身。但在当时，这些塞子的直径大多为四分之一英寸，即6.35毫米。
(接线员，图片来自互联网)
后来随着这种插头的广泛应用，开发出了各种尺寸和变体型号。常见的是3.5mm的接头，更小的是2.5mm的接头。
四段3.5mm接口(TRRS)被广泛接受为标准，由日本JEITA制造的EIAJ RC-5325A(左下)完成，并于1993年5月出版。这是目前最常见的耳机接口(下次抵制日货，路过请注意拿起耳机)。如果认真的读者搜索这个标准，他们会发现它指的是标准的IEC 60130-8(右下方)。该IEC 60130-8标准较老，第一版于1976年制定。其1986年修订版被中国信息产业部通信行业标准《YD-T 1885-2009 移动通信手持机有线耳机接口技术要求和测试方法》(下图左下)引用，2009年生效。对比这三个标准制定的时间，可以看出我国信息产业的落后。
(标准文档截图)
这里不得不提两个容易混淆的英文单词，耳机和耳麦。前者不包括麦克风，通常翻译为耳机。后者包括麦克风，甚至线控按钮，通常被翻译为耳机。你可能注意到了，近几年生产的笔记本电脑一般只有一个3.5mm耳机二合一接口，而不是有两个3.5mm接口，一个是耳机接口，一个是麦克风接口。这从一个侧面说明，手机的普及导致了集成耳麦的耳机越来越普及，甚至影响了笔记本电脑音频接口的选择。
(联想笔记本从耳机麦克风分离接口到耳机麦克风一体化接口)
仔细看看界面
在正式的标准文件中，这个耳机接口被称为3.5mm同心连接器。顾名思义，界面的横截面是同心圆。从下图可以看到四个常用接口，分别是2、3、4、5触点。这些联系人也有固定的名字，分别用字母T、R和S表示。t(尖)代表尖，R(环)代表中环，可能有一个或多个R，S(套)代表端环套。使用缩写，您可以轻松地命名接口。例如，下图中的四个接口分别命名为TS、TRS、TRRS和TRRRS。每两个导电触点之间有一个绝缘环套。
(各种耳机接口：TS，TRS，TRRS，TRRRS)
现在最常见的接口是TRS和TRRS。TRS是一个三触点耳机接口，左右声道各有一个接地。耳机中使用的TRRS比耳机插孔多一个触点，用于传输麦克风信号。
(最常见的耳机接口类型：TRRS在上，TRS在下)
因为麦克风信号的引入，TRRS阵营分裂成三大派别，实际上有三个标准。他们是OMTP、CTIA(也叫AHJ)和特立独行的“苹果派”。OMTP和CTIA的区别在于话筒和地面的顺序。如果l代表左声道，r代表右声道，g代表地面，m代表麦克风，那么OMTP的TRRS就是LRMG，CTIA的TRRS就是LRGM。
中国的标准采用OMTP。这是标准制定时(2008年左右)国内主流市场决定的，无可非议。
与OMTP和CTIA兼容
然而，特立独行的苹果采用了与CTIA相似的方式，但又不完全相同。我们先来看看安卓手机的标准做法。要求安卓系统支持CTIA模式，有特殊规定的地区除外。例如，在中国上市的Android设备需要支持信息产业部规定的OMTP标准。
(安卓系统对耳机接口标准的规定)
早期的苹果手机也采用了类似的做法，即国内行货和水货苹果设备采用不同的标准。然而，为了节省成本和统一制造工艺，创新的苹果公司从iPhone 4S开始就采用了兼容OMTP和CTIA的耳机接口。手机内部装有自动检测电路，可以判断插入的耳机是OMTP还是CTIA。这种改善用户体验的创新方式非常值得称道，并引起了ic的强烈研究兴趣。但由于苹果手机内部信息难以获取，ic在网上搜索了很久，找到了一个比较接近的替代方案，供大家参考。核心是飞兆公司(Fairchild)的一款芯片FSA8049。
(FSA8049原理图)
原理大概是这样的(不感兴趣跳到下一段)。我们知道耳机上的麦克风需要偏置电压才能工作。FSA8049检测GND和麦克风引脚的电压。MIC有一定的内阻，所以上面的电压肯定不是0，而GND是直接接地的，检测到的电压肯定是0。结合其他一些控制逻辑，我们可以判断哪个是GND，哪个是MIC。这个检测电路的原理非常简单。考虑到苹果自身强大的芯片研发能力，在A系列处理器上集成这样的检测电路并不难。高度集成带来的成本基本可以忽略不计，但是减少了地区法规带来的产品差异。
线控原理
耳机上的线控按键也有一些标准。比如安卓系统的耳机键位线控原理如下。
(安卓耳机按键原理)
当按下一个键时，相应的电阻接地。不同的按键对地电阻值不同，所以按键上的分压力也不同。这样，通过检测电阻上的电压值，就可以知道按了哪个键。再加上时间检测，可以支持短按、长按或快按等按键序列。Android系统指定了如下一些按键序列。
(Android系统中耳机按键的定义)
在如今这个手机普遍不附带耳机的时代，这个标准大大增加了耳机的通用性。苹果的“派”，前面提到的TRRS三派之一，就是麦克风的做法和每个键的电阻都不同于CTIA标准，自成一派。所以如果你把苹果耳机插到安卓手机上，麦克风和线控功能可能会不正常。
在风中吹拂？
iPhone 7的推出是否意味着3.5mm耳机孔将走向末路，见仁见智。然而，毫无疑问，苹果正在引领数字潮流。就像3.5寸软驱的取消，光驱的取消，最早是在苹果产品上实现的。比如联想最近推出的Moto Z也取消了3.5mm耳机插孔，在Type C插孔上重复使用。
不过，毫无疑问，苹果加强了对配件的控制。MFi认证贵，现在连耳机产品苹果都要咬一口。很多耳机厂商能认同吗？所有耳机发烧友都能答应吗？
抛开这些，把传统的3.5mm耳机接口换成Lightning或者Type C接口会带来什么问题？我们知道3.5mm接口传输模拟信号，现有的TRRS模式最多传输一个左右声道的模拟信号。如果您使用Lightning或Type C等数字接口，耳机将接收音频数字信号。首先，耳机内部电路需要对数字信号进行解码(考虑MFi或者以后对这些有版权保护的数字音频进行加密，也需要对其进行解密)，然后通过模数转换器(DAC)产生模拟信号，再发送给耳机中的扬声器，驱动扬声器振膜产生声压，使人耳能够听到。可以看出，这款数字耳机相比传统耳机，解码模块、DAC模块、放大器更多，成本一下子高了很多。如果是适合苹果产品的耳机，需要MFi认证，这又是一笔费用。可以预见，短时间内数字耳机的价格还会居高不下。
从另一个角度来看，数字音频的传输将不再受到TRRS等有限的信道数量的限制。或许耳机内置的多个发声单元会独立接收自己的数字音频，产生更丰富的音频效果，这将非常有利于AR/VR的沉浸式应用。耳机还将配备多个麦克风甚至麦克风阵列，以实现降噪、回声消除和声源定位等高级音频应用。想想这些好看的应用，是不是觉得高昂的价格可以默默承受？
有着上百年历史的传统模拟耳机接口会在风中飘摇吗？数字接口耳机会带来哪些令人耳目一新的应用？Ic会和你一起密切关注！
标签：耳机接口标准