音频知识的学习

项目5　音频线材的制作

引　言

随着科技的不断发展，便携产品层出不穷，从日常使用最广的手机，到掌上娱乐产品的MP4以及时下最流行的IPAD，都已成为不可或缺的电子产品。为了让人耳能够听见这些产品播放的声音，它们内部都包含有一个共同的部件，称为音频功率放大器，简称音频放大器。为了让家中的音响发声，我们也需要借助音频放大器的帮忙，将声音进行放大，因此，音频放大器无处不在。此外，音频线也是必不可少的设备，它是将音频信号从发送端（如手机、MP3等设备）传送给接收端（如耳机、音响等设备）的重要工具，音频线质量的好坏将直接影响用户所收听声音的音质效果。

知识目标

1.了解音频放大的基本原理。

2.了解与音频线材相关的器件和设备的知识。

3.掌握音频线材的制作方法。

技能目标

1.具备基本的电工工具的使用能力。

2.能够熟练制作音频线材。

3.具备使用测试设备对制作的音频线材进行检测的能力。

4.具备一定的故障排查能力。

任务1　音频知识的学习

任务描述

在进行音频线材的制作之前，首先应对音频知识有所了解，主要包括：

①音频功率放大器的基本知识。

②RCA接头、耳机接头、音频线以及扬声器等设备的基本知识。

任务工具准备

①计算机。

②互联网。

③图书资料。

④相关音频设备及线材。

任务引导性实施行动

通过使用Internet以及其他图书资料，结合表5- 1的内容，了解音频的基础知识，并做好详细记录。建议搜索关键词为“音频功率放大器”“RCA接头”“耳机接头”“音频线”“扬声器”等。

表5- 1

续表

知识点掌握情况评价表

根据任务引导性实施行动，通过教师评价或学生互评的方式，从知识能力、通用能力以及态度等方面对学生的知识点掌握情况做出评价，并填入表5- 2中。

表5- 2

相关知识与技能

1）音频功率放大器

音频功率放大器就是将表征声音的电信号进行放大，用来驱动诸如扬声器等设备发声的设备。其原理框图如图5- 1所示。音频功率放大器包含一个电压放大器和一个电流放大器。

图5- 1

（1）电压放大器

电压放大器主要用来将输入的信号进行电压放大，以达到一定的程度。虽然输入的信号源已经是电压信号，如MP3耳机插孔的输出信号，但是它的电压幅度还不够大，不足以驱动如扬声器等设备，因此，电压放大器的作用就是将该信号进一步放大。

（2）电流放大器

电流放大器也称功率输出级放大器，用来对信号进行电流放大。电压放大器已将电压放大到适合的程度，电流放大器通过对电流的放大，达到对信号功率的放大，同时经过电流放大器后，音频功率放大器就能够驱动阻抗较低的负载。

目前，许多音频功率放大器都采用集成功率放大模块芯片，不仅可以大大减少放大器的体积，而且还具有噪声低、灵敏度高、音质出色、输出功率大等特点。因此，这些集成功率放大模块可以直接作为汽车音响或其他音响的功率放大模块使用。本项目采用东芝（TOSHIBA）的TA8210AH型集成功率放大模块，其输出功率可达20 W，如图5- 2所示。TA8210AH典型的应用电路如图5- 3所示。

图5- 2

图5- 3

2）音频器件简介

（1）RCA^[1]接头

RCA接头，又称AV^[2]接头，由于其连接头比较像莲花，因此也被称为莲花头，如图5- 4所示。

图5- 4

RCA接头是目前最常见的一种音、视频接线端子，采用同轴传输信号的方式，中轴用来传输信号，外沿一圈的接触层用来接地。其内部结构如图5- 5所示。

图5- 5

RCA端子不仅可用在音频领域来传输数字音频信号，还可用在视频领域来传输模拟视频信号。应用于音频领域时，常使用一对RCA端子分别表示左、右声道接头，其中左声道常使用黑色或白色RCA端子，右声道常使用红色RCA端子，如图5- 6所示。有时中置和环绕声道连接线会用其他的颜色标注以方便接线时的区分，但整个系统中所有的RCA接头在电气性能上都是一样的。

图5- 6

当应用于视频领域时，常使用3个RCA接头，如图5- 7所示。

图5- 7

（2）3. 5 mm耳机接头

当MP3、笔记本电脑等设备需要外接耳机或者放大器时，就需要使用3. 5 mm耳机接头，也称小三芯接头，如图5- 8所示。

图5- 8

3. 5 mm耳机接头可用于传输双声道^[3]或者单声道^[4]信号。其内部结构如图5- 9所示。在传输双声道信号时，接头内所有端子都必须连接，包括左声道、右声道以及接地焊接端子，具体操作步骤详见任务2；如果仅作单声传输，则只要连接接头内部的左声道或右声道焊接端子的任意一个以及接地焊接端子即可。

图5- 9

当外接放大器时，3. 5 mm耳机接头需要装换为RCA接头，如图5- 10所示。

图5- 10

（3）音频线

音频线的种类很多，常见的有单芯音频线和双芯音频线。

①单芯音频线

单芯音频线为单芯屏蔽导线（见图5- 11），主要用来传输音频信号，如作为3. 5 mm耳机接头与RCA接头的连接线。单芯音频线也可用来传输模拟视频信号。

图5- 11

②双芯音频线

双芯音频线为双芯屏蔽导线，常用来作为3. 5 mm耳机接头互联接线，也称耳机线、对录线，如图5- 12所示。

图5- 12

（4）扬声器

扬声器是用来将输入的电信号转换成为声音信号的设备，也就是平时常说的喇叭，如图5- 13所示。

扬声器具有3个参数，分别为阻抗、功率和频率响应。

①阻抗

每个扬声器都有一个阻抗，一般称为额定阻抗，也称平均阻抗。在实际使用时，可将扬声器看做是一个阻抗为Z的简单的阻性负载。例如，将一个阻抗为4 Ω的扬声器作为音频功率放大器的输出负载，那么放大器将视该扬声器为一个4 Ω的阻性负载，放大器输出的电流为Vout/ Z。由此可知，如果扬声器的阻抗越小，对于放大器来说，其带载能力就要越强，输出的电流就要越大，或者说，放大器所带的扬声器负载较重。另外，放大器如果驱动两个并联的4 Ω扬声器，则等效于驱动一个2 Ω的扬声器。

图5- 13

②功率

扬声器的功率决定了扬声器所能发出的最大声强，从听觉上来说就是扬声器发出的声音能有多大的震撼力。

③频率响应

扬声器的频率响应表示扬声器可以有效响应声音信号的振动范围大小。一般低频的扬声器可以处理低于200 Hz的声音，中频的扬声器可以处理500～3 000 Hz的声音，高频扬声器可以处理高于3 000 Hz的声音。有些扬声器是全频段的，它可以处理的频率范围为100～15 000 Hz，但是这种扬声器的音质不如由低频、中频和高频构成的组合扬声器的音质。

根据原理不同，扬声器可分为电动式、静电式、电磁式和离子式。其中，电动式扬声器使用的场合最广。电动式扬声器还可分为纸盆式扬声器和号筒扬声器，如图5- 14所示。

如图5- 15所示，纸盆式扬声器的基本工作原理是：当变化的电流流过一个围绕着磁棒的运动线圈时，运动线圈将受迫前后振动^[5]，固定在运动线圈上的纸盆就会前后振动而发声。

图5- 14

图5- 15

想一想

立体声与双声道的区别是什么？

任务2　音频线材的制作

任务分析

为了将MP3等数码产品的声音传输给放大器等设备，就必须制作音频线材。对于已经含有耳机接口的设备，只需要制作一根3. 5 mm耳机接头的互联接线即可，如图5- 16所示。

图5- 16

对于仅含有RCA接口的设备，则必须制作一根3. 5 mm耳机接头与RCA接头的转换接线，如图5- 17所示。

图5- 17

本任务的主要内容包括：

①3. 5 mm耳机接头互联接线的制作。

②3. 5 mm耳机接头与RCA接头转接线的制作。

任务准备

①计算机。

②互联网。

③图书资料。

任务2. 1　3. 5 mm耳机接头互联接线的制作

任务描述

根据如图5- 18所示的装配示意图，制作一根3. 5 mm耳机接头互联接线。

图5- 18

任务引导性实施行动

①将学生分成若干小组，以小组为单位，每组成员进行分工，包括任务负责人、采购人员、安装人员、验收人员等，由任务负责人统筹负责整个安装任务的顺利实施。

②根据如图5- 18所示的装配示意图，全组人员通过讨论等方式，编写元器件采购清单（见表5- 3），并由采购人员负责完成材料采购。

表5- 3

③元器件采购到位后，应由任务负责人编写线材制作注意事项表（见表5- 4），并由组员讨论通过。

表5- 4

④在教师的指导下，并结合相关资料，组员共同完成线材制作步骤的编写，并由安装人员负责实施。

⑤线材制作完毕后，全组人员通过讨论等方式回答如表5- 5所示提出的问题。

表5- 5

⑥安装人员在确认无误的情况下，将制作好的线材提交验收人员进行验收。验收人员应编写相应的验收报告（见表5- 6），并提交所有组员审核；若验收环节发现问题，验收人员应编写问题点反馈表（见表5- 7），并提交安装人员进行解决。如此反复，直至线材验收通过。在此过程中，项目负责人和其他组员应监督验收人员以及安装人员的工作是否到位。

表5- 6

表5- 7

⑦各组通过实际设备检测所制作的互联接线的效果。

任务2. 2　3. 5 mm耳机接头与RCA接头转接线

任务描述

由于3. 5 mm耳机接头能够传输两路信号，即左声道和右声道信号，而单个RCA端子仅能传输单路信号，因此，为了将两个声道的信号同时传输给放大器，就需要两个RCA端子与耳机接头连接。各小组在教师的指导下，通过查阅相关资料等方法完成3. 5 mm耳机接头与RCA接头转接线的制作任务，装配示意图如图5- 19所示。

图5- 19

任务引导性实施行动

在任务2. 1的基础上，各小组完成图5- 19的安装，按照任务2. 1所述的范例自拟相关表格，并将实验数据和结论填入相应表格中。

知识点掌握情况评价表

根据任务引导性实施行动，通过教师评价或学生互评的方式，对两个任务安装过程中学生的操作情况做出评价，并填入表5- 8中。

表5- 8

相关知识与技能

1）3. 5 mm耳机接头互联接线的制作

（1）材料清单示例（见表5- 9）。

表5- 9

（2）制作过程注意事项示例（见表5- 10）。

表5- 10

图5- 20

（3）制作步骤示例

①截取一定长度的音频线，将其两端外部的绝缘层剥去适当长度，并将其内部的信号传输线以及屏蔽线整理清楚，如图5- 21所示。

图5- 21

②将信号传输线外层的绝缘皮剥去，露出适当长度的金属层。

③将音频线一端的信号线的金属层以及屏蔽线与耳机接头的对应端子相连，如图5- 22所示，请注意颜色区别。

图5- 22

④通过电烙铁将连接处进行焊接，并将“卡爪”夹紧导线的外层，固定耳机接头与导线的位置，如图5- 23所示。

图5- 23

⑤将“焊接端绝缘套”套入焊接部位，并将“套筒弹簧”装入“套筒”中，最后将耳机接头旋入“套筒”中，如图5- 24所示。

图5- 24

⑥按照同样方法处理另一个耳机接头。

（4）线材测试方法示例

测试需要使用的设备及材料如表5- 11所示。

表5- 11

测试步骤：

①使用数字万用表测试导线是否出现短路（包括信号线与信号线之间、信号线与屏蔽线之间）、焊接错误以及虚焊的情况。

②确认线材焊接无误后，将制作好的3. 5 mm耳机线分别插入MP3和音箱的耳机接口中。

③启动音箱电源并使MP3开始播放，若能够从音箱听到MP3播放的声音，则表示线材制作成功。

2）3. 5 mm耳机接头与RCA接头转接线制作

（1）材料清单示例（见表5- 12）

表5- 12

（2）注意事项示例（见表5- 13）

表5- 13

（3）制作步骤示例

①单芯音频线与RCA接头互联

a.单芯音频线截取一定长度，将其两端外部的绝缘层剥去适当长度，然后将信号线外层的绝缘皮剥去。

b.将单芯音频线一端的信号线的金属层以及屏蔽线与其中一个RCA接头的对应端子相连，如图5- 25所示。

图5- 25

c.将连接处通过电烙铁进行焊接，并将“卡爪”夹紧导线的外层，以固定RCA接头与导线的位置，如图5- 26所示。

图5- 26

d.将“焊接端绝缘套”套入焊接部位，并将“套筒弹簧”装入“套筒”中，最后将RCA头旋入“套筒”中，如图5- 27所示。

图5- 27

e.按照同样方法完成另一根单芯音频线与另一个RCA接头的互联。

②单芯音频线与3. 5 mm耳机接头互联

a.将两根单芯音频线另外一端的信号线按照对应关系与耳机接头相连，并将两根单芯音频线的屏蔽线均连接在耳机接头的“接地焊接端”，然后将连接处通过电烙铁进行焊接（见图5- 28），请注意声道对应关系。

图5- 28

b.将“焊接端绝缘套”套入焊接部位，并将“套筒弹簧”装入“套筒”中，最后将耳机接头旋入“套筒”中。

（4）线材测试方法示例

测试需要使用的设备及材料如表5- 14所示。

表5- 14

测试使用的音频功率放大器为0312A汽车功放，其电路板外观如图5- 29所示。

图5- 29

测试步骤：

①使用数字万用表测试焊接的导线是否出现短路（信号线与信号线之间、信号线与屏蔽线之间短路）、焊接错误以及虚焊的情况。

②确认线材焊接无误后，将制作好的连接线分别插入MP3的耳机接口和功放电路板上的音频输入接口中。

③将扬声器接入功放电路板扬声器接口中，请注意扬声器极性。

④将适配器接入功放电路板的电源接口中，并启动MP3开始播放。若能够从扬声器上听到播放的声音，则表示线材制作成功。

想一想

如果扬声器的极性接反，还能够发声吗？会造成什么结果？

【注释】

[1]Radio Corporation of American。

[2]Audio Video。

[3]左、右声道。

[4]单声道传输的原理与RCA端子相同，采用同轴方式传输。

[5]法拉第定律。