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接驳耳机只是它的副业——99%用户都不知道的3.5mm耳机接口应用揭秘

 tywqz 2016-01-10


近日,超过20万网友在SumOfUs.org网上发起请愿书投票,反对苹果公司取消3.5mm标准耳机接口设计。此前一直有消息称,苹果将取消3.5mm标准耳机接口设计,随后又有来自供应链的人士证实了这一消息。


苹果将取消3.5mm耳机接口的消息一出,便有不少果粉表示反对,吐槽声也接连不断。他们在请愿书中表示,若取消了标准耳机接口,首先一定会让他们现有的耳机无用武之地,而不得不去适配蓝牙耳机造成巨大的浪费;其次,目前标准3.5mm耳机接口的用户需求量非常大,作为一个已经融入用户使用习惯的特性,苹果贸然取消定会造成用户的不便。


除了不传统使用习惯带来的用户行为习惯眷恋外,很多用户其实本身并没有充分发挥3.5mm耳机接口的性能。


从完全没有声音到线控失灵

要求不高的人士往往购买手机时附带的耳机就能够满足需求,但一些对音质或者是通话方面有着较高要求的网友通常就会选择去买一副高档点的耳机,如果只是为了聆听音乐去买了一副不带麦克风线控的耳机通常是不会带来任何问题的,要是为了通话买了副带麦带线控耳机可能麻烦就接踵而来了,一副看似简单的耳机竟然出现了不兼容的情况,不是线控上的各种按键功能错乱就是完全失灵,甚至还会出现完全无法聆听的情况,这究竟是怎么了?


不少用户都会为手机单独购买一副耳机

在解决这个问题以前,小狮子想先从耳机插头的构造讲起


小插头藏着大奥秘

四段耳机插头两种标准

智能手机所使用的3.5mm TRRS端子是有两种接口定义标准的,OMTP和CTIA,OMTP就是我们俗称的国家标准,CTIA是国际标准,两种标准在接口前两段的定义都是相同的,从上至下依次是左声道和右声道的正极,但后两段定义就不同了,OMTP采用了线麦克风正极再接地的设计,而CTIA则正好相反,先接地再麦克风,相信各位网友都知道要使电路导通必需使其成为回路,如果手机的耳机接口采用OMTP标准,插入CTIA标准的耳机肯定是不能形成回路的,这就是为什么有耳机在手机上无法出声了。


除了常见的四段式耳机插头外,还有一种是三段式耳机插头。四段式为TRRS端子,而三段式接口叫做TRS端子。三段式的TRS端子的定义,从上到下依次是左声道、右声道和接地,这让其能兼容任何手机。

三段式


告别无声和线控失灵问题

了解耳机插头构造以后,要解决两种标准不兼容其实挺简单的。只要把接地和麦克风正极交换一下就可以了,各位小伙伴只要在网上搜索一下就会发现,卖OMTP、CTIA转接插头的商家还是蛮多的,而且价格也不贵,如果身边遇到了这种情况不妨可以选择购买一个转接头。随着手机不断的发展,这种完全不兼容的也在不断减少,最新的手机基本都使用了CTIA标准,此外据说也有手机加入了OMTP/CTIA识别机制,手机可自动识别标准自适应输出。


不少店铺有售OMTP/CTIA转接头


遇到最多的不兼容情况还是要属线控失灵了,既然我们已经了解到耳机接口的定义,那么多键线控操控是如何实现的?其实原理也很简单,耳机接口上用于输入信号的只有麦克风正极了,既然多键线控耳机一样是使用4段式的接口,那么线控的命令一定也是通过这里输入手机的。


线控按键的电路原理


市面上常见的线控类型大致有这几种,音量滑块带麦线控、单键带麦和多键带麦,通过音量滑块改变音量原理很简单,只要在电路当中串入可变电阻即可实现。采用多按键的就比较复杂了,但依旧是通过改变电阻来实现的,从原理电路图上不难看出,不同的按键下串入了不同的电阻,当按键被按下后不同的电阻被接入到了回路当中,麦克风正极接收到的信号也随之发生改变,借此手机可以来识别用户按下的是哪个按键,应该执行何种操作。


耳机线控内部


那么出现线控不兼容的原因也显而易见了,就是由于不同厂商对线控设计、定义不同,导致手机无法正确判断输入的信号应该是对应哪种操作。对于线控功能失灵的现象还没有非常简单有效的解决方法,少部分动手能力较强的网友选择了DIY自行更换线控,但风险很大,小狮子是不建议大家效仿的。


音频信号带来的隐藏技能

我们知道,耳机是用来听音乐、打电话的,既然是和声音相关,那么耳机线上传输的就是音频信号,常见的音频信号一般都是在100Hz~10KHz的范围内,而耳机线传输的音频信号一般是1250Hz~9600Nz之间的交流音频信号。手机里面音频输出系统的幅频特性,也既是带宽概念。那么,既然有带宽,我们就可以在这个频带内实现我们的通信信道了。


注意左右声道的区别


不难发现有了左右声道,向外设扩展头供电和发送数据就有了相应通信线路的支持,另外有了MIC这个打电话时输入说话的信号通道,那么手机接收数据也有了硬件通道的支持。有了通信基础的支持,剩下的就是数据的调制工作,耳机接口除了支持模拟调制外,还支持数字调制。模拟调制就是把模拟信号(比如人说话的声音)直接加载到电磁波上;而数字调制就关联了我们熟悉的FM调频,AM调幅和PM调相。其中调制解调有2进制、4进制、8进制调制等,由于数字系统中是,使用的正是0、1表示的二进制数据,自然就能明白其数据传输和转化的可能性。


拉卡拉刷卡器通过3.5mm接口其实仅仅是传输了银行卡的卡号数据


再来看看拉卡拉刷卡器是如何完成工作的,其实刷卡的工作就是将卡片信息传递给了芯片,芯片再将卡的信息编码成音频信号,利用MIC线发送给手机,手机端实际上是通过APP程序通过对音频信号的采样、解码最终得到卡信息。拉卡拉刷卡器其实仅仅是利用了MIC线路传输给手机APP的功能。


因而,耳机接口完全具备了数据通信的转换基础,同时是可以取电的,稍加创新就能挖掘出更多的潜在功能。可以想象,未来会有更多的类似方案,例如具备红外遥控功能的拓展头,或是能够检测周围环境温度、湿度指标等功能。

告别问题


玩转3.5mm耳机接口

上面的故事案例帮助我们了解了耳机插孔和插头的设定,利用这些设定,可为我们带来很多意想不到的玩法!


通常手机上的3.5mm耳机接口只是在佩戴耳机时才会用到(听上去像是废话),实际上3.5mm耳机接口的作用可不止听歌、打电话这么简单,和其他配件的结合,可以充当传输数据、充电、甚至是控制等功能,究竟这类产品设计是如何实现的呢?


一大堆智键来袭:360智键、米键、快按钮等一大堆智能按键都瞄准了手机3.5mm耳机插孔,该类产品都是以丰富手机的快速启动功能,和部分控制功能为目的,简单的说就是款智能的防尘塞子。


360智键靠3.5mm耳机接口来实现手机控制


搭配相应App,能实现丰富功能


移动支付更方便:前文已经提到拉卡拉移动POS机便可使用3.5mm耳机插孔同移动设备连接,在使用上非常简单,只需在手机安装拉卡拉手机客户端,并将刷卡器安装到手机的3.5mm耳机孔即可。具体使用时,首先选择初始页面即主菜单页面;选择“信用卡还款”。按照提示刷信用卡,输入永不准备还款的金额,按照提示完成操作即可,整个操作简单方便,无需单独开通网上银行,对于不会网购的玩家(尤其是中老年人)是一个很好的工具。


对于中老年群体而言,拉卡拉一类设备是非常不错的移动工具


让手机变身万能遥控器:各种家电都有自己的遥控器,众多遥控器虽然让各个家电显示了其存在感,但一堆遥控器找起来的确比较麻烦。而利用3.5mm耳机插孔,完全可以让手机变身万能遥控器。以酷开指尖遥控为例,其硬件设计看起来非常简单,产品主体外观是一个标准3.5mm耳机镀金接头,类似智键造型,当用户在将酷开指尖遥控插入iPhone上的耳机孔时,能通过将顶部的白色指示点旋转至向左或者向右(面对屏幕,将白色点转至左方为关闭,右方为开启)以此来控制指尖遥控和耳机孔内触点在绝缘体和金属之间切换,从而达到切换普通耳机模式和遥控模式的目的。配合相应的App软件,实现对各种家电的远程控制。


30元左右便可购买到一款万能遥控设备


各家万能遥控配套的App软件都比较类似


进阶学习:

3.5mm耳机接口红外遥控改造

很多家电都用红外遥控,如电视机、机顶盒、空调、电风扇等。越来越多的遥控器反而给我们带来了更多的问题,有时找不到遥控器放哪儿了,或者混淆了都是麻烦,事实上对手机进行简单的改造,可以自制一个万能红外遥控器,来看看我们如何“掌控”家中电器的。具体的文章《电脑报》早在2014年便有刊登,有兴趣的小伙伴,可以点击“原文阅读”,进一步挖掘3.5mm耳机接口潜力哦!


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