耳机/麦克风插孔的带宽

Posted 2023-03-14

【中文标题】耳机/麦克风插孔的带宽

【英文标题】：Bandwidth from headphone/microphone jack

【发布时间】：2011-01-11 23:52:15

【问题描述】：

在看到 Square 使用 iPhone 上的耳机插孔发送信用卡数据后，我对此产生了兴趣。

iPhone、普通笔记本电脑和普通移动设备上耳机插孔的平​​均带宽是多少？

可以通过在不同的通道（左/右）上发送不同的数据流来加倍吗？

【参考方案1】：

一个问题是音频电缆的带宽，我不会在这里讨论。至于音频端口，假设声卡在 16 位/样本/通道时的最大采样率为 44,100 或 48,000 个样本/秒，因此最大带宽为 22.05 或 24 kHz（基本上是Nyquist-Shannon sampling theorem 的结果，尽管对于声音采样，采样信号还必须是连续幅度才能应用此定理）和立体声传输速率为 176.4 或 192 kBps。

根据Studio Six Digital，iPhone 上的线路输入支持最大采样率 48 kHz。 3G 版本的麦克风也以 48 kHz 运行，而第一代 iPhone 的麦克风以 8 kHz 采样。我无法找到 iPhone 的位深度规格，但我相信它使用 16 位样本。 24 位样本是另一种可能性。

根据Apple forums 的Fortuny 引用Apple Audio Developer Note 的说法，MacBook 上的线路输入支持高达24 位采样，采样率为96 kHz，数据速率为576 kbps。 Apple 的 MacBook External Ports and Connector's 页面将最大采样率列为 192 kHz，但他们可能已将其切换为使用光纤端口的数字音频的最大采样率。

对于rate comparison，电话系统在 8 位/单声道采样时的采样率为 8 kHz，因此最大数据速率为 8 kbps。 FM 在 16 位/样本/通道时的采样率为 22.05 kHz，是立体声，因此数据速率为 88.2 kBps。

当然，上面的计算忽略了数据流的同步和检错纠错的问题，所有这些都会消耗一部分信号。

【讨论】：

峰值传输速率不应该是 176.4 kbps（位）而不是 kBps（字节）吗？你能解释一下你的计算吗？

@user657429：检查您的数学：44,100 个样本/秒 * 2 个字节/样本/通道 * 2 个通道 = 176400 个字节/秒

你们两个在比较苹果和橙子：你们中的一个在谈论表示音频信号样本的数据速率，另一个在谈论可能的数据速率通过简单的方式在音频信号中编码。

【参考方案2】：

典型的音频设备最大为 48Khz 立体声，许多设备可以处理 96Khz。

当然，耳机插孔输出的是模拟的，而不是数字的，而且它在输出时也会经过一些过滤器，因此可以采用某种音调调制。立体声通道之间可能存在一些串扰 - 串扰的多少将取决于设备。

0ld 型电话调制解调器可以通过标准模拟线路发送 9600 波特，这些线路甚至不如典型的耳机插孔干净。那就是单声道。我认为您可以在不费力的情况下获得每通道 2400 波特。

如果您在信号处理方面非常聪明，您可能能够达到高达 100K 的波特率。 上次我查看信用卡验证系统时，它们被设计为以 2400 波特单声道运行，如果他们仍然知道购买点系统有多大的惯性，我不会感到惊讶。

【讨论】：

DVD 是 48Khz，所以现在大多数声卡都支持。去年的 CD 是如此 :)

【参考方案3】：

我不确定这是否适用于所有系统，但几乎所有（如果不是所有）采样系统都使用 1 位增量调制系统，该系统很可能嵌入到大多数便携式设备的 dsp 芯片组中。抽取（将 1 位更改为 16,20 或 24 位）在软件中完成，抗混叠滤波器也是如此。请注意，这些 dfp 芯片正在通过硬件进行优化，以降低能耗，因此它们通过软件生产的产品可能会受到限制。

就奈奎斯特的限制而言 - 在通过良好控制的数据路径传输数字信息时，这些限制并没有真正体现出来。如果您查看调制解调器及其传输信息的方式 - 它们使用大量 DSP 通过使用相移键控来发送更高的带宽 - 它着眼于与载波信号时序的相对相移，并且可以区分比奈奎斯特极限的正常加倍。（以 44khz 采样，同时以 20khz 产生数据），因此与 180 度偏移相比，dsp 可以看到载波频率偏移 10 或 20 度。这是因为您有一个要比较的参考信号。

此外，数据流是所有宽带扩频编码的，这增加了一大堆密度（查找宽带的 jesse russell 和扩频中的 Hedy Lamarr）

我的笔记本电脑在 24 位（戴尔 xrs/14z）下运行 192khz，或者他们说。我通常通过网络连接将我的音频传输到我的主工作室电脑，该电脑有一个 ADAT 光纤连接到远程单元，因此我可以获得出色的噪音和串扰水平。笔记本电脑和智能手机充满了数字噪音，而且体积太小，无法减少这些问题。在他们获得数字耳机（不太可能很快）之前，他们必须像在专业录音棚中那样使用离散系统。

【参考方案4】：

我整理了一个库来为自己回答这个问题。 iPhone 的截止频率非常典型，约为 20kHz，因此您可以实现的数据速率仅取决于您的 SNR 有多好。相关理论是香农-奈奎斯特极限。我已经设法用这个库达到了大约 64kbps，我认为通过更好的调整可以实现更多

如果您想查看图书馆，请拨打https://github.com/quiet/quiet 现场演示：https://quiet.github.io/quiet-js/lab.html

【参考方案5】：

20Khz 几乎是任何用于传输音频的电路的最大值，因为它几乎是人耳频率响应的最高值。鉴于 Nyquist 限制，您可能正在查看 10Kb/sec 的最高值。当然，Back In The Day(TM)，我们认为 9600b/s 是高速的，所以它可能已经足够了。是的，您可以使用立体声输出将其翻倍。

【讨论】：

这种简单的分析可能适用于纯频移键控，但还有许多其他选择。考虑到您提到的 9600 波特显然是指仅具有大约 3 KHz 音频带宽的电话音频电路。多位编码（如 QAM 及更高版本）甚至更适用于问题中涉及的低噪声、更高幅度分辨率的通道。