โดยทางทฤษฎีแล้ว ยอมรับกันว่า การเชื่อมต่อสัญญาณระหว่าง “ภาคขยายของหูฟัง” กับ “ตัวไดเวอร์ของหูฟัง” ด้วยเทคนิคที่เรียกว่า “balanced connections” จะมีข้อดีที่ส่งผลต่อ “คุณภาพเสียง” มากกว่า เมื่อเทียบกับการเชื่อมต่อด้วยเทคนิคที่เรียกว่า “unbalanced connections” (หรือ single-end connections)
(อยากรู้รายละเอียดเกี่ยวกับการเชื่อมต่อสัญญาณแบบ Balanced และ Unbalanced คลิ๊ก ที่นี่เลย!)
ที่มา เริ่มจากปัญหาความไม่ compactible นี่เอง..
วงจรอิเล็กทรอนิคที่ทำหน้าที่ขยายสัญญาณแบบบาลานซ์จะช่วยลด noise ในระบบลงไปได้มาก แต่จะให้ผลเต็มประสิทธิภาพจริงๆ ก็ต่อเมื่อสัญญาณเอ๊าต์พุตของวงจรขยายกับไดเวอร์ของลำโพง (หรือหูฟัง) ถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันด้วยเทคนิค balanced connections เท่านั้น
ภาพเปรียบเทียบลักษณะสัญญาณจากการเชื่อมต่อแบบ Unbalanced (ซ้าย) กับ Balanced (ขวา)
ซึ่งก่อนหน้าที่มาตรฐานใหม่ของการเชื่อมต่อสัญญาณเสียงด้วยขั้วต่อสัญญาณแบบบาลานซ์ 4.4 mm จะถือกำเนิดขึ้นมาเมื่อเดือนมีนาคม ปี 2016 นั้นๆ หลายๆ บริษัทผู้ผลิตแอมป์และหูฟังในวงการ portable audio ต่างก็ได้ออกแบบเทคนิคการเชื่อมต่อสัญญาณแบบบาลานซ์ระหว่างแอมป์หูฟังกับหูฟังขึ้นมาใช้เป็นของตัวเอง โดยอาศัยมาตรฐานของระบบการเชื่อมต่อเก่าๆ ที่ใช้ในวงการสื่อสารและวงการบันทึกเสียงระดับโปรเฟสชั่นแนลนั่นแหละ เอามาดัดแปลงใช้ นั่นทำให้การเชื่อมต่อสัญญาณด้วยเทคนิค balanced ที่มีใช้กันอยู่ในวงการหูฟังก่อนหน้านี้มีรูปแบบที่หลากหลาย ซึ่งแต่ละรูปแบบต่างก็มีรายละเอียดที่ต่างกันและไม่สามารถใช้งานร่วมกันได้ซะด้วย
ต้นตอที่นำมาตรฐาน balanced 4.4 mm มาใช้
เรื่องมันเริ่มต้นจากการที่คุณ Hara Yoshiaki ซึ่งมีตำแหน่งเป็น Chief auditor ของกลุ่มผู้กำหนดมาตรฐานให้กับอุปกรณ์ประเภท Sound Transducer ของสมาคมอุตสาหกรรมเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิคและข้อมูลข่าวสารของประเทศญี่ปุ่น หรือเรียกย่อๆ ว่า JEITA แกทำการค้นคว้าหาวิธีปรับปรุงคุณภาพเสียงที่ได้จากการเชื่อมต่อสัญญาณด้วยเทคนิค Balanced connections ระหว่างแอมป์หูฟังกับหูฟัง ซึ่งแกพบว่า รูปแบบการเชื่อมต่อสัญญาณเสียงระหว่างแอมป์หูฟังกับหูฟังด้วยวิธี Balanced connections ในขณะนั้นมีอยู่หลายรูปแบบมาก ต่างคนก็ต่างอะแด๊ปจากมาตรฐานเดิมๆ ที่ใช้ในวงการอื่นๆ มา เพราะว่าในขณะนั้นยังไม่มีรูปแบบใดที่เป็นมาตรฐานกลาง
โฉมหน้าคุณ Hara Yoshiaki (ขอบคุณภาพจากเว็บไซต์ Phileweb)
ซึ่งรูปแแบบการเชื่อมต่อแบบ Balanced connections ระหว่างแอมป์หูฟังกับหูฟังที่ใช้กันอยู่ในขณะนั้นทุกรูปแบบต่างก็มีข้อด้อยอยู่ 2-3 ประการ อย่างแรกคือ บางรูปแบบต้องใช้แจ๊คถึง 2 ตัวทำงานพร้อมกัน ซึ่งอาจจะใช้ได้กับแอมป์หูฟังแแบบที่เป็นขนาด desktop audio แต่ไม่เหมาะสมที่จะใช้กับแอมป์หูฟังแบบ portable audio เพราะยุ่งยากต่อการพกพา ในขณะที่บางรูปแบบใช้แจ๊คบาลานซ์มาตรฐาน DIN ซึ่งก็ไม่สามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ของคนอื่นที่ใช้การเชื่อมต่อที่ต่างกันได้ ส่วนข้อด้อยอีกข้อที่คุณฮาร่า แกมองเห็น นั่นคือความปลอดภัยในการใช้งาน ซึ่งการเชื่อมต่อแบบบาลานซ์ด้วยขั้วต่อมาตรฐาน XLR ที่มีระบบล็อคเพื่อตรึงตัวแจ๊คให้ติดแน่นอยู่กับแอมป์หูฟัง จะทำให้สายสัญญาณเสียหายได้ หรืออาจจะทำให้แอมป์ตกหล่นออกมาจากกระเป๋าเสื้อหรือกระเป๋ากางเกงได้เมื่อผู้ใช้เคลื่อนขยับศีรษะไป–มาเร็วๆ เหตุผลก็เพราะว่าแอมป์หูฟังในอนาคตจะมีขนาดที่เล็กและน้ำหนักเบาลงเรื่อยๆ นั่นเอง
คุณฮาร่า แกเลยคิดขึ้นมาว่า ถ้าปล่อยให้เป็นแบบนี้ต่อไปน่าจะไม่ดีแน่ แกเลยเริ่มต้นคิดถึงเรื่องมาตรฐานกลางขึ้นมา ..
ทำไมต้องเป็น Balanced 4.4 mm ?
คุณฮาร่า แกให้สัมภาษณ์กับเว็บไซต์ Phileweb ของญี่ปุ่นถึงเหตุผลที่เลือก Balanced 4.4 mm ให้เป็นมาตรฐานกลางไว้ว่า “If you insist that you want one manufacturer to use the standard of yourself, it will not pick up (laugh) ..” ถ้าคุณพยายามที่จะยัดเหยียดให้บริษัทอื่นหันมาใช้มาตรฐานที่คุณคิดขึ้นมา แน่นอนว่าจะไม่มีใครยอมใช้แน่ แกเลยมองหามาตรฐานเก่าๆ ที่เคยมีใช้กันอยู่แล้วมาดัดแปลงแก้ไขให้เป็นมาตรฐานกลางๆ สำหรับใช้ในวงการ portable audio นั่นเอง และนี่คือที่มาของมาตรฐาน Balanced 4.4 mm “balance connector for headphone”
แท้จริงแล้ว Balanced 4.4 mm ไม่ใช่ของใหม่ มันถูกใช้อยู่ในวงการโปรเฟสชั่นแนล ออดิโอและอุตสาหกรรมสื่อสารมานานมากแล้ว ชื่ออย่างเป็นทางการของขั้วต่อชนิดนี้คือ Tiny Telephone (TT) แต่ในวงการสื่อสารเขาเรียกขั้วต่อชนิดนี้ว่า “Bantam” ปลั๊ก จัดอยู่ในมาตรฐาน RC-8141 C ที่ออกมากำหนดสำหรับหูฟังที่ใช้ฟังเพลงนั่นเอง
เดิมทีนั้น bantam ปลั๊กมีอยู่แค่ 2 รูปแบบคือ TS (Tip-Sleeve) ใช้กับหูฟังโมโน และ TRS (Tip-Ring-Sleeve) ใช้กับหูฟังสเตริโอ คุณฮาร่า กับทีมที่ช่วยกันออกแบบมาตรฐาน ได้ทำการดัดแปลงส่วนของ conductor ให้เป็น TRRRS เพื่อใช้ส่งผ่านสัญญาณเสียงด้วยเทคนิคบาลานซ์ แล้วส่งให้ สมาคมอุตสาหกรรมเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิคและข้อมูลข่าวสารของประเทศญี่ปุ่น (JEITA) ทำการรับรองและเผยแพร่ออกสู่วงการอุตสาหกรรม ซึ่งทาง JEITA ได้เริ่มต้นกำหนดมาตรฐานเวอร์ชั่นแรกออกมาตั้งแต่เดือนธันวาคม ปี 2002 จากนั้นก็ได้มีการปรับปรุงเวอร์ชั่นมาอีก 3 ครั้ง ครั้งที่สองในเดือนมีนาคม ปี 2008, ครั้งที่สามเดือนมีนาคม ปี 2013 และเวอร์ชั่นล่าสุดที่ถูกนำมาใช้ผลิตจริงๆ นั้นเป็นมาตรฐานที่สรุปกันได้เมื่อเดือนมีนาคม ปี 2016 ที่ผ่านมา
ลักษณะของขั้วต่อ Balanced 4.4 mm
มาตรฐาน Balanced 4.4 mm ที่ JEITA กำหนดขึ้นมานั้น โฟกัสไปที่การเชื่อมต่อระหว่าง “เอ๊าต์พุตของแอมป์หูฟัง” กับ “แจ๊คหูฟัง” เป็นหลัก หัวใจสำคัญของมาตรฐานนี้จึงอยู่ที่ลักษณะของขั้วต่อที่มีลักษณะภายนอกเหมือนกับ phone jack ที่ใช้งานกันอยู่ในปัจจุบัน แต่มีขนาดต่างจาก phone jack ที่มีอยู่ทุกวันนี้
ลักษณะของแจ๊ค Balanced 4.4 mm กับขั้วต่อตัวเมียที่ใช้กับแจ๊ค Balanced 4.4 mm ซึ่งจะติดตั้งอยู่ทางฝั่งของ DAP หรือแอมป์หูฟัง (ขอบคุณภาพจากเว็บไซต์ Phileweb)
phone jack หรือ headphone jack เป็นมาตรฐานเก่าแก่ของขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่อสัญญาณอะนาลอก ออดิโอที่ออกมาตั้งแต่ช่วงศตวรรษที่ 19 เพื่อใช้กับแผงสวิทชิ่งโทรศัพท์ในยุคนั้น จนถึงปัจจุบันก็ยังคงดัดแปลงมาใช้กันอยู่ ลักษณะขั้วต่อแบบ phone jack ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายขณะนี้มีอยู่ 3 ขนาดด้วยกัน ขนาดใหญ่สุดใช้แท่งโลหะทรงกระบอกที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับ 6.35 mm (หรือ ¼ นิ้ว) ทำหน้าที่เป็นส่วนที่สัมผัสกับสัญญาณ อีกสองขนาดที่เหลือใช้แท่งโลหะขนาด 3.5 mm (1/8 นิ้ว) เป็นขนาดเล็ก (miniature) กับขนาด 2.5 mm (3/32 นิ้ว) เป็นขนาดจิ๋ว (sub-miniature)
เปรียบเทียบขนาดระหว่างแจ๊ค stereo TRS 6.35 mm (ซ้ายสุด), balanced stereo TRRRS 4.4 mm (ล่าง) และ stereo TRS 3.5 mm (ขวา)
หลักการทำงานของ phone jack ใช้วิธีแบ่งแท่งโลหะตัวนำออกเป็นปล้องๆ ไล่จากส่วนปลายแท่งขึ้นมา โดยเรียกแต่ละปล้องว่า conductor แต่ละปล้องจะถูกคั่นด้วยฉนวนเพื่อไม่ให้สัญญาณรั่วถึงกัน เมื่อเสียบแจ๊คลงไปในรูแจ๊คตัวเมีย แต่ละปล้องหรือคอนดักเตอร์บนแจ๊คตัวผู้แต่ละส่วนจะทำหน้าที่เชื่อมต่อกับหน้าสัมผัสของแจ๊คตัวเมียที่ติดตั้งอยู่บนแอมป์หูฟังตามตำแหน่งที่ถูกกำหนดไว้ในมาตรฐานของ phone jack
phone jack 6.35 mm แบบ TRS แสดงตำแหน่งของ conductor บนแท่งโลหะ
มาตรฐานของการเชื่อมต่อที่ใช้ขั้วต่อแบบ phone jack มีความแตกต่างกันไปตามลักษณะการใช้งานในสาขาต่างๆ แม้ว่าจะมีจำนวน conductor เท่ากัน แต่พอเอาไปใช้งานในบางสาขาที่มีสัญญาณภาพวิดีโอ หรือในบางสาขาที่มีสัญญาณไมโครโฟน แต่ละปล้อง conductor ของแจ๊คก็จะถูกใช้ในการเชื่อมต่อสัญญาณต่างกัน
จากภาพตัวอย่างด้านบนนี้เป็น phone jack ขนาด 6.35 mm ที่ติดตั้งอยู่ที่ปลายสายสัญญาณของหูฟังสเตริโอยี่ห้อหนึ่ง เป็นแจ๊คแบบ three-conductor ที่ใช้มาตรฐาน TRS (Tip-Ring-Sleeve หรือ Shield) โดยปล้องที่อยู่ปลายสุดของตัวแจ๊คมีชื่อว่า “Tip” ทำหน้าที่รับสัญญาณเสียงแชนเนลซ้าย (Left audio) จากแอมป์หูฟัง ส่วนปล้องที่สองถัดขึ้นมาชื่อว่า “Ring” ถ้าเอาไปเสียบแอมป์หูฟังที่ให้เอ๊าต์พุตเป็นระบบเสียงสเตริโอ ตรงปล้องนี้จะรับสัญญาณเสียงแชนเนลขวา (Right audio) จากแอมป์หูฟัง ปล้องที่สามถัดขึ้นมามีชื่อว่า “Sleeve หรือ Shield” ใช้สำหรับเชื่อมต่อกับกราวนด์ของแอมป์หูฟัง
ในกรณีของแจ๊คที่มีปล้อง conductor มากกว่า 3 ปล้อง อย่างเช่น 4 ปล้อง เรียกว่า TRRS (Tip-Ring-Ring-Sleeve) หรือ 5 ปล้อง เรียกว่า TRRRS (Tip-Ring-Ring-Ring-Sleeve) แต่ละแแบบต่างก็มีมาตรฐานกำหนดลักษณะของสัญญาณที่เชื่อมต่อแต่ละปล้อง conductor กำกับไว้ทั้งหมด แต่เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคมีการพัฒนารูปแบบมาเรื่อยๆ ในขณะที่มาตรฐานของขั้วต่อในการเชื่อมต่อสัญญาณไม่ได้ถูกคิดขึ้นมาใหม่ แต่นำเอามาตรฐานเดิมๆ ที่มีอยู่มาดัดแปลงใช้ จึงทำให้รูปแบบการเชื่อมต่อสัญญาณของอุปกรณ์ในปัจจุบันมีความหลากหลายและใช้ด้วยกันไม่ได้
ภาพด้านบนนี้คือแจ๊ค Balanced 4.4 mm ที่ JEITA กำหนดขึ้นมา ใช้แท่งโลหะตัวนำขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 4.4 mm เป็นแกนสัมผัสสัญญาณ มีระยะความยาวของแท่งโลหะเท่ากับ 19.5 mm วัดจากปลายสุดของ Tip ขึ้นไปจนสุด Sleeve ส่วนของคอนดักเตอร์กำหนดใช้ตามมาตรฐาน TRRRS โดยที่ปลาย Tip รองรับการส่งผ่านสัญญาณเสียงซีกบวกของแชนเนลซ้าย (L+), Ring วงแรกรองรับการส่งผ่านสัญญาณเสียงซีกลบของแชนเนลซ้าย (L-), Ring วงถัดขึ้นมา รองรับการส่งผ่านสัญญาณเสียงซีกบวกของแชนเนลขวา (R+), Ring วงที่สาม รองรับการส่งผ่านสัญญาณเสียงซีกลบของแชนเนลขวา (R-) และคอนดักเตอร์วงสุดท้ายคือ Sleeve รองรับการส่งผ่านกราวนด์
ทำไมต้องเป็น 4.4 mm ?
แน่นอนว่าต้องมีคนสงสัยประเด็นนี้ เพราะว่าไหนๆ ก็ต้องดัดแปลงมาใช้อยู่แล้ว ทำไมคุณฮาร่า จึงตัดสินใจเลือกใช้ bantam ปลั๊ก 4.4 mm ตัวนี้ ทำไมไม่ดัดแปลงตัว 3.5 mm หรือตัว 2.5 mm ที่มีใช้แพร่หลายกว่า.?
ในบทความที่คุณฮาร่า แกให้สัมภาษณ์ไว้ในเว็บไซต์ Phileweb มีบอกเหตุผลเอาไว้ด้วยว่า “The more thick and the bigger the plug is, the more advantageous it is in terms of durability and sound quality.” ประมาณว่า ขนาดของตัวปลั๊กที่ใหญ่กว่า จะมีข้อดีกว่า ทั้งในแง่ของความทนทานในการใช้งานและแง่ของคุณภาพเสียงด้วย ซึ่งแกได้ทดสอบเปรียบเทียบมาแล้ว ทั้ง 2.5 mm และ 3.5 mm ก่อนจะมาจบลงที่ขนาด 4.4 mm อย่างที่ว่า
ตัวอย่างหนึ่งที่คุณฮาร่าแกพบจากการวัดค่าทางไฟฟ้าของปลั๊กขนาด 2.5 mm ก็คือว่า ปลั๊กขนาด 2.5 mm มีความต้านทานค่อนข้างสูงเมื่อวัดเทียบระหว่างปล้องแต่ละปล้อง (เขาเทียบปล้องแต่ละปล้องเหมือนกับ pin ของแจ๊คมาตรฐานอื่นนั่นเอง) ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ไม่ค่อยเป็นบวกนักเมื่อคำนึงคุณภาพเสียง การใช้ปลั๊กขนาด 4.4 mm ทำให้มีพื้นที่มากพอสำหรับการออกแบบช่วงห่างระหว่างปล้องให้ได้ความต้านทานที่ต่ำลงมาได้ ซึ่งคาดหวังได้กับคุณภาพเสียงที่ดีกว่า
ส่วนข้อสงสัยที่ว่า ทำไมต้องทำเป็นปลั๊กแบบ 5 ปล้อง.? คุณฮาร่า แกก็อธิบายว่า “Basically GND is required when you use it for connection between the player and the headphone amplifier.There is no need for a GND terminal when balancing with headphones.” เหตุผลของแกก็คือว่า ถ้าเป็นการเชื่อมต่อสัญญาณระหว่างเครื่องเล่นฯ กับแอมป์หูฟัง กราวนด์ก็เป็นสิ่งจำเป็น แต่ถ้าเป็นการเชื่อมต่อระหว่างแอมป์หูฟังกับหูฟังด้วยวิธีบาลานซ์ กราวนด์ก็ไม่จำเป็น พูดง่ายๆ คือ ตัวปลั๊กมันมีมาให้ไว้เป็นมาตรฐาน ส่วนจะใช้หรือไม่ใช้ ก็ขึ้นอยู่กับการออกแบบว่าจะใช้เชื่อมต่อระหว่างอะไรกับอะไร ในกรณีที่การเชื่อมต่อไม่จำเป็นต้องใช้กราวนด์ ก็ปล่อยลอยไว้เฉยๆ ได้
ด้วยเหตุนี้ ผู้ออกแบบยังสามารถใช้ปลั๊ก 4.4 mm ในการส่งผ่านสัญญาณแบบอันบาลานซ์ก็ได้ด้วย คือใช้เฉพาะปล้อง L, R และ GND เท่านั้น
ของจริงออกมาแล้ว.!!
ปัจจุบัน มีอุปกรณ์เครื่องเสียงพกพาจำนวนหลายตัวแล้วที่ติดตั้งปลั๊ก Balanced 4.4 mm ออกมาวางขายกันจริงๆ เท่าที่ผมพบด้วยตัวเองก็มีทั้งเครื่องเล่นไฟล์เพลง DAP, แอมป์หูฟัง และหูฟังทั้งแบบ on-ear และ in-ear รวมถึงสายหูฟังอัพเกรดด้วย เรียกได้ว่าครบทุกเซคเม้นต์แล้วในขณะนี้ ทว่า สินค้าที่ติดตั้งขั้วต่อ Balanced 4.4 mm เกือบทั้งหมดก็ยังเป็นสินค้าแบรนด์ของผู้ผลิตสัญชาติญี่ปุ่น
Prototype ของตัวปลั๊ก และเต้ารับ 4.4 mm ยี่ห้อ Penntaconn ที่ไปโชว์ตัวในงาน Headphone Festival ปี 2016 ที่ผ่านมา
ส่วนคำถามที่ว่า มาตรฐาน Balanced 4.4 mm จะได้รับการยอมรับหรือไม่ และจะมีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในส่วนอื่นๆ ของโลกหรือไม่.? คำตอบนั้นคงจะต้องรอดูกันต่อไปในอนาคตครับ.. /
