淺談麥克風的靈敏度

靈敏度， 即模擬輸出電壓或數(shù)字輸出值與輸入壓力之比，對任何麥克風來說都是一項關鍵指標。在輸入已知的情況下，從聲域單元到電域單元的映射決定了麥克風輸出信號的幅度。

　　本文將探討模擬麥克風與數(shù)字麥克風在靈敏度規(guī)格方面的差異，如何根據(jù)具體應用選擇靈敏度最佳的麥克風，同時還會討論為什么增加一位（或更多）數(shù)字增益可以增強麥克風信號。

　　模擬與數(shù)字

　　麥克風靈敏度一般在94 dB的聲壓級（SPL）（或者1帕（Pa）壓力）下，用1 kHz正弦波進行測量。麥克風在該輸入激勵下的模擬或數(shù)字輸出信號幅度即是衡量麥克風靈敏度。該基準點只是麥克風的特性之一，并不代表麥克風性能的全部。

　　模擬麥克風的靈敏度很簡單，不難理解。該指標一般表示為對數(shù)單位dBV（相對于1 V的分貝數(shù)），代表著給定SPL下輸出信號的伏特數(shù)。對于模擬麥克風，靈敏度（表示為線性單位mV/Pa）可以用對數(shù)表示為分貝：

　　其中OutputAREF 為 1000 mV/Pa （1 V/Pa）參考輸出比。

　　有了該信息和正確的前置放大器增益，則可輕松將麥克風信號電平匹配至電路或系統(tǒng)其他部分的目標輸入電平。圖1顯示了如何設置麥克風的峰值輸出電壓 （VMAX） 以匹配ADC的滿量程輸入電壓 （VIN） 其增益為 VIN/VMAX。 例如，以4 （12 dB）的增益，可將一個最大輸出電壓為0。25 V的 ADMP504 匹配至一個滿量程峰值輸入電壓為1。0 V的ADC。

　　圖1. 模擬麥克風輸入信號鏈，以前置放大器使麥克風輸出電平與ADC輸入電平相匹配

　　數(shù)字麥克風的靈敏度（單位為dBFS，相對于數(shù)字滿量程的分貝數(shù)）則并非如此簡單。單位的差異表明，數(shù)字麥克風與模擬麥克風的靈敏度在定義上存在細微差異。對于提供電壓輸出的模擬麥克風，輸出信號大小的唯一限制實際上是系統(tǒng)電源電壓的限制。雖然對多數(shù)設計來說并不實用，但從物理本質(zhì)上講，模擬麥克風完全可以擁有20 dBV的靈敏度，其中用于基準電平輸入信號的輸出信號為10 V。只要放大器、轉(zhuǎn)換器和其他電路能支持所需的信號電平，完全可以實現(xiàn)這一水平的靈敏度。

　　數(shù)字麥克風的靈敏度沒有這樣靈活，而只取決于一個設計參數(shù)，即， 最大聲學輸入。只要將滿量程數(shù)字字映射到麥克風的最大聲學輸入（實際上，這是唯一有用的映射），則靈敏度一定是該最大聲學信號與94 dB SPL參考信號之差。因此，如果數(shù)字麥克風的最大SPL為120 dB，則其靈敏度為–26 dBFS （94 dB – 120 dB）。除非將最大聲學輸入降低相同的量，否則無法通過調(diào)整設計使給定聲學輸入的數(shù)字輸出信號變得更高。

　　對于數(shù)字麥克風，靈敏度表示為94 dB SPL輸入所產(chǎn)生的輸出占滿量程輸出的百分比。數(shù)字麥克風的換算公式為