淺談麥克風(fēng)的靈敏度

　　現(xiàn)在來(lái)比較最后一個(gè)非常難懂的地方，數(shù)字和模擬麥克風(fēng)在峰值電平和均方根電平的使用上并不一致。麥克風(fēng)的聲學(xué)輸入電平（單位為dB SPL）始終為均方根測(cè)量值，與麥克風(fēng)的類型無(wú)關(guān)。模擬麥克風(fēng)的輸出以1 V rms為參考，因?yàn)榫礁鶞y(cè)量值更常用于比較模擬音頻信號(hào)電平。然而，數(shù)字麥克風(fēng)的靈敏度和輸出電平卻表示為峰值電平，因?yàn)樗鼈兪且詽M量程數(shù)字字（即峰值）為參考的。一般來(lái)說，在配置可能依賴于精確信號(hào)電平的下游信號(hào)處理時(shí)，必須記住用峰值電平指定數(shù)字麥克風(fēng)輸出的慣例。例如，動(dòng)態(tài)范圍處理器（壓縮器、限幅器和噪聲門）通?；诰礁盘?hào)電平來(lái)設(shè)置閾值，因此，必須通過降低dBFS值從峰值到均方根值按比例調(diào)整數(shù)字麥克風(fēng)的輸出。對(duì)于正弦輸入，其均方根電平比峰值電平低3 dB（即（FS√2）的對(duì)數(shù)測(cè)量）；對(duì)于更加復(fù)雜的信號(hào)來(lái)說，均方根電平與峰值電平之間的差值可能與此不同。例如， ADMP421， 提供 脈沖密度調(diào)制 （PDM）數(shù)字輸出的MEMS麥克風(fēng) 的靈敏度為–26 一個(gè) 94 dB SPL 正弦輸入信號(hào)將產(chǎn)生–26 dBFS的 峰值輸出電平，或–29 dBFS的均方根 電平。

　　由于數(shù)字麥克風(fēng)和模擬麥克風(fēng)的輸出采用不同的單位，因此，對(duì)兩類麥克風(fēng)進(jìn)行比較時(shí)可能會(huì)使人難以理解；但二者在聲域中卻有一個(gè)共同的測(cè)量單位，SPL。一種麥克風(fēng)可能為模擬電壓輸出，另一種為調(diào)制PDM輸出，還一種為I2S輸出，但它們的最大聲學(xué)輸入與信噪比（SNR，即94 dB SPL參考電平與噪聲電平之差）卻是可以直接比較的。以聲域而非輸出格式為參考，這兩個(gè)規(guī)格為比較不同麥克風(fēng)提供了一種便利的方式。圖2顯示了給定靈敏度下，模擬麥克風(fēng)和數(shù)字麥克風(fēng)的聲學(xué)輸入信號(hào)與輸出電平之間的關(guān)系。圖2（a）所示為ADMP504模擬麥克風(fēng)，其靈敏度為–38 dBV，信噪比為65 dB。相對(duì)于左側(cè)的94 dB SPL基準(zhǔn)點(diǎn)改變靈敏度時(shí)，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致以下情況：向上滑動(dòng)dBV輸出條將降低靈敏度，向下滑動(dòng)輸出條則會(huì)提高靈敏度。

　　圖2. （a）將聲學(xué)輸入電平映射到電壓輸出電平（模擬麥克風(fēng)）

　?。╞）將聲學(xué)輸入電平映射到數(shù)字輸出電平（數(shù)字麥克風(fēng)）

　　圖2（b）所示為 ADMP521 digital 數(shù)字麥克風(fēng)，其靈敏度為-26 dBFS，信噪比為65 dB。該數(shù)字麥克風(fēng)輸入到輸出電平映射示意圖表明，調(diào)整該麥克風(fēng)的靈敏度會(huì)破壞最大聲學(xué)輸入與滿量程數(shù)字字之間的映射。與靈敏度相比，SNR、動(dòng)態(tài)范圍、電源抑制比、THD等規(guī)格能更好地顯示麥克風(fēng)的性能。

　　選擇靈敏度和設(shè)置增益

　　高靈敏度麥克風(fēng)并非始終優(yōu)于低靈敏度麥克風(fēng)。雖然靈敏度可以顯示麥克風(fēng)的部分特性，但不一定能體現(xiàn)麥克風(fēng)的性能。麥克風(fēng)噪聲電平、削波點(diǎn)、失真和靈敏度之間的平衡決定了麥克風(fēng)是否適用于特定應(yīng)用。高靈敏度麥克風(fēng)在模數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要的前置放大器增益可能較少，但其在削波前的裕量可能少于低靈敏度麥克風(fēng)。

　　在手機(jī)等近場(chǎng)應(yīng)用中，麥克風(fēng)接近聲源，靈敏度較高的麥克風(fēng)更可能達(dá)到最大聲學(xué)輸入，產(chǎn)生削波現(xiàn)象，最后導(dǎo)致失真。另一方面，較高的靈敏度可能適合遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)用（如會(huì)議電話和安保攝像頭），因?yàn)樵谶@類應(yīng)用中，隨著麥克風(fēng)與聲源之間距離的增加，聲音會(huì)被衰減。圖3顯示了麥克風(fēng)與聲源之間的距離會(huì)對(duì)SPL產(chǎn)生什么影響。與聲源的距離每增加一倍，聲學(xué)信號(hào)電平將下降6 dB（一半）。

　　圖3. 隨著與聲源距離的增加，麥克風(fēng)聲壓電平將下降

　　作為參考，圖4顯示了各種聲源的典型SPL，從安靜的錄音棚（10 dB SPL以下）到痛閾（130 dB SPL以下），痛閾指聲音給正常人帶來(lái)痛苦的點(diǎn)。麥克風(fēng)很少能整個(gè)覆蓋——甚至大致覆蓋——該范圍，因此，針對(duì)所需的SPL范圍選擇正確的麥克風(fēng)是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)決定。應(yīng)利用靈敏度規(guī)格，使麥克風(fēng)在整個(gè)目標(biāo)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的輸出信號(hào)電平與音頻信號(hào)鏈的常見信號(hào)電平相匹配。