淺談麥克風的靈敏度

　　現在來比較最后一個非常難懂的地方，數字和模擬麥克風在峰值電平和均方根電平的使用上并不一致。麥克風的聲學輸入電平（單位為dB SPL）始終為均方根測量值，與麥克風的類型無關。模擬麥克風的輸出以1 V rms為參考，因為均方根測量值更常用于比較模擬音頻信號電平。然而，數字麥克風的靈敏度和輸出電平卻表示為峰值電平，因為它們是以滿量程數字字（即峰值）為參考的。一般來說，在配置可能依賴于精確信號電平的下游信號處理時，必須記住用峰值電平指定數字麥克風輸出的慣例。例如，動態范圍處理器（壓縮器、限幅器和噪聲門）通常基于均方根信號電平來設置閾值，因此，必須通過降低dBFS值從峰值到均方根值按比例調整數字麥克風的輸出。對于正弦輸入，其均方根電平比峰值電平低3 dB（即（FS√2）的對數測量）；對于更加復雜的信號來說，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 脈沖密度調制 （PDM）數字輸出的MEMS麥克風 的靈敏度為–26 一個 94 dB SPL 正弦輸入信號將產生–26 dBFS的 峰值輸出電平，或–29 dBFS的均方根 電平。

　　由于數字麥克風和模擬麥克風的輸出采用不同的單位，因此，對兩類麥克風進行比較時可能會使人難以理解；但二者在聲域中卻有一個共同的測量單位，SPL。一種麥克風可能為模擬電壓輸出，另一種為調制PDM輸出，還一種為I2S輸出，但它們的最大聲學輸入與信噪比（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，這兩個規格為比較不同麥克風提供了一種便利的方式。圖2顯示了給定靈敏度下，模擬麥克風和數字麥克風的聲學輸入信號與輸出電平之間的關系。圖2（a）所示為ADMP504模擬麥克風，其靈敏度為–38 dBV，信噪比為65 dB。相對于左側的94 dB SPL基準點改變靈敏度時，結果會導致以下情況：向上滑動dBV輸出條將降低靈敏度，向下滑動輸出條則會提高靈敏度。

　　圖2. （a）將聲學輸入電平映射到電壓輸出電平（模擬麥克風）

　　（b）將聲學輸入電平映射到數字輸出電平（數字麥克風）

　　圖2（b）所示為 ADMP521 digital 數字麥克風，其靈敏度為-26 dBFS，信噪比為65 dB。該數字麥克風輸入到輸出電平映射示意圖表明，調整該麥克風的靈敏度會破壞最大聲學輸入與滿量程數字字之間的映射。與靈敏度相比，SNR、動態范圍、電源抑制比、THD等規格能更好地顯示麥克風的性能。

　　選擇靈敏度和設置增益

　　高靈敏度麥克風并非始終優于低靈敏度麥克風。雖然靈敏度可以顯示麥克風的部分特性，但不一定能體現麥克風的性能。麥克風噪聲電平、削波點、失真和靈敏度之間的平衡決定了麥克風是否適用于特定應用。高靈敏度麥克風在模數轉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。

　　在手機等近場應用中，麥克風接近聲源，靈敏度較高的麥克風更可能達到最大聲學輸入，產生削波現象，最后導致失真。另一方面，較高的靈敏度可能適合遠場應用（如會議電話和安保攝像頭），因為在這類應用中，隨著麥克風與聲源之間距離的增加，聲音會被衰減。圖3顯示了麥克風與聲源之間的距離會對SPL產生什么影響。與聲源的距離每增加一倍，聲學信號電平將下降6 dB（一半）。

　　圖3. 隨著與聲源距離的增加，麥克風聲壓電平將下降

　　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痛苦的點。麥克風很少能整個覆蓋——甚至大致覆蓋——該范圍，因此，針對所需的SPL范圍選擇正確的麥克風是一個重要的設計決定。應利用靈敏度規格，使麥克風在整個目標動態范圍內的輸出信號電平與音頻信號鏈的常見信號電平相匹配。