淺談麥克風的靈敏度

　　圖4. 各種聲源的聲壓電平

　　模擬麥克風的靈敏度范圍較寬。有些動態麥克風的靈敏度可能低至–70 dBV。有些電容麥克風模塊集成前置放大器，因而具有極高的靈敏度，達到–18 dBV。多數模擬駐極體麥克風和MEMS麥克風的靈敏度在–46 dBV至–35 dBV（5。0 mV/Pa至17。8 mV/Pa）之間。這種水平代表著本底噪聲（ADMP504和ADMP521 MEMS麥克風可能低至29 dB SPL）與最大聲學輸入（典型值約為120 dB SPL）之間的良好折衷。模擬麥克風的靈敏度可以在前置放大器電路中調節，該電路通常與傳感器元件一起集成在封裝中。

　　盡管數字麥克風的靈敏度似乎缺乏靈活性，但可通過數字處理器中的增益輕松調節麥克風信號的電平。對于數字增益，只要處理器的位數足以完全表示原始麥克風信號的動態范圍，就不會導致信號的噪聲電平降低。在模擬設計中，每個增益級都會向信號中引入一些噪聲；需要系統設計師來保證每個增益級的噪聲足夠低，以避免其注入噪聲而降低音頻信號。例如，我們可以看看 ADMP441， 這是一款數字（I2S ）輸出麥克風，最大SPL為120 dB（靈敏度為–26 dBFS），等效輸入噪聲為33 dB SPL（61 dB SNR）。該麥克風的動態范圍為其能可靠重現的最大信號（最大SPL）與最小信號（本底噪聲）之間的差值（ADMP441為：120 dB – 33 dB = 87 dB）。該動態范圍可用一個15位數據字再現。當數字字中的數據發生1位移位時，信號電平會出現6 dB移位。因此，即便是動態范圍為98 dB的16位音頻處理器也可使用11 dB的增益或衰減，而不會影響原始動態范圍。請注意，在許多處理器中，數字麥克風的最大聲學輸入被映射到DSP的內部滿量程電平。在這種情況下，增加任意增益都會使動態范圍等量下降，進而降低系統的削波點。以ADMP441為例，在一個滿量程以上無裕量的處理器中，增加4 dB的增益會導致系統對116 dB SPL的信號削波。

　　圖5所示為一個數字麥克風，其提供I2S或PDM輸出并直接與一個DSP相連。在該信號鏈中，不需要使用中間增益級，因為麥克風的峰值輸出電平已經與DSP的滿量程輸入字相匹配。

　　圖5. 直接與一個DSP相連的數字麥克風輸入信號鏈

　　結束語

　　本文說明了如何理解麥克風的靈敏度規格，如何將其應用到系統的增益級中去，同時解釋了靈敏度雖然與SNR相關，但并不像SNR一樣可以體現麥克風的質量的原因所在。無論是用模擬麥克風還是用數字MEMS麥克風進行設計，本文都有助于設計師選擇最適合具體應用的麥克風，從而發揮麥克風的最大潛能。