淺談麥克風(fēng)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(duì)任何麥克風(fēng)來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。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(fēng)輸出信號(hào)的幅度。

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

　　模擬與數(shù)字

　　麥克風(fēng)靈敏度一般在94 dB的聲壓級(jí)（SPL）（或者1帕（Pa）壓力）下，用1 kHz正弦波進(jìn)行測(cè)量。麥克風(fēng)在該輸入激勵(lì)下的模擬或數(shù)字輸出信號(hào)幅度即是衡量麥克風(fēng)靈敏度。該基準(zhǔn)點(diǎn)只是麥克風(fēng)的特性之一，并不代表麥克風(fēng)性能的全部。

　　模擬麥克風(fēng)的靈敏度很簡(jiǎn)單，不難理解。該指標(biāo)一般表示為對(duì)數(shù)單位dBV（相對(duì)于1 V的分貝數(shù)），代表著給定SPL下輸出信號(hào)的伏特?cái)?shù)。對(duì)于模擬麥克風(fēng)，靈敏度（表示為線(xiàn)性單位mV/Pa）可以用對(duì)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(fēng)信號(hào)電平匹配至電路或系統(tǒng)其他部分的目標(biāo)輸入電平。圖1顯示了如何設(shè)置麥克風(fēng)的峰值輸出電壓 （VMAX） 以匹配ADC的滿(mǎn)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(gè)最大輸出電壓為0。25 V的 ADMP504 匹配至一個(gè)滿(mǎn)量程峰值輸入電壓為1。0 V的ADC。

　　圖1. 模擬麥克風(fēng)輸入信號(hào)鏈，以前置放大器使麥克風(fēng)輸出電平與ADC輸入電平相匹配

　　數(shù)字麥克風(fēng)的靈敏度（單位為dBFS，相對(duì)于數(shù)字滿(mǎn)量程的分貝數(shù)）則并非如此簡(jiǎn)單。單位的差異表明，數(shù)字麥克風(fēng)與模擬麥克風(fēng)的靈敏度在定義上存在細(xì)微差異。對(duì)于提供電壓輸出的模擬麥克風(fēng)，輸出信號(hào)大小的唯一限制實(shí)際上是系統(tǒng)電源電壓的限制。雖然對(duì)多數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)并不實(shí)用，但從物理本質(zhì)上講，模擬麥克風(fēng)完全可以擁有20 dBV的靈敏度，其中用于基準(zhǔn)電平輸入信號(hào)的輸出信號(hào)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(hào)電平，完全可以實(shí)現(xiàn)這一水平的靈敏度。

　　數(shù)字麥克風(fēng)的靈敏度沒(méi)有這樣靈活，而只取決于一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，即， 最大聲學(xué)輸入。只要將滿(mǎn)量程數(shù)字字映射到麥克風(fēng)的最大聲學(xué)輸入（實(shí)際上，這是唯一有用的映射），則靈敏度一定是該最大聲學(xué)信號(hào)與94 dB SPL參考信號(hào)之差。因此，如果數(shù)字麥克風(fēng)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(xué)輸入降低相同的量，否則無(wú)法通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)使給定聲學(xué)輸入的數(shù)字輸出信號(hào)變得更高。

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