淺談麥克風(fēng)的靈敏度

　　圖4. 各種聲源的聲壓電平

　　模擬麥克風(fēng)的靈敏度范圍較寬。有些動(dòng)態(tài)麥克風(fēng)的靈敏度可能低至–70 dBV。有些電容麥克風(fēng)模塊集成前置放大器，因而具有極高的靈敏度，達(dá)到–18 dBV。多數(shù)模擬駐極體麥克風(fēng)和MEMS麥克風(fēng)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(fēng)可能低至29 dB SPL）與最大聲學(xué)輸入（典型值約為120 dB SPL）之間的良好折衷。模擬麥克風(fēng)的靈敏度可以在前置放大器電路中調(diào)節(jié)，該電路通常與傳感器元件一起集成在封裝中。

　　盡管數(shù)字麥克風(fēng)的靈敏度似乎缺乏靈活性，但可通過(guò)數(shù)字處理器中的增益輕松調(diào)節(jié)麥克風(fēng)信號(hào)的電平。對(duì)于數(shù)字增益，只要處理器的位數(shù)足以完全表示原始麥克風(fēng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，就不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的噪聲電平降低。在模擬設(shè)計(jì)中，每個(gè)增益級(jí)都會(huì)向信號(hào)中引入一些噪聲；需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來(lái)保證每個(gè)增益級(jí)的噪聲足夠低，以避免其注入噪聲而降低音頻信號(hào)。例如，我們可以看看 ADMP441， 這是一款數(shù)字（I2S ）輸出麥克風(fēng)，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(fēng)的動(dòng)態(tài)范圍為其能可靠重現(xiàn)的最大信號(hào)（最大SPL）與最小信號(hào)（本底噪聲）之間的差值（ADMP441為：120 dB – 33 dB = 87 dB）。該動(dòng)態(tài)范圍可用一個(gè)15位數(shù)據(jù)字再現(xiàn)。當(dāng)數(shù)字字中的數(shù)據(jù)發(fā)生1位移位時(shí)，信號(hào)電平會(huì)出現(xiàn)6 dB移位。因此，即便是動(dòng)態(tài)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(huì)影響原始動(dòng)態(tài)范圍。請(qǐng)注意，在許多處理器中，數(shù)字麥克風(fēng)的最大聲學(xué)輸入被映射到DSP的內(nèi)部滿量程電平。在這種情況下，增加任意增益都會(huì)使動(dòng)態(tài)范圍等量下降，進(jìn)而降低系統(tǒng)的削波點(diǎn)。以ADMP441為例，在一個(gè)滿量程以上無(wú)裕量的處理器中，增加4 dB的增益會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)116 dB SPL的信號(hào)削波。

　　圖5所示為一個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)，其提供I2S或PDM輸出并直接與一個(gè)DSP相連。在該信號(hào)鏈中，不需要使用中間增益級(jí)，因?yàn)辂溈孙L(fēng)的峰值輸出電平已經(jīng)與DSP的滿量程輸入字相匹配。

　　圖5. 直接與一個(gè)DSP相連的數(shù)字麥克風(fēng)輸入信號(hào)鏈

　　結(jié)束語(yǔ)

　　本文說(shuō)明了如何理解麥克風(fēng)的靈敏度規(guī)格，如何將其應(yīng)用到系統(tǒng)的增益級(jí)中去，同時(shí)解釋了靈敏度雖然與SNR相關(guān)，但并不像SNR一樣可以體現(xiàn)麥克風(fēng)的質(zhì)量的原因所在。無(wú)論是用模擬麥克風(fēng)還是用數(shù)字MEMS麥克風(fēng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文都有助于設(shè)計(jì)師選擇最適合具體應(yīng)用的麥克風(fēng)，從而發(fā)揮麥克風(fēng)的最大潛能。