淺談麥克風的靈敏度
靈敏度, 即模擬輸出電壓或數(shù)字輸出值與輸入壓力之比,對任何麥克風來說都是一項關(guān)鍵指標。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輸出信號的幅度。
本文將探討模擬麥克風與數(shù)字麥克風在靈敏度規(guī)格方面的差異,如何根據(jù)具體應用選擇靈敏度最佳的麥克風,同時還會討論為什么增加一位(或更多)數(shù)字增益可以增強麥克風信號。
模擬與數(shù)字
麥克風靈敏度一般在94 dB的聲壓級(SPL)(或者1帕(Pa)壓力)下,用1 kHz正弦波進行測量。麥克風在該輸入激勵下的模擬或數(shù)字輸出信號幅度即是衡量麥克風靈敏度。該基準點只是麥克風的特性之一,并不代表麥克風性能的全部。
模擬麥克風的靈敏度很簡單,不難理解。該指標一般表示為對數(shù)單位dBV(相對于1 V的分貝數(shù)),代表著給定SPL下輸出信號的伏特數(shù)。對于模擬麥克風,靈敏度(表示為線性單位mV/Pa)可以用對數(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,則可輕松將麥克風信號電平匹配至電路或系統(tǒng)其他部分的目標輸入電平。圖1顯示了如何設(shè)置麥克風的峰值輸出電壓 (VMAX) 以匹配ADC的滿量程輸入電壓 (VIN) 其增益為 VIN/VMAX。 例如,以4 (12 dB)的增益,可將一個最大輸出電壓為0。25 V的 ADMP504 匹配至一個滿量程峰值輸入電壓為1。0 V的ADC。
圖1. 模擬麥克風輸入信號鏈,以前置放大器使麥克風輸出電平與ADC輸入電平相匹配
數(shù)字麥克風的靈敏度(單位為dBFS,相對于數(shù)字滿量程的分貝數(shù))則并非如此簡單。單位的差異表明,數(shù)字麥克風與模擬麥克風的靈敏度在定義上存在細微差異。對于提供電壓輸出的模擬麥克風,輸出信號大小的唯一限制實際上是系統(tǒng)電源電壓的限制。雖然對多數(shù)設(shè)計來說并不實用,但從物理本質(zhì)上講,模擬麥克風完全可以擁有20 dBV的靈敏度,其中用于基準電平輸入信號的輸出信號為10 V。只要放大器、轉(zhuǎn)換器和其他電路能支持所需的信號電平,完全可以實現(xiàn)這一水平的靈敏度。
數(shù)字麥克風的靈敏度沒有這樣靈活,而只取決于一個設(shè)計參數(shù),即, 最大聲學輸入。只要將滿量程數(shù)字字映射到麥克風的最大聲學輸入(實際上,這是唯一有用的映射),則靈敏度一定是該最大聲學信號與94 dB SPL參考信號之差。因此,如果數(shù)字麥克風的最大SPL為120 dB,則其靈敏度為–26 dBFS (94 dB – 120 dB)。除非將最大聲學輸入降低相同的量,否則無法通過調(diào)整設(shè)計使給定聲學輸入的數(shù)字輸出信號變得更高。
對于數(shù)字麥克風,靈敏度表示為94 dB SPL輸入所產(chǎn)生的輸出占滿量程輸出的百分比。數(shù)字麥克風的換算公式為
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