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電子發(fā)燒友網(wǎng)12月“處理器與DSP特刊”火熱下載中，缺你怎可！
微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)具有MEMS器件的許多典型優(yōu)勢(shì)，包括超小尺寸、低功耗、性能穩(wěn)定（不隨時(shí)間和溫度而變化）等。但是，這些麥克風(fēng)的音頻特性尚不足以滿足某些設(shè)計(jì)要求，例如需要捕捉來自遠(yuǎn)處的聲音或需要使用多個(gè)麥克風(fēng)時(shí)。如今，高性能MEMS麥克風(fēng)正在實(shí)現(xiàn)新的可能，許多聲學(xué)專家會(huì)指出：自噪聲是第一個(gè)需要考慮的特性。
自噪聲——您需要知道的事情
任何麥克風(fēng)都會(huì)產(chǎn)生一定水平的噪聲，噪聲源包括其電子電路、傳感器元件和外殼等。這種固有噪聲稱為“自噪聲”。凡是用過手機(jī)的人都熟悉這種聲音。例如，當(dāng)手機(jī)接通但無人講話時(shí)，您聽到的嘶嘶聲就是自噪聲。
對(duì)于電子設(shè)計(jì)師，麥克風(fēng)自噪聲是一個(gè)永遠(yuǎn)存在的約束條件。我們的目標(biāo)只是讓麥克風(fēng)向信號(hào)鏈的其余部分提供盡可能多的信號(hào)。麥克風(fēng)固有的自噪聲也稱為噪底，從音頻源捕捉到的部分信號(hào)會(huì)低于噪底。
麥克風(fēng)的噪聲越高，您獲得的信號(hào)就越少。麥克風(fēng)的噪聲越低，就有更多的裕量來將需要的聲音與不需要的噪聲隔離開來。這樣，處理器（DSP或編解碼器）就有更多的信號(hào)可供處理。因此，采用更安靜的麥克風(fēng)可以使信號(hào)鏈輸出的聲音更清晰。
麥克風(fēng)的信噪比越高，說明麥克風(fēng)越安靜，反之則說明其自噪聲越大。
雖然高SNR在任何情況下都是有用的，但如果音頻源距離麥克風(fēng)非常近，那么這項(xiàng)特性并不是那么重要。對(duì)于這種近場(chǎng)應(yīng)用，通常會(huì)有足夠多的信號(hào)。在麥克風(fēng)與聲源相距較遠(yuǎn)的應(yīng)用中，如果采用低SNR的高噪聲麥克風(fēng)，所產(chǎn)生的信號(hào)將非常差或無法聽清。
特性的含義
麥克風(fēng)的自噪聲或噪底在很大程度上決定了能夠捕捉并傳送到信號(hào)鏈的音頻質(zhì)量。信噪比（SNR）和等效輸入噪聲（EIN）是描述噪底位于何處的兩個(gè)特性。
相比于以前的技術(shù)，MEMS麥克風(fēng)的自噪聲已大幅降低（見圖1）。
圖1 MEMS麥克風(fēng)自噪聲大幅降低
1 信噪比（SNR）
SNR是指參考信號(hào)與麥克風(fēng)的噪底之比。麥克風(fēng)的SNR是其固有自噪聲與標(biāo)準(zhǔn)1 kHz、94dB SPL （1Pa）參考?jí)毫χ?。此特性通常表示?0kHz帶寬下的A加權(quán)值（dBA）。A加權(quán)的意思是所提供的SNR包括一個(gè)校正因子，它對(duì)應(yīng)于人耳對(duì)不同頻率聲音的靈敏度。比較不同麥克風(fēng)的SNR時(shí)，應(yīng)確保它們基于相同的權(quán)重和帶寬。如果測(cè)量不使用相同的權(quán)重和帶寬，比較將是不準(zhǔn)確的。
2 等效輸入噪聲（EIN）
等效輸入噪聲是將麥克風(fēng)的輸出噪聲水平表示為一個(gè)施加于麥克風(fēng)輸入端的理論聲學(xué)噪聲源。測(cè)量單位為聲壓級(jí)，用分貝（dB SPL）表示。小于EIN水平的SPL低于麥克風(fēng)的噪底。
EIN可以直接從麥克風(fēng)的SNR特性確定：
EIN =94dB-SNR
MEMS麥克風(fēng)的SNR性能倍增
MEMS行業(yè)的早期麥克風(fēng)提供大約58～60dB的SNR，聲學(xué)性能不及駐極體電容麥克風(fēng)（ECM）。現(xiàn)在，這一狀況正在改觀，領(lǐng)先制造商制造的MEMS麥克風(fēng)性能已有大幅提高。
超低噪聲MEMS麥克風(fēng)ADMP504和ADMP521的噪底比早期MEMS麥克風(fēng)降低2倍以上。ADMP504和ADMP521是首批達(dá)到65dBA SNR（29dBA EIN）的MEMS麥克風(fēng)。
65dBA的SNR即使對(duì)于駐極體麥克風(fēng)也是相當(dāng)好的性能，但在SNR相當(dāng)?shù)那闆r下，ECM的尺寸通常遠(yuǎn)大于MEMS麥克風(fēng)。ECM尺寸縮小時(shí)，其SNR會(huì)快速下降（見圖2）。此外，ECM也沒有MEMS麥克風(fēng)所具有的其他優(yōu)勢(shì)，如在所有工作溫度下對(duì)聲音的響應(yīng)一致性等。
圖2 MEMS麥克風(fēng)VS ECMs
捕捉遠(yuǎn)處的聲音
高性能MEMS麥克風(fēng)的SNR對(duì)哪些應(yīng)用有利呢？雖然幾乎任何應(yīng)用都可以獲益，但現(xiàn)在您可以考慮將這些麥克風(fēng)應(yīng)用于以前無法應(yīng)用的領(lǐng)域。
在視頻會(huì)議、專業(yè)音頻和工業(yè)系統(tǒng)等應(yīng)用中，聲源常常不在麥克風(fēng)附近。類似這樣的遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)用正是低噪聲MEMS麥克風(fēng)大顯身手的地方。
一個(gè)具體例子是利用網(wǎng)絡(luò)攝像頭和平板電腦進(jìn)行視頻通話（如Skype）?，F(xiàn)在，MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)可以支持這些產(chǎn)品的高清音頻捕捉，而且MEMS麥克風(fēng)的封裝非常緊湊，足以放入最小的消費(fèi)電子設(shè)備。
另一個(gè)可能性是將MEMS麥克風(fēng)用作聲學(xué)傳感器。在工業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)中，將麥克風(fēng)置于機(jī)器外殼內(nèi)部并不總是可行。然而，當(dāng)麥克風(fēng)拾取通過堅(jiān)硬障壁傳輸?shù)穆曇魰r(shí)，會(huì)有大量信號(hào)損失。
低自噪聲的麥克風(fēng)更能采集到足夠的信號(hào)。例如，在流量控制應(yīng)用中，麥克風(fēng)可以通過偵聽流過管道的物料來發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問題。
多麥克風(fēng)應(yīng)用
對(duì)于任何多麥克風(fēng)波束成形算法，低噪底也很關(guān)鍵。與陣列中的單麥克風(fēng)相比，波束成形算法往往導(dǎo)致系統(tǒng)噪聲水平較高。因此，必須確保陣列中的每個(gè)麥克風(fēng)都具有高SNR。
由于波束成形可以提高麥克風(fēng)陣列的方向性，因此這種陣列在視頻會(huì)議系統(tǒng)中很受歡迎。視頻會(huì)議系統(tǒng)既包括公司會(huì)議室中的固定視頻會(huì)議設(shè)備，也包括使用者從其客廳撥打視頻電話的電視機(jī)頂盒。
多麥克風(fēng)波束成形也用于安保應(yīng)用。安保和監(jiān)控設(shè)備一般安裝在固定地點(diǎn)，但并非所有可疑活動(dòng)都發(fā)生在攝像頭的視野范圍內(nèi)。利用低噪聲MEMS麥克風(fēng)，住宅和商業(yè)建筑的安保攝像頭可以利用音頻來檢測(cè)聲音來自哪個(gè)方向，從而把鏡頭指向目標(biāo)方向。
考慮麥克風(fēng)的最低噪聲
對(duì)于極具挑戰(zhàn)性的音頻捕捉應(yīng)用，雖然最終會(huì)考慮不止一方面的麥克風(fēng)性能，但低噪底是一個(gè)決定成敗的特性。過去，如果需要高SNR，可能不得不選擇駐極體麥克風(fēng)。如今，選擇范圍已不再局限于傳統(tǒng)的麥克風(fēng)技術(shù)。
現(xiàn)在的MEMS麥克風(fēng)SNR是以前產(chǎn)品的2倍以上，因而適合許多新型高性能應(yīng)用。隨著MEMS麥克風(fēng)技術(shù)的成熟，現(xiàn)代MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)超低噪聲、小尺寸并兼容回流焊的封裝以及大家期盼的所有其他特性。
作者：ADI公司 Jerad Lewis， Paul Schrei
——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)11月《視音頻技術(shù)特刊》“透視新設(shè)計(jì)欄目”，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，違者必究！
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