工程師，您了解麥克風(fēng)靈敏度嗎？

　　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(fēng)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麥克風(fēng)輸出信號的幅度。

　　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(fēng)信號。

　　模擬與數(shù)字

　　麥克風(fēng)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(fēng)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(fēng)靈敏度。該基準點只是麥克風(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(fēng)，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(fēng)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(fēng)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(fēng)輸入信號鏈，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(fēng)與模擬麥克風(fēng)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(fēng)，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(fēng)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(fēng)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(xué)輸入。只要將滿量程數(shù)字字映射到麥克風(fēng)的最大聲學(xué)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(xué)信號與94 dB SPL參考信號之差。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，否則無法通過調(diào)整設(shè)計使給定聲學(xué)輸入的數(shù)字輸出信號變得更高。

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

　　其中 OutputDREF 為滿量程數(shù)字輸出電平。

　　現(xiàn)在來比較最后一個非常難懂的地方，數(shù)字和模擬麥克風(fēng)在峰值電平和均方根電平的使用上并不一致。麥克風(fēng)的聲學(xué)輸入電平（單位為dB SPL）始終為均方根測量值，與麥克風(fēng)的類型無關(guān)。模擬麥克風(fēng)的輸出以1 V rms為參考，因為均方根測量值更常用于比較模擬音頻信號電平。然而，數(shù)字麥克風(fēng)的靈敏度和輸出電平卻表示為峰值電平，因為它們是以滿量程數(shù)字字（即峰值）為參考的。一般來說，在配置可能依賴于精確信號電平的下游信號處理時，必須記住用峰值電平指定數(shù)字麥克風(fēng)輸出的慣例。例如，動態(tài)范圍處理器（壓縮器、限幅器和噪聲門）通?；诰礁盘栯娖絹碓O(shè)置閾值，因此，必須通過降低dBFS值從峰值到均方根值按比例調(diào)整數(shù)字麥克風(fēng)的輸出。對于正弦輸入，其均方根電平比峰值電平低3 dB（即（FS√2）的對數(shù)測量）；對于更加復(fù)雜的信號來說，均方根電平與峰值電平之間的差值可能與此不同。例如， ADMP421， 提供 脈沖密度調(diào)制 （PDM）數(shù)字輸出的MEMS麥克風(fēng) 的靈敏度為–26 一個 94 dB SPL 正弦輸入信號將產(chǎn)生–26 dBFS的 峰值輸出電平，或–29 dBFS的均方根 電平。

　　由于數(shù)字麥克風(fēng)和模擬麥克風(fēng)的輸出采用不同的單位，因此，對兩類麥克風(fēng)進行比較時可能會使人難以理解；但二者在聲域中卻有一個共同的測量單位，SPL.一種麥克風(fēng)可能為模擬電壓輸出，另一種為調(diào)制PDM輸出，還一種為I2S輸出，但它們的最大聲學(xué)輸入與信噪比（SNR，即94 dB SPL參考電平與噪聲電平之差）卻是可以直接比較的。以聲域而非輸出格式為參考，這兩個規(guī)格為比較不同麥克風(fēng)提供了一種便利的方式。圖2顯示了給定靈敏度下，模擬麥克風(fēng)和數(shù)字麥克風(fēng)的聲學(xué)輸入信號與輸出電平之間的關(guān)系。圖2（a）所示為ADMP504模擬麥克風(fēng)，其靈敏度為–38 dBV，信噪比為65 dB.相對于左側(cè)的94 dB SPL基準點改變靈敏度時，結(jié)果會導(dǎo)致以下情況：向上滑動dBV輸出條將降低靈敏度，向下滑動輸出條則會提高靈敏度。

　　圖2.（a）將聲學(xué)輸入電平映射到電壓輸出電平（模擬麥克風(fēng)）

　?。╞）將聲學(xué)輸入電平映射到數(shù)字輸出電平（數(shù)字麥克風(fēng)）

　　圖2（b）所示為 ADMP521 digital 數(shù)字麥克風(fēng)，其靈敏度為-26 dBFS，信噪比為65 dB.該數(shù)字麥克風(fēng)輸入到輸出電平映射示意圖表明，調(diào)整該麥克風(fēng)的靈敏度會破壞最大聲學(xué)輸入與滿量程數(shù)字字之間的映射。與靈敏度相比，SNR、動態(tài)范圍、電源抑制比、THD等規(guī)格能更好地顯示麥克風(fēng)的性能。