浅谈麦克风的灵敏度

　　图4. 各种声源的声压电平

　　模拟麦克风的灵敏度范围较宽。有些动态麦克风的灵敏度可能低至–70 dBV。有些电容麦克风模块集成前置放大器，因而具有极高的灵敏度，达到–18 dBV。多数模拟驻极体麦克风和MEMS麦克风的灵敏度在–46 dBV至–35 dBV（5。0 mV/Pa至17。8 mV/Pa）之间。这种水平代表着本底噪声（ADMP504和ADMP521 MEMS麦克风可能低至29 dB SPL）与最大声学输入（典型值约为120 dB SPL）之间的良好折衷。模拟麦克风的灵敏度可以在前置放大器电路中调节，该电路通常与传感器元件一起集成在封装中。

　　尽管数字麦克风的灵敏度似乎缺乏灵活性，但可通过数字处理器中的增益轻松调节麦克风信号的电平。对于数字增益，只要处理器的位数足以完全表示原始麦克风信号的动态范围，就不会导致信号的噪声电平降低。在模拟设计中，每个增益级都会向信号中引入一些噪声；需要系统设计师来保证每个增益级的噪声足够低，以避免其注入噪声而降低音频信号。例如，我们可以看看 ADMP441， 这是一款数字（I2S ）输出麦克风，最大SPL为120 dB（灵敏度为–26 dBFS），等效输入噪声为33 dB SPL（61 dB SNR）。该麦克风的动态范围为其能可靠重现的最大信号（最大SPL）与最小信号（本底噪声）之间的差值（ADMP441为：120 dB – 33 dB = 87 dB）。该动态范围可用一个15位数据字再现。当数字字中的数据发生1位移位时，信号电平会出现6 dB移位。因此，即便是动态范围为98 dB的16位音频处理器也可使用11 dB的增益或衰减，而不会影响原始动态范围。请注意，在许多处理器中，数字麦克风的最大声学输入被映射到DSP的内部满量程电平。在这种情况下，增加任意增益都会使动态范围等量下降，进而降低系统的削波点。以ADMP441为例，在一个满量程以上无裕量的处理器中，增加4 dB的增益会导致系统对116 dB SPL的信号削波。

　　图5所示为一个数字麦克风，其提供I2S或PDM输出并直接与一个DSP相连。在该信号链中，不需要使用中间增益级，因为麦克风的峰值输出电平已经与DSP的满量程输入字相匹配。

　　图5. 直接与一个DSP相连的数字麦克风输入信号链

　　结束语

　　本文说明了如何理解麦克风的灵敏度规格，如何将其应用到系统的增益级中去，同时解释了灵敏度虽然与SNR相关，但并不像SNR一样可以体现麦克风的质量的原因所在。无论是用模拟麦克风还是用数字MEMS麦克风进行设计，本文都有助于设计师选择最适合具体应用的麦克风，从而发挥麦克风的最大潜能。