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发表于 2020-1-13
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动态范围
& R/ x( H" O0 M8 L2 E' f6 E9 u 麦克风的动态范围衡量麦克风能够做出线性响应的最大SPL与最小SPL之差,它不同于SNR(相比之下,音频ADC或DAC的动态范围与SNR通常是等同的)。
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7 k8 [' R* i% w7 `+ `6 J 麦克风的SNR衡量噪底与94 dB SPL的参考水平之差,但在该参考水平以上,麦克风仍然有相当大的有用信号响应范围。麦克风能够对94 dB SPL至最高120 dB SPL的声学输入信号做出线性响应。因此,MEMS麦克风的动态范围等于其SNR + 26 dB,其中26 dB = 120 dB-94 dB。例如,ADMP404的SNR为62 dB,而动态范围为88 dB。
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图2显示了声学输入(用dB SPL衡量)与麦克风电压输出(用dBV衡量)的关系。动态范围和SNR显示于这两个刻度轴之间,以供参考。图2利用-38 dBV灵敏度和62 dB SNR的ADMP404来显示这些关系。0 N9 R/ A+ `3 K, U8 B) h* E
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, A7 i8 w0 Q/ `" R0 w/ N c 图2. 模拟麦克风的dB SPL输入与dBV输出的关系
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1 J$ r$ z; p1 \4 C9 a4 o 图3显示了数字麦克风的dB SPL输入与dBFS输出之间的类似关系。注意,在此图中,120 dB SPL的最大声学输入直接映射到0 dBFS输出信号。只要最大声学输入对应0 dBFS并且设置为120 dB SPL,则数字麦克风始终具有-26 dB的灵敏度。这是由灵敏度的定义(在94 dB SPL下测量)所决定的,而不是可以通过改变麦克风ASIC的增益进行调整的设计参数。
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1 T: R5 k, r9 `& F0 k7 z 图3. 数字麦克风的dB SPL输入与dBFS输出的关系
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等效输入噪声(EIN)
; A5 E/ `9 v: P* U3 q 等效输入噪声(EIN)是将麦克风的输出噪声水平(SPL)表示为一个施加于麦克风输入端的理论外部噪声源。低于EIN水平的输入(SPL)在麦克风的噪底以下,并且在麦克风能够产生输出的信号动态范围以外。EIN可以从动态范围或SNR参数导出,如下式所示:
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9 E3 R, i7 B) k4 G' ?+ { EIN = 最大声学输入-动态范围9 p T- Y4 v- I& r
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EIN = 94 dB-SNR2 [! i- B; H# U# N" _# }
8 J# Q7 R8 y* O, L$ @9 N& Y 对于一个具有62 dB SNR和120 dB最大声学输入的麦克风,其EIN为32 dB SPL,这大约是在安静的图书馆中5米开外的轻声低语所产生的SPL。图2和图3显示了麦克风的EIN。6 u5 w0 z5 Q; z# b# r$ B+ [
* X) L U' W8 P& A" V- B% j 频率响应0 {% A, i8 C9 H& B3 Y
麦克风的频率响应描述其在整个频谱上的输出水平。频率上限和下限用麦克风响应比1 kHz的参考输出水平低3 dB时的频率点来描述。1 kHz的参考水平通常归一化为0 dB。在这些条件下,ADI公司的MEMS麦克风通常具有统一的100 Hz至15 kHz频率响应。( z. F% g+ B- T: ~
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频率响应特性还包括通带内偏离平坦响应的限值。这些值表示为±x dB,说明-3 dB点之间输出信号与标称0 dB电平的最大偏差。- g5 g8 _" z+ C8 Y$ U5 R" X3 u3 _
2 Q) b$ C7 m4 C
对于ADI公司的MEMS麦克风,低频-3 dB点以下的低频滚降为一阶(6 dB/8倍频程或20 dB/10倍频程),高频-3 dB点以上的高频滚降为二阶(-12 dB/8倍频程或-40 dB/10倍频程)。% I6 l. k7 z; T/ c8 X$ p9 c
. d5 ~! |1 X# z, s, ~/ w MEMS麦克风数据手册用两幅图来显示此频率响应:一幅图显示频率响应模板,另一个幅图显示典型实测频率响应。频率响应模板图显示整个频率范围内麦克风输出的上限和下限,麦克风输出保证位于此模板范围内。典型频率响应图显示麦克风在整个频段内的实际响应。图4和图5的示例为选自ADMP404数据手册的两幅图。
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, C+ D. X2 x' t1 N- v 图4. 频率响应模板
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图5. 典型频率响应(实测)! [) n* h, x9 l
: t" E. e- b8 V7 B 频率响应较宽且平坦的麦克风有助于系统设计实现自然、清晰的声音。 |
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