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发表于 2020-1-13
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动态范围& q7 }$ D; v- n9 W+ e
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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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。/ ]) A! B) C5 i, P3 L/ k
& f0 E; h E* s I) z3 Q 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。9 \3 T: W. ~1 }0 J
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图2. 模拟麦克风的dB SPL输入与dBV输出的关系
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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。1 e& C+ Q, F' r7 h
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; R9 u( w5 J( h$ c( G, U$ ~ 图3. 数字麦克风的dB SPL输入与dBFS输出的关系
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" I4 X$ e, d( D+ b! _4 Z 等效输入噪声(EIN)
. g# P3 F& C- w1 G 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:+ g6 a- `8 i- w7 {- _, N9 \3 f: {
; C- m+ t5 {* r8 I$ e- e7 G' @" F& Z EIN = 最大声学输入-动态范围0 U; A- V0 A& U7 U$ B. l' u- H# ]$ `
# j3 U7 X& U& ~ EIN = 94 dB-SNR8 R( d( i9 ?% J0 P8 i3 x# d$ ~# b
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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。
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! n. m) D8 b! O+ {, c7 y 频率响应5 w/ J& j% W0 x% U
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。8 y4 @' U6 r9 S( o0 {3 s- U
3 w+ _/ z2 @/ Z 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。
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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)。8 o. h6 s) X9 [; M: q" p7 o
9 M0 ^2 A& M9 C+ x/ s$ K 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。2 Q# {- O- q( H3 B/ V
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3 v9 k" o! }$ N 图4. 频率响应模板7 s( J/ o0 _& r2 m, S
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7 d1 W% a. T2 l; k6 f7 ? 图5. 典型频率响应(实测)8 Q5 o- F8 l: J! j7 d1 y
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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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