麥克風技術規格和術語全解析

　　簡介

 

　　在ADI公司的眾多產品中，MEMS麥克風IC的獨特之處在於其輸入為聲壓波。因此，這些器件的數據手冊中包括的某些技術規格可能不為大家所熟悉，或者雖然熟悉，但其應用方式卻比較陌生。本應用筆記解釋MEMS麥克風數據手冊中出現的技術規格和術語，以便幫助設計人員將麥克風正確集成到系統之中。

 

　　靈敏度

 

　　麥克風的靈敏度是指其輸出端對於給定標準聲學輸入的電氣響應。用於麥克風靈敏度測量的標準參考輸入信號為94 dB聲壓級（SPL）或1帕（Pa，衡量壓力的單位）的1 kHz正弦波。對於固定的聲學輸入，靈敏度值較高的麥克風的輸出水平高於靈敏度值較低的麥克風。麥克風靈敏度（用dB表示）通常是負值，因此，靈敏度越高，其絕對值越小。

　　務必注意麥克風靈敏度規格的表示單位。如果兩個麥克風的靈敏度不是採用同一單位來規定，則直接比較靈敏度值是不恰當的。模擬麥克風的靈敏度通常用dBV來規定，即相對於1.0 V rms的dB數。數字麥克風的靈敏度通常用dBFS來規定，即相對於滿量程數字輸出（FS）的dB數。對於數字麥克風，滿量程信號是指麥克風能夠輸出的最高信號水平；對於ADI公司MEMS麥克風，該水平為120 dB SPL。有關該信號水平的更完整描述，請參見「最大聲學輸入」部分。

　　靈敏度指輸入壓力與電氣輸出（電壓或數字字）的比值。對於模擬麥克風，靈敏度通常用mV/Pa來衡量，其結果可通過下式轉換為dB值：

 

　　

 

　　其中OutputREF為1 V/Pa （1000 mV/Pa）參考輸出比。

　　對於數字麥克風，靈敏度表示為94 dB SPL輸入所產生的輸出佔滿量程輸出的百分比。數字麥克風的換算公式為：

 

　　

 

　　其中OutputREF為滿量程數字輸出水平（1.0）。

　　較高的靈敏度並不總是意味著麥克風的性能更佳。麥克風的靈敏度越高，則它在典型條件（如交談等）下的輸出水平與最大輸出水平之間的裕量通常也越小。在近場（近距離談話）應用中，高靈敏度的麥克風可能更容易引起失真，這種失真常常會降低麥克風的整體動態範圍。

 

　　方向性

 

　　方向性描述麥克風的靈敏度隨聲源空間位置的改變而變化的模式。ADI公司的所有MEMS麥克風都是全向麥克風，即它們對來自所有方向的聲音都同樣敏感，與麥克風所處的方位無關。圖1所示為麥克風響應的2軸極坐標圖。無論麥克風的收音孔位於x-y平面、x-z平面還是y-z平面，此圖看起來都相同。

 

　　

　　圖1. 全向麥克風響應圖

 

　　將全向麥克風集成到手機等較大的機殼中後，系統的方向響應可能不是全向的。對於系統設計人員，與定向響應的麥克風相比，利用全向麥克風能夠更靈活地設計系統對聲學輸入的響應。

　　多個全向麥克風可以組成陣列來產生各種不同的方向模式，以及用于波束成形應用。

 

　　信噪比（SNR）

 

　　信噪比（SNR）表示參考信號與麥克風輸出的噪聲水平的比值。這種測量包括麥克風元件和MEMS麥克風封裝中集成的ASIC二者所貢獻的噪聲。SNR為噪聲水平與標準1 kHz、94 dB SPL參考信號的dB差。

　　要計算SNR，須在安靜、消聲環境下測量麥克風的噪聲輸出。該參數通常表示為20 kHz帶寬內的A加權值（dBA），這意味著它包括一個與人耳對不同頻率聲音的靈敏度相對應的校正係數。當比較不同麥克風的SNR時，必須確保它們採用相同的加權方式和帶寬；在較窄帶寬下測得的SNR優於在整個20 kHz帶寬下測得的SNR。