2. 麦克风简介
麦克风是将声音转换为电旗子暗记的设备，广泛运用于电话、语音识别、音乐录制等场合。麦克风可以将声音的变革通过特定的机制转换为电压或者电流的变革，再交给电路系统进行处理。由此可见，麦克风和扬声器实行的是相反的过程。
根据不同的声电转换机制，麦克风分为不同的类型，包括动态麦克风、电容式麦克风和压电式麦克风等。由于输出旗子暗记比较微弱，一样平常麦克风都会合营前置放大器（Preamplifier）一起利用，再与后端电路连接。
3. 麦克风分类
根据声电转换办法的不同，麦克风大致分为以下 7 类：
（1）动态麦克风 Dynamic Microphone
事理：声音扰动圆锥体在磁场中运动，通过电磁感应在线圈上产生电压的变革；
优点：大略紧固、易于小型化、不需额外供电、不易过载（失落真）；
缺陷：灵敏度不如驻极体麦克风、频响和瞬态相应不足好、多数不可以调度方向性；
（2）带状麦克风 Ribbon Microphone
事理：声音扰动磁场中金属带，通过电磁感应在金属带两端产生电压变革；
优点：音质效果好、双向相应效果好、瞬态相应好；
缺陷：薄弱易损、输出灵敏度小、年夜声压易造成破坏；
（3）电容式麦克风 Condenser Microphone
事理：声音扰动改变金属膜板与背板的间隔，引起膜板和背板间电容 C 的变革，电容器上存储的电荷 Q 也会随着变革，进而在电阻 R 上产生电压的变革，由此完成声音旗子暗记到电旗子暗记的转换；
优点：灵敏度高、频响特性好、瞬态相应特性好；
缺陷：薄弱、须要外部供电、对湿度敏感、内部可能过载（失落真）；
（4）驻极体麦克风 Electret Condenser Microphone
事理：驻极体麦克风事理类似电容式麦克风，声音影响金属隔膜与背板间隔，电容器上的电荷变革在电阻上产生电压的变革，由此完成声音旗子暗记到电旗子暗记的转换。ECM 的金属隔膜是永久性的含电荷材料，因此在利用中不必需要额外的偏置电源，但 ECM 的频率相应特性不如电容式麦克风；
驻极体麦克风因其低本钱小型化的特点，在手持设备中得到广泛运用。内部集成 FET 前置放大器的驻极体麦克风可以供应很高的性能。下图为电容式麦克风（a）和驻极体麦克风（b）的电路的比拟示意图，个中虚线框内代表麦克风本体部分。
范例的驻极体麦克风内部如下图所示，驻极体麦克风的电容不须要外部供电，但是场效应管须要供电。麦克风输出通过大容值电容 AC 耦合到前置放大器。上拉电阻 R 决定麦克风的输出阻抗，并决定场效应管缓冲器的偏置电压；
（5）MEMS 麦克风 MEMS Microphone
MEMS（微型机电系统）麦克风也称麦克风芯片或者硅麦克风。通过 MEMS 工艺将传感膜片直接附着在硅片上，一样平常 MEMS 麦克风都集成前置放大器。在 MEMS 麦克风中，又分为电容式和压电式两种。压电式比电容式更新。数字 MEMS 麦克风芯片内部集成 ADC，直接输出数字旗子暗记，PDM 是最常见的数字麦克风接口办法。
（6）晶体/压电麦克风 Crystal Microphone /Piezo Microphone
事理：利用某些材料的压电效应——即声音造成材料的变形产生电压的变革。如上图所示，晶体麦克风的膜片连接到压电晶体，膜片的振动会造成晶体形变，从而在端子上产生电压（电流）旗子暗记；
优点：坚固耐用、信噪比高、启动韶光更短、防水防尘性能好；
（7）炭粒麦克风 Carbon Microphone
事理：金属隔板之间填塞炭颗粒，声压浸染于隔板，炭粒的振动引起金属隔板之间阻抗的变革。声压越大，金属隔板间隔越近，则阻抗越小，反之阻抗越大。由此完成声音旗子暗记到电旗子暗记的转换。炭粒麦克风是最早期的麦克风，如今已很少利用；
4. 麦克风性能参数
（1）指向性 Directionality
麦克风的指向性，即麦克风对付不同方向声音的相应能力是不同的。麦克风的指向性与麦克风的设计事理有关，常见有全向型、八字型和心型，如下表所示。在曲线上各点施加同样声压，麦克风会产生相同大小的输出。
方向性描述麦克风的灵敏度随声源空间位置的改变而变革的模式。将全向麦克风集成得手机等较大的机壳中后，系统的方向相应可能不是全向的。对付系统设计职员，与定向相应的麦克风比较，利用全向麦克风能够更灵巧地设计系统对声学输入的相应。
（2）灵敏度 Sensitivity
麦克风的灵敏度是指其输出端对付给定标准声学输入的电气相应。用于麦克风灵敏度丈量的标准参考输入旗子暗记为 94 dB 声压级或 1 帕的 1 kHz 正弦波。对付固定的声学输入，灵敏度值高的麦克风比灵敏度值低的麦克风输出的电旗子暗记幅度高。麦克风灵敏度常日是负值，因此，灵敏度越高，其绝对值越小。
务必把稳麦克风灵敏度参数的单位。如果两个麦克风的灵敏度不是采取同一单位来规定，那么直接比较灵敏度值是不恰当的。仿照麦克风的灵敏度常日用 dBV 来规定，即相对付 1.0 Vrms 的比值（dB）。数字麦克风的灵敏度常日用 dBFS 来规定，即相对付满量程数字输出（FS）的比值（dB）。对付数字麦克风，满量程（全“1”）是麦克风输出数字编码可以表征的最大值。
灵敏度指输入压力与电气输出（电压）的比值。对付仿照麦克风，灵敏度常日用 mV/Pa 来衡量，其结果可通过下式转换为 dB 值。
个中 OutputREF 为 1 V/Pa（1000 mV/Pa）。
对付数字麦克风，灵敏度表示为 94 dB SPL 输入所产生的输出占满量程输出的百分比。数字麦克风的换算公式为以下表达。
个中 OutputREF 为满量程数字输出水平（全“1”）。
较高的灵敏度并不总是意味着麦克风的性能更佳。麦克风的灵敏度越高，则它在范例条件（如交谈等）下的输出水平与最大输出水平之间的裕量常日也越小。在近场（近间隔发言）运用中，高灵敏度的麦克风可能更随意马虎引起失落真，这种失落真常常会降落麦克风的整体动态范围。
（3）信噪比 SNR
信噪比表示参考旗子暗记与麦克风输出的噪声水平的比值。这种丈量包括麦克风元件和 MEMS 麦克风封装中集成的 ASIC 二者所贡献的噪声。SNR 为噪声水平与标准 1 kHz、94 dB SPL 参考旗子暗记的 dB 差。要打算 SNR，须在安静、消声环境下丈量麦克风的噪声输出。该参数常日表示为 20 kHz 带宽内的 A 加权值 (dBA)， 这意味着它包括一个与人耳对不同频率声音的灵敏度相对应的校正系数。当比较不同麦克风的 SNR 时，必须确保它们采取相同的加权办法和带宽，在较窄带宽下测得的 SNR 优于在全体 20 kHz 带宽下测得的 SNR。
（4）动态范围 Dynamic Range
麦克风的动态范围衡量麦克风能够做出线性相应的最大 SPL 与最小 SPL 之差。麦克风的 SNR 是衡量等效输入噪声与 94 dB SPL 的参考水平之差，但在该参考水平以上，麦克风仍旧有相称大的有用旗子暗记相应范围。麦克风能够对 94 dB SPL 至最高 120 dB SPL（即AOP）的声学输入旗子暗记做出线性相应。因此，MEMS 麦克风的动态范围即是其 SNR + 26 dB，个中 26 dB = 120 dB（AOP） − 94 dB。下图显示了声音输入与麦克风电压输出的关系。动态范围和 SNR 显示于这两个刻度轴之间，以供参考。下取利用 −38 dBV 灵敏度和 65 dB SNR的 MIC 来显示这些关系。
（5）等效输入噪声 EIN
等效输入噪声是将麦克风的输出噪声水平表示为一个施加于麦克风输入真个理论外部噪声源。低于 EIN 水平的输入在麦克风的噪底以下，并且在麦克风能够产生输出的旗子暗记动态范围以外。EIN 可以从动态范围或 SNR 参数导出，如下式所示：EIN = 最大声音输入 − 动态范围，即 EIN = 94 dB – SNR。
（6）频率相应 Frequency Response
麦克风的频率相应描述其在全体频谱上的输出水平。频率上限和下限用麦克风相应比 1 kHz 的参考输出水平低 3 dB 时的频率点来描述。1 kHz 的参考水平常日归一化为 0 dB。
频率相应特性还包括通带内偏离平坦相应的限值。这些值表示为 ± x dB，解释 -3 dB 点之间输出旗子暗记与标称 0 dB 电平的最大偏差。MEMS 麦克风数据手册用两幅图来显示此频率相应：一幅图显示频率相应模板，另一个幅图显示范例实测频率相应。频率相应模板图显示全体频率范围内麦克风输出的上限和下限，麦克风输出担保位于此模板范围内。范例频率相应图显示麦克风在全体频段内的实际相应。
频率相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。
（7）总谐波失落真 THD
总谐波失落真衡量在给定纯单音输入旗子暗记下输出旗子暗记的失落真水平，用百分比表示。此百分比为基频以上所有谐波频率的功率之和与基频旗子暗记音功率的比值。
MEMS 麦克风的 THD 利用基波的前五次谐波打算。打算公式如下：
把稳不要将此参数与总谐波失落真加噪声（THD + N）稠浊，后者不仅衡量谐波水平，而且包括输出中的所有其它噪声影响。
（8）线性度 Linearity
线性度表征麦克风电旗子暗记输出幅度与输入声压的关系。下图分别为麦克风 THD + N 和线性度的曲线图。
（9）电源抑制 Power Supply Rejection 和电源抑制比 Power Supply Rejection Ratio
电源抑制和电源抑制比是两个类似表征麦克风输出对付电源输入噪声抑制能力的参数。它们丈量的是电源噪声影响到麦克风的输出的程度。丈量方法有所不同。
电源抑制 PSR 通过将频率为 100 mV 峰峰值，频率为 217 Hz 的方波施加于麦克风的 VDD 引脚来丈量。PSR 的结果是在没有声音输入情形下，麦克风经由 A-Weight 滤波器，20 kHz 带宽的输出幅度大小。对付仿照麦克风，PSR 的单位为 dBV（负值），数字麦克风 PSR 的单位为 dBFS（负值）。如果麦克风具有良好的电源抑制能力，则此 PSR 近似即是 A-Weight 滤波器的噪声水平。
电源抑制丈量之以是利用 217 Hz 频率，是由于在 GSM 电话运用中，217 Hz 开关频率常日是电源的一个紧张噪声源。
电源抑制比 PSRR 测试利用的不是方波，而是频率为 100 Hz – 10 kHz，峰峰值 100 mV 的正弦波施加到麦克风的 VDD 引脚。PSRR 丈量麦克风在频域内对电源噪声的抑制能力。测试 PSRR 的过程中，不须要利用到 A-Weight 滤波器。在麦克风的器件手册中，一样平常标定 1 kHz 时器件的 PSRR。
数字麦克风和仿照麦克风的 PSRR 参数曲线类似，数字麦克风电源抑制比单位为 dBFS。不过数字麦克风的电源抑制比参数不是严格的比值关系，由于电源噪声输入单位为 dBV，而麦克风输出噪声单位为 dBFS，并非与电源噪声的比例关系。因此，数字麦克风的电源抑制比曲线中利用 PSR。
（10）声学过载点 Acoustic Overload Point
声学过载点指的是麦克风输出 THD 即是 10 % 时输入的声压大小（SPL），常日也称为麦克风的削波点。声压高于 AOP 的输入会造成输出旗子暗记严重失落真。通过检测输出旗子暗记 THD的 波形决定 AOP 的大小，如下图所示。
AOP 和 THD 的测试值并不能精确反响麦克风的输出随着失落真增加变革的情形。无论是硬件或软件的削波，都会供应关于音质变革的额外信息。为表征麦克风输出随着 SPL 增加变革的情形，有些麦克风的数据手册会供应麦克风输出随着 SPL 增加在时域内变革的情形，下图表示输入不同声压的 1 kHz 正弦声波，某麦克风输出电压变革的情形。
以上便是麦克风的 10 个性能，指向性、灵敏度、信噪比、动态范围、等效输入噪声、总谐波失落真、线性度、电源抑制和电源抑制比、声学过载点，在选择麦克风时候可以着重关注这些性能，找到自己“心仪”的它。
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图文来源：HiFi音响网
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