Analog Dialogue 46-05 Back Burner, May (2012) www.analog.com/analogdialogue 1
了解麦克风灵敏度
作者：Jerad Lewis
灵敏度
，即模拟输出电压或数字输出值与输入压力之比，对任
何麦克风来说都是一项关键指标。在输入已知的情况下，从声
域单元到电域单元的映射决定麦克风输出信号的幅度。
本文将探讨模拟麦克风与数字麦克风在灵敏度规格方面的差
异，如何根据具体应用选择灵敏度最佳的麦克风，同时还会讨
论为什么增加一位（或更多）数字增益可以增强麦克风信号。
模拟与数字
麦克风灵敏度一般在 94 dB 的声压级(SPL)（或者 1 帕(Pa)压力）
下，用 1 kHz 正弦波进行测量。麦克风在该输入激励下的模拟
或数字输出信号幅度即是衡量麦克风灵敏度。该基准点只是麦
克风的特性之一，并不代表麦克风性能的全部。
模拟麦克风的灵敏度很简单，不难理解。该指标一般表示为对
数单位 dBV（相对于 1 V 的分贝数)，代表着给定 SPL 下输出
信号的伏特数。对于模拟麦克风，灵敏度（表示为线性单位
mV/Pa）可以用对数表示为分贝：
其中 Output
AREF
为 1000 mV/Pa (1 V/Pa)参考输出比。
有了该信息和正确的前置放大器增益，则可轻松将麦克风信号
电平匹配至电路或系统其他部分的目标输入电平。图 1 显示了
如何设置麦克风的峰值输出电压(V
MAX
)，以匹配ADC的满量程
输入电压(V
IN
)，其 增 益 为 V
IN
/V
MAX
。例 如 ，以 4 (12 dB)的增益，
可将一个最大输出电压为 0.25 V的ADMP504匹配至一个满量
程峰值输
入电压为 1.0 V的ADC。
图 1. 模拟麦克风输入信号链，以前置放大器使麦克风输出电
平与 ADC 输入电平相匹配。
数字麦克风的灵敏度（单位为 dBFS，相对于数字满量程的分
贝数）则并非如此简单。单位的差异表明，数字麦克风与模拟
麦克风的灵敏度在定义上存在细微差异。对于提供电压输出的
模拟麦克风，输出信号大小的唯一限制实际上是系统电源电压
的限制。虽然对多数设计来说并不实用，但从物理本质上讲，
模拟麦克风完全可以拥有 20 dBV 的灵敏度，其中用于基准电
平输入信号的输出信号为 10 V。只要放大器、转换器和其他电
路能支持所需的信号电平，完全可以实现这一水平的灵敏度。
数字麦克风的灵敏度没有这样灵活，而只取决于一个设计参
数，即
最大声学输入
。只要将满量程数字字映射到麦克风的最
大声学输入（实际上，这是唯一有用的映射），则灵敏度一定
是该最大声学信号与 94 dB SPL 参考信号之差。因此，如果数
字麦克风的最大 SPL 为 120 dB，则其灵敏度为–26 dBFS (94 dB
– 120 dB)。除非将最大声学输入降低相同的量，否则无法通过
调整设计使给定声学输入的数字输出信号变得更高。
对于数字麦克风，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：
其中 Output
DREF
为满量程数字输出电平。
现在来比较最后一个
非常
难懂的地方，数字和模拟麦克风在峰
值电平和均方根电平的使用上并不一致。麦克风的声学输入电
平（ 单 位 为 dB SPL）始 终 为
均方根
测量值，与麦克风的类型无
关。模拟麦克风的输出以 1 V rms为参考，因为均方根测量值
更常用于比较模拟音频信号电平。然而，数字麦克风的灵敏度
和输出电平却表示为峰值电平，因为它们是以满量程数字字
（即峰值）为参考的。一般来说，在配置可能依赖于精确信号
电平的下游信号处理时，必须记住用峰值电平指定数字麦克风
输出的惯例。例如，动态范围处理器（压缩器、限幅器和噪声
门）通常基于均方根信号电平来设置阈值，因此，必须通过降
低dBFS值从峰值到均方根值按比例调整数字麦克风的输出。
对于正弦输入，其均方根电平比峰值电平低 3 dB（即(FS√2)
的对数测量）；对于更加复杂的信号来说，均方根电平与峰值
电平之间的差值可能与此不同。例如，ADMP421（提供
脉冲
密度调制
(PDM)数字输出的MEMS麦克风）的灵敏度为–26
dBFS。一 个 94 dB SPL正弦输入信号将产生–26 dBFS的
峰值
输
出电平，或–29 dBFS的
均方根
电平。
由于数字麦克风和模拟麦克风的输出采用不同的单位，因此，
对两类麦克风进行比较时可能会使人难以理解；但二者在声域
中却有一个共同的测量单位，SPL。一种麦克风可能为模拟电
压输出，另一种为调制 PDM 输出，还一种为 I
2
S 输出，但它
们的最大声学输入与信噪比（SNR，即 94 dB SPL 参考电平与
噪声电平之差）却是可以直接比较的。以声域而非输出格式为
参考，这两个规格为比较不同麦克风提供了一种便利的方式。
图 2 显示了给定灵敏度下，模拟麦克风和数字麦克风的声学输
入信号与输出电平之间的关系。图 2(a)所示为 ADMP504 模拟
麦克风，其灵敏度为–38 dBV，信噪比为 65 dB。相对于左侧
的 94 dB SPL 基准点改变灵敏度时，结果会导致以下情况：向
上滑动 dBV 输出条将降低灵敏度，向下滑动输出条则会提高
灵敏度。
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