電子發(fā)燒友網(wǎng)12月“處理器與DSP特刊”火熱下載中，缺你怎可！

　　微機電系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)具有MEMS器件的許多典型優(yōu)勢，包括超小尺寸、低功耗、性能穩(wěn)定（不隨時間和溫度而變化）等。但是，這些麥克風(fēng)的音頻特性尚不足以滿足某些設(shè)計要求，例如需要捕捉來自遠處的聲音或需要使用多個麥克風(fēng)時。如今，高性能MEMS麥克風(fēng)正在實現(xiàn)新的可能，許多聲學(xué)專家會指出：自噪聲是第一個需要考慮的特性。

　　自噪聲——您需要知道的事情

　　任何麥克風(fēng)都會產(chǎn)生一定水平的噪聲，噪聲源包括其電子電路、傳感器元件和外殼等。這種固有噪聲稱為“自噪聲”。凡是用過手機的人都熟悉這種聲音。例如，當手機接通但無人講話時，您聽到的嘶嘶聲就是自噪聲。

　　對于電子設(shè)計師，麥克風(fēng)自噪聲是一個永遠存在的約束條件。我們的目標只是讓麥克風(fēng)向信號鏈的其余部分提供盡可能多的信號。麥克風(fēng)固有的自噪聲也稱為噪底，從音頻源捕捉到的部分信號會低于噪底。

　　麥克風(fēng)的噪聲越高，您獲得的信號就越少。麥克風(fēng)的噪聲越低，就有更多的裕量來將需要的聲音與不需要的噪聲隔離開來。這樣，處理器（DSP或編解碼器）就有更多的信號可供處理。因此，采用更安靜的麥克風(fēng)可以使信號鏈輸出的聲音更清晰。

　　麥克風(fēng)的信噪比越高，說明麥克風(fēng)越安靜，反之則說明其自噪聲越大。

　　雖然高SNR在任何情況下都是有用的，但如果音頻源距離麥克風(fēng)非常近，那么這項特性并不是那么重要。對于這種近場應(yīng)用，通常會有足夠多的信號。在麥克風(fēng)與聲源相距較遠的應(yīng)用中，如果采用低SNR的高噪聲麥克風(fēng)，所產(chǎn)生的信號將非常差或無法聽清。

　　特性的含義

　　麥克風(fēng)的自噪聲或噪底在很大程度上決定了能夠捕捉并傳送到信號鏈的音頻質(zhì)量。信噪比（SNR）和等效輸入噪聲（EIN）是描述噪底位于何處的兩個特性。

　　相比于以前的技術(shù)，MEMS麥克風(fēng)的自噪聲已大幅降低（見圖1）。

　　圖1 MEMS麥克風(fēng)自噪聲大幅降低

　　1 信噪比（SNR）

　　SNR是指參考信號與麥克風(fēng)的噪底之比。麥克風(fēng)的SNR是其固有自噪聲與標準1 kHz、94dB SPL （1Pa）參考壓力之差。此特性通常表示為20kHz帶寬下的A加權(quán)值（dBA）。A加權(quán)的意思是所提供的SNR包括一個校正因子，它對應(yīng)于人耳對不同頻率聲音的靈敏度。比較不同麥克風(fēng)的SNR時，應(yīng)確保它們基于相同的權(quán)重和帶寬。如果測量不使用相同的權(quán)重和帶寬，比較將是不準確的。

　　2 等效輸入噪聲（EIN）

　　等效輸入噪聲是將麥克風(fēng)的輸出噪聲水平表示為一個施加于麥克風(fēng)輸入端的理論聲學(xué)噪聲源。測量單位為聲壓級，用分貝（dB SPL）表示。小于EIN水平的SPL低于麥克風(fēng)的噪底。

　　EIN可以直接從麥克風(fēng)的SNR特性確定：

　　EIN =94dB-SNR

　　MEMS麥克風(fēng)的SNR性能倍增

　　MEMS行業(yè)的早期麥克風(fēng)提供大約58～60dB的SNR，聲學(xué)性能不及駐極體電容麥克風(fēng)（ECM）。現(xiàn)在，這一狀況正在改觀，領(lǐng)先制造商制造的MEMS麥克風(fēng)性能已有大幅提高。

　　超低噪聲MEMS麥克風(fēng)ADMP504和ADMP521的噪底比早期MEMS麥克風(fēng)降低2倍以上。ADMP504和ADMP521是首批達到65dBA SNR（29dBA EIN）的MEMS麥克風(fēng)。

　　65dBA的SNR即使對于駐極體麥克風(fēng)也是相當好的性能，但在SNR相當?shù)那闆r下，ECM的尺寸通常遠大于MEMS麥克風(fēng)。ECM尺寸縮小時，其SNR會快速下降（見圖2）。此外，ECM也沒有MEMS麥克風(fēng)所具有的其他優(yōu)勢，如在所有工作溫度下對聲音的響應(yīng)一致性等。

　　圖2 MEMS麥克風(fēng)VS ECMs

　　捕捉遠處的聲音

　　高性能MEMS麥克風(fēng)的SNR對哪些應(yīng)用有利呢？雖然幾乎任何應(yīng)用都可以獲益，但現(xiàn)在您可以考慮將這些麥克風(fēng)應(yīng)用于以前無法應(yīng)用的領(lǐng)域。

　　在視頻會議、專業(yè)音頻和工業(yè)系統(tǒng)等應(yīng)用中，聲源常常不在麥克風(fēng)附近。類似這樣的遠場應(yīng)用正是低噪聲MEMS麥克風(fēng)大顯身手的地方。

　　一個具體例子是利用網(wǎng)絡(luò)攝像頭和平板電腦進行視頻通話（如Skype）?，F(xiàn)在，MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)可以支持這些產(chǎn)品的高清音頻捕捉，而且MEMS麥克風(fēng)的封裝非常緊湊，足以放入最小的消費電子設(shè)備。

　　另一個可能性是將MEMS麥克風(fēng)用作聲學(xué)傳感器。在工業(yè)設(shè)備設(shè)計中，將麥克風(fēng)置于機器外殼內(nèi)部并不總是可行。然而，當麥克風(fēng)拾取通過堅硬障壁傳輸?shù)穆曇魰r，會有大量信號損失。

　　低自噪聲的麥克風(fēng)更能采集到足夠的信號。例如，在流量控制應(yīng)用中，麥克風(fēng)可以通過偵聽流過管道的物料來發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問題。

　　多麥克風(fēng)應(yīng)用

　　對于任何多麥克風(fēng)波束成形算法，低噪底也很關(guān)鍵。與陣列中的單麥克風(fēng)相比，波束成形算法往往導(dǎo)致系統(tǒng)噪聲水平較高。因此，必須確保陣列中的每個麥克風(fēng)都具有高SNR。

　　由于波束成形可以提高麥克風(fēng)陣列的方向性，因此這種陣列在視頻會議系統(tǒng)中很受歡迎。視頻會議系統(tǒng)既包括公司會議室中的固定視頻會議設(shè)備，也包括使用者從其客廳撥打視頻電話的電視機頂盒。

　　多麥克風(fēng)波束成形也用于安保應(yīng)用。安保和監(jiān)控設(shè)備一般安裝在固定地點，但并非所有可疑活動都發(fā)生在攝像頭的視野范圍內(nèi)。利用低噪聲MEMS麥克風(fēng)，住宅和商業(yè)建筑的安保攝像頭可以利用音頻來檢測聲音來自哪個方向，從而把鏡頭指向目標方向。

　　考慮麥克風(fēng)的最低噪聲

　　對于極具挑戰(zhàn)性的音頻捕捉應(yīng)用，雖然最終會考慮不止一方面的麥克風(fēng)性能，但低噪底是一個決定成敗的特性。過去，如果需要高SNR，可能不得不選擇駐極體麥克風(fēng)。如今，選擇范圍已不再局限于傳統(tǒng)的麥克風(fēng)技術(shù)。

　　現(xiàn)在的MEMS麥克風(fēng)SNR是以前產(chǎn)品的2倍以上，因而適合許多新型高性能應(yīng)用。隨著MEMS麥克風(fēng)技術(shù)的成熟，現(xiàn)代MEMS麥克風(fēng)已經(jīng)實現(xiàn)超低噪聲、小尺寸并兼容回流焊的封裝以及大家期盼的所有其他特性。

　　作者：ADI公司 Jerad Lewis， Paul Schrei

　　——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)11月《視音頻技術(shù)特刊》“透視新設(shè)計欄目”，轉(zhuǎn)載請注明出處，違者必究！