電子發燒友網12月“處理器與DSP特刊”火熱下載中，缺你怎可！

　　微機電系統（MEMS）麥克風具有MEMS器件的許多典型優勢，包括超小尺寸、低功耗、性能穩定（不隨時間和溫度而變化）等。但是，這些麥克風的音頻特性尚不足以滿足某些設計要求，例如需要捕捉來自遠處的聲音或需要使用多個麥克風時。如今，高性能MEMS麥克風正在實現新的可能，許多聲學專家會指出：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

　　任何麥克風都會產生一定水平的噪聲，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。

　　對于電子設計師，麥克風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向信號鏈的其余部分提供盡可能多的信號。麥克風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。

　　麥克風的噪聲越高，您獲得的信號就越少。麥克風的噪聲越低，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可以使信號鏈輸出的聲音更清晰。

　　麥克風的信噪比越高，說明麥克風越安靜，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非常近，那么這項特性并不是那么重要。對于這種近場應用，通常會有足夠多的信號。在麥克風與聲源相距較遠的應用中，如果采用低SNR的高噪聲麥克風，所產生的信號將非常差或無法聽清。

　　特性的含義

　　麥克風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，MEMS麥克風的自噪聲已大幅降低（見圖1）。

　　圖1 MEMS麥克風自噪聲大幅降低

　　1 信噪比（SNR）

　　SNR是指參考信號與麥克風的噪底之比。麥克風的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加權值（dBA）。A加權的意思是所提供的SNR包括一個校正因子，它對應于人耳對不同頻率聲音的靈敏度。比較不同麥克風的SNR時，應確保它們基于相同的權重和帶寬。如果測量不使用相同的權重和帶寬，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的輸出噪聲水平表示為一個施加于麥克風輸入端的理論聲學噪聲源。測量單位為聲壓級，用分貝（dB SPL）表示。小于EIN水平的SPL低于麥克風的噪底。

　　EIN可以直接從麥克風的SNR特性確定：

　　EIN =94dB-SNR

　　MEMS麥克風的SNR性能倍增

　　MEMS行業的早期麥克風提供大約58～60dB的SNR，聲學性能不及駐極體電容麥克風（ECM）。現在，這一狀況正在改觀，領先制造商制造的MEMS麥克風性能已有大幅提高。

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

　　65dBA的SNR即使對于駐極體麥克風也是相當好的性能，但在SNR相當的情況下，ECM的尺寸通常遠大于MEMS麥克風。ECM尺寸縮小時，其SNR會快速下降（見圖2）。此外，ECM也沒有MEMS麥克風所具有的其他優勢，如在所有工作溫度下對聲音的響應一致性等。

　　圖2 MEMS麥克風VS ECMs

　　捕捉遠處的聲音

　　高性能MEMS麥克風的SNR對哪些應用有利呢？雖然幾乎任何應用都可以獲益，但現在您可以考慮將這些麥克風應用于以前無法應用的領域。

　　在視頻會議、專業音頻和工業系統等應用中，聲源常常不在麥克風附近。類似這樣的遠場應用正是低噪聲MEMS麥克風大顯身手的地方。

　　一個具體例子是利用網絡攝像頭和平板電腦進行視頻通話（如Skype）。現在，MEMS麥克風已經可以支持這些產品的高清音頻捕捉，而且MEMS麥克風的封裝非常緊湊，足以放入最小的消費電子設備。

　　另一個可能性是將MEMS麥克風用作聲學傳感器。在工業設備設計中，將麥克風置于機器外殼內部并不總是可行。然而，當麥克風拾取通過堅硬障壁傳輸的聲音時，會有大量信號損失。

　　低自噪聲的麥克風更能采集到足夠的信號。例如，在流量控制應用中，麥克風可以通過偵聽流過管道的物料來發現生產問題。

　　多麥克風應用

　　對于任何多麥克風波束成形算法，低噪底也很關鍵。與陣列中的單麥克風相比，波束成形算法往往導致系統噪聲水平較高。因此，必須確保陣列中的每個麥克風都具有高SNR。

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

　　多麥克風波束成形也用于安保應用。安保和監控設備一般安裝在固定地點，但并非所有可疑活動都發生在攝像頭的視野范圍內。利用低噪聲MEMS麥克風，住宅和商業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。

　　考慮麥克風的最低噪聲

　　對于極具挑戰性的音頻捕捉應用，雖然最終會考慮不止一方面的麥克風性能，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。如今，選擇范圍已不再局限于傳統的麥克風技術。

　　現在的MEMS麥克風SNR是以前產品的2倍以上，因而適合許多新型高性能應用。隨著MEMS麥克風技術的成熟，現代MEMS麥克風已經實現超低噪聲、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

　　——本文選自電子發燒友網11月《視音頻技術特刊》“透視新設計欄目”，轉載請注明出處，違者必究！