Чувствительность микрофона что это

Чувствительность микрофона что это

Микрофон — основной прибор, который преобразует звуковой (акустический) сигнал в электрический и далее передает его на записывающее устройство или усилитель, транслирующий на аудиторию. Используются они очень широко, начиная от лекций в учебных заведениях и офисных презентациях до студийных записей вокала и концертных шоу.

Обзор будет полезен всем, кого интересует покупка или аренда микрофона.

Выбор типа и даже модели микрофона зависит, главным образом, не от индивидуальных предпочтений, а от ситуации, в которой предполагается его использовать, поскольку различные характеристики должны оптимально соответствовать поставленной задаче — записи или усилению звука. Только правильно подобранный микрофон сможет обеспечить качественную, надежную и достоверную передачу звукового сигнала.

Типы микрофонов

Современные микрофоны бывают двух типов: конденсаторные и динамические. Разница состоит в механизме передачи звука.

Конденсаторный микрофон работает благодаря электрическому конденсатору, изобретенному в 1916 году. Это достаточно простое устройство, состоящее из двух пластин-электродов с диэлектриком посередине. В микрофонах одна из полимерных эластичных пластин (обкладок) покрыта металлизированной пленкой. От звуковых вибраций она колеблется, изменяет объем внутри конденсатора и сигнал (ток заряда) поступает на усилитель. Такие микрофоны передают звук с высокой точностью, в широком диапазоне, но из-за большой чувствительности реагируют и на посторонние шумы. В связи с этим их использование считается более целесообразным при студийной работе — для звукозаписи, телевидения, радиовещания. К недостаткам конденсаторных микрофонов можно отнести их зависимость от условий внешней среды — перепадов температуры и высокой влажности, хрупкость, а также более высокую стоимость.

Классической моделью такого микрофона считается AKG С414, обладающий лучшими техническими характеристиками для данного типа.

Разновидность конденсаторного — электретный микрофон, куда встроен электрет, способный накапливать заряд и затем постепенно его расходовать, поддерживая электрическое поле, так что постоянное подключение к источнику питания не требуется. К этому типу относится, например, универсальная и стильная модель AKG C1000S, где есть возможность не только изменять источник питания с фантомного на батарейки, но и переключать диаграмму направленности.

Динамический микрофон работает за счет колебаний мембраны, соединенной с катушечным либо ленточным проводником в магнитном поле. Такая конструкция более надежна в отношении внешних условий, выдерживает падения, удары и тряску, не реагирует на посторонние шумы и даже стоит дешевле. Зато динамический микрофон имеет меньший диапазон, не так чисто, как конденсаторный, передает оттенки звука и потому более пригоден для выступлений на публике, в том числе и на сцене и, особенно, при живом исполнении. Специфика конструкции также не позволяет делать динамические микрофоны миниатюрными.

Лидеры производства качественных динамических микрофонов: компании SHURE, SENNHEISER, AUDIO-TECHNICA, TELEFUNKEN, BEYERDYNAMIC. Поскольку устойчивость к механическим повреждениям — важная характеристика таких микрофонов, то имеет смысл выбирать модели проверенных производителей, изготовленные из высококачественных прочных материалов.

Основные технические характеристики микрофонов

К самым основным техническим характеристиками микрофонов, которые нужно учитывать при выборе модели являются:

Частотный диапазон определяет, какой спектр звуков способен передать микрофон. Так, обычная человеческая речь звучит в диапазоне 100−300 Гц, во время пения диапазон увеличивается до 60−1300 Гц, а вот у инструментов границы гораздо шире. Микрофон надо выбирать либо универсальный с наибольшим доступным диапазоном (человеческий голос в любом случае в него впишется), либо сосредоточиться на очень высокой или очень низкой частоте, в зависимости от музыкальных инструментов, чье звучание нужно будет передавать. Так, частотный диапазон микрофона ELECTRO-VOICE ND 367-S имеет пределы 25−20000 Гц, SHURE SM81 — 20−20000 Гц, AKG D112 — 20−17000 Гц, SENNHEISER E604 — 20−18000 Гц.

Чувствительность — способность микрофона уловить тихий звуковой сигнал и преобразовать его в электрическую волну. Измеряется показатель в децибелах (дБ) или милливольтах на паскаль (мВ/Па), чем ближе он к нулю в децибелах — самому низкому значению, которое способно уловить человеческое ухо — тем выше чувствительность микрофона. В милливольтах на паскаль, наоборот: чем цифра больше, тем лучше. Например, у очень чувствительного конденсаторного микрофона-пушки SENNHEISER MKH-1 она достигает 40 мВ/Па, а у классического динамического SHURE BETA 58 — 2,6 мВ/Па. Выбирая чувствительность микрофона, нужно особенно оценить обстановку, где предполагается его использовать. Студия звукозаписи, где отсутствуют посторонние шумы, идеальное место для высокочувствительного устройства, а вот для концерта или уличного выступления лишние звуки будут создавать ненужный фон и раздражающие помехи.

Направленность (диаграмма направленности) — параметр, который определяет чувствительность микрофона, поскольку устройство хорошо улавливает звуки не из любых источников на определенном удалении, а только из тех, которые попадают в контур его диаграммы. Самый простой вариант — круговая диаграмма, где главное значение имеет радиус, внутри которого микрофон улавливает звук с заявленной чувствительностью. Такие микрофоны называют ненаправленными, и их использование не всегда удобно из-за попадания в радиус посторонних шумов. Их вариация — микрофоны с краевым эффектом, когда отсекается задняя часть круга и устройство улавливает сигналы только в передней полусфере.

Направленные микрофоны могут иметь следующие рисунки диаграмм:

● кардиоида (напоминает форму сердца) с чувствительностью к звуку в передней части, с углом работы около 130

● суперкардиоида имеет узкую зону охвата и в задней части, а угол передней рабочей зоны уменьшен относительно простой кардиоиды до 115

● гиперкардиоида отличается еще большим сужением (до 105) передней зоны охвата в пользу задней, причем появляются две боковые зоны, откуда звук улавливается минимально;

● полукардиоида — оптимальная диаграмма для микрофонов на лекциях и конференциях, когда источников звука с боков нет, а все что расположено сзади относительно микрофона (аудитория) отскается и не создает помех при передаче;

● восьмерка — симметричная диаграмма, с одинаковыми рабочими зонами сзади и спереди и нулевой чувствительностью к боковым звукам, также называется «двунаправленной».

От диаграммы направленности зависят такие параметры микрофона как: подавление пространственного шума, эффект поворота микрофона относительно источника звука, определение оптимального расстояния до источника, появление шумов при приближении к нему.

В универсальных моделях направленность может переключаться с одной диаграммы на другую. Например, модель конденсаторного типа NEUMANN M149 может работать во всех пяти вариантах — от круговой до восьмерки.

Импеданс (сопротивление, обозначается буквой Z) — параметр, влияющий на качество передачи звука путем согласованной работы микрофона и соединенного с ним предусилителя. Для оптимальной работы необходимым считается превышение входного сопротивления предусилителя над выходным сопротивлением микрофона в 10 раз. Многие производители уже в рекомендациях к микрофонам указывают, какой предусилитель подойдет им в пару, чтобы потребителям не приходилось рассчитывать уровни самостоятельно. Соответственно, если одно устройство уже есть в наличии, то важно подобрать и второе так, чтобы по импедансу они друг другу соответствовали.

Читайте также:  Как установить статус в контакте

Дополнительные параметры, которые также могут иметь важное значение:

● звуковое давление максимальная сила звука в децибелах, которую микрофон способен качественно передать, например, модели AKG D112 и SENNHEISER E604 выдерживают свыше 160 Дб и специально используются при работе с ударными и духовыми инструментами

● стереозвучание (обычно для создания стереозвука используют 2−3 микрофона или несколько усилителей, но есть модели, объединяющие свойства нескольких устройств в одном корпусе)

● эквивалентный уровень шума (также называется собственный, чем он меньше, тем лучше)

● тип питания (фантомное, на батарейках).

Советы по выбору микрофона

Разобравшись в описанных выше характеристиках, можно обозначить шаги по выбору оптимальной модели микрофона:

1. Определиться с основной задачей, для которой нужен микрофон и обратить внимание на самые важные для нее технические характеристики. Для пения караоке — это будет четкость передачи звука, для студийной записи — высокая чувствительность, для концерта на открытой площадке — устойчивость к погодным условиям, для определенных инструментов — узкий частотный диапазон

Соответственно, делается выбор между конденсаторным или динамическим микрофоном, а затем находится тот, который обладает оптимальными техническими характеристиками.

1. Внешний вид микрофона также важен, не столько своим дизайном, сколько удобством в использовании.

2. Наличие дополнительных устройств, входящих в комплект. К ним относятся гарнитура, в том числе беспроводная, наличие крепления на одежду (петличка), ветрозащитный колпачок

Все вышеперечисленные параметры микрофонов можно для удобства разделить на две группы. Первые — влияют на качество звука при записи или усилении. Вторые и третьи — на качество не влияют, но создают выступающему определенный комфорт. Что важнее — решается в каждом конкретном случае.

Так, для эстрадных (сценических) микрофонов важны габариты, эргономика, и определенная степень универсальности (SHURE BETA 58, SHURE SM 58, SENNHEISER E695). Репортерские микрофоны никак не могут быть хрупкими и чувствительными к погодным условиям, должны иметь ветрозащитный колпачок и удобное крепление, узконаправленную диаграмму (AUDIO-TECHNICA ATR25, AKG D230, AKG CK98). Студийные телевизионные микрофоны — также однонаправленные, причем только в верхней полусфере. Их отличает компактность и удобство расположения на столе, наличие беспроводной гарнитуры. Для радиовещания микрофоны, наоборот, выбирают более габаритные и располагают их на специальных стойках. Они обладают настраиваемой диаграммой направленности и частотным диапазоном, лучше всего подходящим для передачи человеческой речи. Классика этого типа — NEUMANN M 149 TUBE. Музыкальные студийные микрофона — самые чувствительные и разделяются на речевые, вокальные, инструментальные, внешне походя и на сценические, и на вещательные, поскольку тут важно их устойчивое положение, а не легкость и дизайн/

Многие производители, особенно известные на мировом рынке звукового оборудования, в своих моделях сочетают и качество передачи звука, и дизайн, и удобство в использовании, что делает их продукцию очень востребованной и популярной, невзирая на достаточно высокий уровень цен.

Чувствительность является одной из ключевых характеристик любого микрофона. Она может быть как высокой, так и низкой. Следует ознакомиться с разницей, чтобы правильно выбрать устройство.

Чувствительность микрофона в дб

Чувствительность является отношением входного давления и напряжения. Этот показатель характеризует количество выходных сигналов.

Определяется показатель следующими характеристиками:

Выходные сигналы при входных воздействиях и называется чувствительностью. Она показывает значение выходного напряжения в вольтах, а также как оно изменится, если увеличить или уменьшить показатель звукового давления.

Когда человек говорит, или играет музыкальный инструмент, микрофон воспринимает интенсивность сигнала и способен преобразовать такую волну в электрические волны.

Важно! Средний показатель чувствительности от 40 до 60 дБ. Но встречаются и модели свыше 85 дБ.

Что это за показатель

Такой параметр полностью зависит от максимального значения акустических входных сигналов. Поэтому при создании микрофонов, у разработчиков есть некоторые ограничения, ведь если они ошибутся с показателем, есть риск, что сигнал не будет поступать или выйдет за рамки, когда человек может безболезненного воспринимать сигналы (слишком громкие).

При высоком параметре, качество сигнала увеличится. Этот показатель также позволяет микрофону передавать звуки, если их источник находится далеко от устройства (например, на сцене, когда певец отдаляется от микрофона). Но в то же время, слишком чувствительный микрофон сильно воспринимает посторонний шум. Например, звук воздуха, когда певец двигается на сцене. Поэтому этот показатель не должен быть слишком маленьким, но и большой не самый лучший выбор.

Параметр полностью зависит от вида изделия. Например, для студийных и настольных микрофонов, чувствительность может быть низкой, ведь в процессе эксплуатации человек не двигается, источник сигнала находится близко к устройству, и большинство моделей отличаются хорошим качеством. Но если вопрос касается петлички (когда микрофон прикрепляют к одежде прищепкой), здесь необходим высокий показатель. Это связано с тем, что голова человека или другой источник звука находится далеко от микрофона, и посторонние шумы способны плохо отразиться на качестве сигнала.

Еще один параметр, при котором показатель важен – где именно располагается источник сигнала. Если звуки идут сбоку или сзади, лучше выбрать устройство с хорошей чувствительностью.

Какой чувствительности лучше выбрать микрофон

Микрофон с высокими параметрами не означает, что он лучше, чем тот, что с низкой. А он является показателем характеристики, но никак не влияет на качество. Выбор зависит от конкретной задачи. Но кроме чувствительности следует обращать внимание на следующие параметры:

  1. Точка ограничения.
  2. Наличие звуковых искажений.
  3. Наличие шума.

Для микрофонов с высокими параметрами, необходимо меньше усиления в усилителе, но запас, связанный с точкой ограничения ниже.

А если необходимо передать сигнал через сотовый (где микрофон и источник, передающий звуки находятся в непосредственной близости), микрофоны с высоким таким показателем могут попасть в ограничение, поэтому появятся звуковые искажения. Ограничение связано с максимальным уровнем акустики.

В то же время устройства с низким параметром больше подойдут для передачи сигналов на дальние расстояния, например, для камер видеонаблюдения или громкой связи на телефонах. В таких случаях, чем больше расстояние от микрофона до источника, тем слабее звуковой сигнал. При каждом удвоении расстояния от микрофона до источника, качество уменьшается примерно в два раза. Но благодаря отличным характеристикам современных моделей, разница практически не чувствуется.

Также существует метод увеличить чувствительность устройства. Для этого используют цифровое усиление. Если у процессора хорошая разрядность, качество звука не ухудшится при увеличении, а лишние шумы никак не повлияют на это.

Чувствительность не является параметром, который сильно влияет на качество изделия. Поэтому выбирать ее значение необходимо, отрываясь от эксплуатации микрофона. Разработчики стараются делать такие изделия, у которых хорошие показатели (как высокие, так и низкие).

Читайте также:  Новые дополнения к симс 4 дата выхода

Рубрикатор

События

Наши новости

Новости

Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

Льюис Джерад (Jerad Lewis)

Чувствительность, определяемая как отношение выходного аналогового напряжения или цифрового кода к входному давлению, — это ключевая характеристика любого микрофона. Преобразование единиц в акустической области в единицы в электрической определяет уровень выходного сигнала микрофона.
В статье обсуждается различие в определениях чувствительности цифровых и аналоговых микрофонов, рассматривается вопрос выбора микрофона с наиболее подходящей для конкретной задачи чувствительностью, а также поясняется, почему добавление одного или нескольких битов цифрового усиления способно улучшить сигнал.

Аналоговые и цифровые микрофоны

Чувствительность микрофона обычно измеряется путем подачи синусоидального сигнала с частотой 1 кГц и уровнем звукового давления (Sound Pressure Level, SPL) 94 дБ, что соответствует давлению 1 Па. Уровень аналогового или цифрового выходного сигнала микрофона при таком входном воздействии является мерой его чувствительности. Это значение, хоть и является одной из характеристик микрофона, ни в коей мере не дает полного представления о его качестве.

Чувствительность аналогового микрофона является интуитивно понятным показателем. Она обычно измеряется в логарифмических единицах дБ·В (децибел по отношению к 1 В) и говорит о том, каким будет выходное напряжение в вольтах при заданном уровне звукового давления. Для перевода чувствительности аналогового микрофона из линейных единиц (мВ/Па) в логарифмические единицы (дБ) можно воспользоваться следующим выражением:

где ВыходAREF — это эталонный уровень чувствительности, равный 1000 мВ/Па.

На основании этой информации можно легко подобрать подходящий коэффициент усиления предварительного усилителя для согласования уровня выходного сигнала микрофона с желаемым уровнем входного сигнала остальной части схемы или системы. Рис. 1 иллюстрирует согласование пикового выходного напряжения микрофона (VMAX) с входным напряжением полной шкалы АЦП (VIN) при помощи усилителя с коэффициентом усиления VIN/VMAX. Так, например, для согласования выходного напряжения микрофона ADMP504, которое имеет максимальный уровень 0,25 В, с АЦП, имеющим пиковое значение входного напряжения полной шкалы, равное 1 В, потребуется коэффициент усиления, равный 4 (12 дБ).

Рис. 1. Согласование выходного сигнала аналогового микрофона с входным уровнем АЦП при помощи предварительного усилителя

Чувствительность цифровых микрофонов, выражаемая в дБ по отношению к полной шкале (дБ FS), не столь интуитивно понятна. Различие в единицах измерения указывает на тонкий контраст в определениях чувствительности для аналоговых и цифровых микрофонов. В случае аналогового микрофона с выходным сигналом в виде напряжения единственным фактором, ограничивающим уровень выходного сигнала, является практическое ограничение напряжений питания системы. Хотя в большинстве случаев это нецелесообразно по практическим соображениям, никаких физических причин, по которым аналоговый микрофон не мог бы обладать чувствительностью 20 дБ·В (выходное напряжение 10 В при эталонном уровне входного сигнала), нет. Данное значение чувствительности допустимо при условии, что усилители, преобразователи и иные схемы способны поддерживать требуемые уровни сигнала.

В случае с чувствительностью цифрового микрофона разработчик имеет меньшую свободу, поскольку она зависит от единственного параметра проекта — максимального акустического входного сигнала. Когда максимальный уровень входного акустического сигнала микрофона отображается в значение полной шкалы цифрового кода (единственно разумный вариант отображения), чувствительность всегда должна быть равна разности между данным уровнем акустического сигнала и эталонным уровнем звукового давления (94 дБ). Таким образом, если максимальный уровень звукового давления микрофона равен 120 дБ, чувствительность микрофона будет равна –26 дБ FS (94–120 дБ). Изменить проект так, чтобы цифровой выходной сигнал при заданном уровне входного акустического сигнала был выше, невозможно без уменьшения максимального входного акустического сигнала на ту же величину.

Чувствительность цифровых микрофонов измеряется в процентах от выходного сигнала полной шкалы, соответствующего входному сигналу с уровнем звукового давления 94 дБ. Уравнение, позволяющее преобразовать чувствительность цифрового микрофона из линейных единиц в логарифмические, выглядит следующим образом:

где ВыходDREF — это уровень полной шкалы выходного цифрового сигнала.

И, наконец, еще один часто вводящий в заблуждение вопрос при сравнении аналоговых и цифровых микрофонов связан с применением пиковых и среднеквадратических значений. Акустические уровни входного сигнала микрофона, указываемые в дБ, — это всегда среднеквадратические значения, независимо от типа микрофона. В качестве эталонного уровня для выходного сигнала аналоговых микрофонов используется среднеквадратическое напряжение 1 В. Это вызвано тем, что для сравнения уровней аналоговых звуковых сигналов наиболее часто применяют среднеквадратические значения. В свою очередь, чувствительность и уровень выходного сигнала цифровых микрофонов указываются через пиковые значения, поскольку они привязаны к цифровому коду полной шкалы, также являющемуся пиковым значением. Тот факт, что для указания выходного сигнала цифровых микрофонов используются пиковые значения, как правило, необходимо учитывать при разработке последующих алгоритмов обработки, в которых может потребоваться знание точных уровней сигналов. Так, например, в алгоритмах преобразования динамического диапазона (компрессорах, ограничителях и пороговых шумоподавителях) пороги обычно выставляются по среднеквадратическим уровням, поэтому при обработке выходного сигнала цифрового микрофона необходимо перейти от пиковых к среднеквадратическим значениям, вычтя соответствующую величину. Для синусоидального входного сигнала среднеквадратическое значение на 3 дБ ниже пикового, в то время как для сигналов более сложной формы это соотношение может быть иным. Рассмотрим в качестве примера микрофон МЭМС ADMP421, имеющий цифровой выход в формате с модуляцией плотности потока импульсов (pulse-density-modulated, PDM), чувствительность которого составляет –26 дБ FS. При синусоидальном входном сигнале с уровнем звукового давления 94 дБ пиковый выходной уровень будет равен –26 дБ FS, а среднеквадратический — –29 дБ FS.

Поскольку выходные сигналы цифровых и аналоговых микрофонов имеют разные единицы измерения, непосредственное сравнение этих двух типов микрофонов затруднено. В то же время в акустической области они работают с одной и той же единицей измерения — уровнем звукового давления. Независимо от формата выходного сигнала микрофона (аналоговое напряжение, цифровой сигнал в формате PDM или цифровой сигнал в формате I 2 S) максимальный входной акустический сигнал и отношение сигнал-шум (разница между эталонным уровнем звукового давления 94 дБ и уровнем шума) можно сравнивать напрямую. Рис. 2 иллюстрирует взаимосвязь между акустическим входным сигналом и уровнями выходного сигнала аналогового и цифрового микрофонов при заданном значении чувствительности. Рис. 2a соответствует аналоговому микрофону ADMP504, который обладает чувствительностью –38 дБ·В и отношением сигнал-шум 65 дБ. Изменение его чувствительности относительно эталонного уровня звукового давления (94 дБ), указанного слева, означает перемещение шкалы выходного сигнала в дБ·В вверх (повышение чувствительности) или вниз (уменьшение чувствительности).

Рис. 2. Отображение входного акустического сигнала: а) уровень выходного напряжения аналогового микрофона; б) уровень цифрового выходного сигнала цифрового микрофона

Рис. 2б соответствует цифровому микрофону ADMP521, который обладает чувствительностью –26 дБ FS и отношением сигнал-шум 65 дБ. Приведенный пример отображения уровней показывает, что чувствительность цифрового микрофона невозможно подстроить, не нарушив соотношения между максимальным уровнем входного акустического сигнала и значением полной шкалы цифрового кода. Такие характеристики, как отношение сигнал-шум, динамический диапазон, ослабление пульсаций напряжения питания и полный уровень гармонических искажений (THD), лучше отражают качество микрофона, чем чувствительность.

Читайте также:  Датчик тяги с трубкой

Выбор чувствительности и коэффициента усиления

Микрофон с высокой чувствительностью не всегда лучше микрофона с низкой чувствительностью. Чувствительность дает определенную информацию о характеристиках микрофона, но не о его качестве. То, насколько хорошо отдельно взятый микрофон подходит для конкретной задачи, определяется соотношением уровня шума микрофона, точки ограничения, уровня искажений и чувствительности. Для микрофона с высокой чувствительностью может потребоваться меньший коэффициент усиления в предварительном усилителе, однако в то же время он может иметь меньший запас относительно точки ограничения по сравнению с микрофоном, обладающим меньшей чувствительностью.

В задачах приема сигнала в ближней зоне, например в сотовых телефонах, где микрофон находится близко к источнику сигнала, более вероятно, что микрофон с большей чувствительностью достигнет максимального уровня входного акустического сигнала, попадет в ограничение и будет давать искажения. С другой стороны, большее значение чувствительности может быть предпочтительнее для приема сигнала в дальней зоне, например в телефонах с громкой связью и видеокамерах охранных систем, где уровень звукового сигнала ослабевает по мере увеличения расстояния от источника до микрофона. Рис. 3 иллюстрирует влияние расстояния от источника звука до микрофона на уровень звукового давления. При каждом удвоении расстояния от источника акустического сигнала его уровень уменьшается на 6 дБ (вдвое).

Рис. 3. Уменьшение уровня звукового давления на входе микрофона по мере увеличения расстояния от источника

Для примера на рис. 4 показаны типичные значения уровней звукового давления для различных источников звука — от тихой записи в студии (менее 10 дБ) до уровня болевого порога (более 130 дБ, уровень звука, вызывающий болевые ощущения у среднестатистического человека). Микрофоны редко способны перекрыть весь этот диапазон или большую его часть, поэтому на этапе проектирования важно выбрать подходящий микрофон с учетом требуемого диапазона уровней звукового давления. Для согласования уровня выходного сигнала микрофона в представляющем интерес динамическом диапазоне с типичным рабочим диапазоном тракта обработки звуковых частот следует использовать информацию, которую дает значение чувствительности.

Рис. 4. Уровень звукового давления для различных источников

Аналоговые микрофоны имеют широкий диапазон возможных значений чувствительности. Некоторые динамические микрофоны могут иметь чувствительность на уровне всего –70 дБ·В. Некоторые конденсаторные микрофонные модули содержат интегрированные предварительные усилители и поэтому обладают очень высокой чувствительностью вплоть до –18 дБм. Большинство аналоговых электретных микрофонов и микрофонов на основе технологии МЭМС обладают чувствительностью в диапазоне от –46 до –35 дБ·В (5–17,8 мВ/Па). Этот уровень является разумным компромиссом между шумовым порогом, которому в микрофонах МЭМС ADMP504 и ADMP521, например, соответствует уровень звукового давления всего 29 дБ, и максимальным входным акустическим сигналом (типичный уровень звукового давления около 120 дБ). Чувствительность аналогового микрофона можно отрегулировать в цепи предварительного усилителя, который зачастую интегрируется в один корпус с преобразовательным элементом.

Несмотря на очевидное отсутствие гибкости в выборе чувствительности цифрового микрофона, уровень его выходного сигнала легко может быть отрегулирован при помощи цифрового усиления в цифровом процессоре. Если процессор имеет достаточную разрядность для представления всего динамического диапазона исходного сигнала микрофона, цифровое усиление не приведет к ухудшению шумового уровня сигнала. В аналоговой схеме каждый усилительный каскад будет вносить некоторый дополнительный шум в сигнал, и разработчик системы должен гарантировать, что шум, вносимый каскадами, не приведет к ухудшению качества звукового сигнала. В качестве примера рассмотрим микрофон ADMP441 с цифровым выходом в формате I 2 S, который обладает максимальным уровнем звукового давления 120 дБ (чувствительность –26 дБ FS) и эквивалентным входным шумом, соответствующим уровню звукового давления 33 дБ (отношение сигнал-шум 61 дБ). Динамический диапазон микрофона равен разности между наибольшим (максимальный уровень звукового давления) и наименьшим (шумовой порог) уровнями сигнала, которые он способен достоверно воспроизводить. Для ADMP441 он равен 120–33 = 87 дБ и может быть представлен 15-разрядным цифровым словом. Сдвиг данных в цифровом слове на 1 бит приводит к изменению уровня сигнала на 6 дБ, поэтому даже 16-разрядный процессор с динамическим диапазоном 98 дБ допускает в данном случае усиление или ослабление на 11 дБ без ухудшения исходного динамического диапазона. Обратите внимание на то, что во многих процессорах максимальный входной акустический сигнал цифрового микрофона отображается в уровень полной шкалы внутреннего формата данных процессора. При таком отображении добавление любого усиления уменьшает динамический диапазон на соответствующую величину и снижает точку ограничения системы. Так, при работе с ADMP441 добавление усиления 4 дБ в процессоре приведет к ограничению сигнала в системе при подаче сигнала с уровнем звукового давления 116 дБ, если запас между уровнем полной шкалы сигнала и полной шкалой формата данных отсутствует.

На рис. 5 изображен цифровой микрофон с выходом I 2 S или PDM, подключенный непосредственно к цифровому сигнальному процессору. В данной конфигурации применение промежуточного каскада усиления не требуется, поскольку пиковый уровень выходного сигнала микрофона уже соответствует полной шкале формата входного слова процессора.

Рис. 5. Сигнальный тракт с непосредственным подключением цифрового микрофона к цифровому сигнальному процессору

Заключение

В статье даны пояснения, что такое чувствительность микрофона, как учитывать ее при проектировании каскадов усиления и почему, несмотря на связь между чувствительностью и отношением сигнал-шум, первый параметр не является показателем качества микрофона в отличие от второго. Независимо от типа используемого микрофона приведенная информация позволит разработчику подобрать наиболее подходящее для решения конкретной задачи устройство и добиться максимальных показателей от выбранного продукта.

Литература

  1. Designing with MEMS Microphones. http://ez.analog.com/community/ask_the_expert/archived/mems-microphones
  2. Lewis J. AN-1112 Application Note. Microphone Specifications Explained. Analog Devices. 2011.
  3. MEMS Microphones. http://www.analog.com/en/audio video-products/mems-microphones/products/index.html
  4. Eargle J. The Microphone Book // Elsevier/Focal Press. 2004.
  • Ручной анализатор спектра компании Agilent Technologies
  • МЭМС-гироскопы и акселерометры Silicon Sensing: английские традиции, японские технологии
  • Новые модели контрольно-измерительных приборов
  • Использование осциллографа для отладки цепей в протоколе I 2 C
  • Радиационно-стойкие сдвоенные силовые транзисторы MOSFET в компактном герметичном корпусе LCC-6 для поверхностного монтажа
  • Сегментация EEPROM-памяти микросхем FTDI на примере ft232h
  • Самосинхронные схемы. Принципы построения и элементная база
  • Новый номер журнала «Силовая электроника»

Если Вы заметили какие-либо неточности в статье (отсутствующие рисунки, таблицы, недостоверную информацию и т.п.), просьба сообщить нам об этом. Пожалуйста укажите ссылку на страницу и описание проблемы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector