了解麦克风灵敏度之前,我们首先要知晓压强,声压的基本概念
压强:单位面积上所受的压力,单位 Pa,1 Pa=1N/m²
声压:声扰动产生的逾量压强 P=P1-P0,就称为声压,声压的大小反映了声波的强弱。声压是一个标量而不是矢量,相位只有正负。 声压的单位为Pa,有时也用Bar表示,1Bar=1000KPa。人耳能感受到的最小声压20uPa,为正常人耳的可听阈声压。
声压有峰值声压,和有效声压,我们通常说的声压大多为有效声压;
声压级:把声压的有效值都对数来表示声音的强弱。
由于人的耳朵所感受到的最小声压为20μPa,因此在空气中参考声压一般取20μPa,有效声压20μPa的声音声压级为0dB;
声压/Pa | 声压级/dBSPL |
20u | 0 |
1 | 94 |
2 | 100 |
10 | 114 |
20 | 120 |
100 | 134 |
声压增加10倍,声压级在原来基础上增加20dB;声压增加2倍,声压级在原来基础上增加6dB;另外当声压增加到20Pa时,即声压级为120dB;人们的耳朵会感觉到疼痛,因此,声学把120dB定位为痛阈。
灵敏度:模拟输出电压或者数字输出值与输入压力之比;在输入已知的情况,从声域到电域输出信号的幅度。
麦克风灵敏度一般在94dB声压级下,用1KHz Sine作为已知输入,得到的麦克风输出信号幅度。
麦克风分为模拟麦克风和数字麦克风,二者对于灵敏度有细微差别。
模拟麦克风的灵敏度,一般单位为dBV,也时表示为dBV/Pa,为有效值
数字麦克风灵敏度,一般单位为dBFS;单位的差异表明,数字麦克风和模拟麦克风的灵敏度在定义上存在细微差异;对于模拟麦克风,输入信号大小限制实际上是系统电源电压的限制。从物理本质上讲,模拟麦克风完全可以拥有20dBV(10V/Pa)的灵敏度,只要放大器,转换器和其他电路可以支持,便完全没有问题。
数字麦克风灵敏度,之取决一个设计参数,最大声学输入,只要将满量程数字映射(唯一有用)到麦克风的最大输入声学输入,则灵敏度一定是该最大声学信号与94dBSPL参考信号之差。例如,如果数字麦克风最大SPL为120dB,则灵敏度为-26dBFS(94-120)。所以,数字灵敏度受限于给定的最大声学输入大小。
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。另外一个比较难懂的地方是,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 。但是模拟麦克风灵敏度为有效值(均方根);数字麦克风的灵敏度为峰值电平,因为他们是以1FS(即峰值)作为参考。对于正弦输入,其均方根电平比峰值电平低3 dB(1/1.414)。