1、数数 字字 麦麦 克克 风风基基 础础 知知 识识 培培 训训模拟麦克风和数字麦克风的框架结构模拟麦克风和数字麦克风的框架结构 前面的一幅图片是笔记本电脑中模拟麦克风和数字麦克风的框架图，由图我们可以看出，数字麦克风较模拟麦克风的优势。 理论上将麦克风放在笔记本的翻盖中效果最好，然而这对电脑设计者是一个很大的挑战。现有的笔记本电脑的麦克风处在电脑底座中，从机械和声学噪声的角度看，这是一个非常恶劣的环境，这就要求麦克风的性能很好。数字麦克风输出具有抵抗射频和电磁干扰的能力，能够避免麦克风性能受到电源纹波的影响。在一个较安静的环境中使用一个数字麦克风足够了。然而，在嘈杂的的环境中，一种更有效的方案
2、是嵌入两个或多个数字麦克风以形成麦克风阵列。麦克风阵列可以结合波束形成、噪声抑制及声学回声消除算法来使用，这种算法可以显著改善语音输入质量。微软公司下一代操作系统Windows Vista将包含这些类型的算法，以用于实时通信应用。 为适应这一发展要求，我们公司也开发了自己的数字麦克风。在此我们简单介绍一些数字麦克风的基础知识。数字麦克风基础知识数字麦克风基础知识v主要内容：主要内容：1.数字电路和模拟电路的基本概念数字电路和模拟电路的基本概念2.数字信号的表示方法数字信号的表示方法3.FET和数字芯片和数字芯片4.模数转换器（模数转换器（ADC ）的基础知识）的基础知识5.数字麦克风的参数与测
3、试方法数字麦克风的参数与测试方法1、数字电路和模拟电路的基本概念、数字电路和模拟电路的基本概念v电子系统，通常是指由若干相互联接、相互作用的基本电电子系统，通常是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。通常电子电路可以分路组成的具有特定功能的电路整体。通常电子电路可以分为模拟电子电路和数字电子电路。在此先介绍一下数字信为模拟电子电路和数字电子电路。在此先介绍一下数字信号和模拟信号这两个概念。号和模拟信号这两个概念。v在观察自然界中形形色色的物理量时不难发现，尽管它们在观察自然界中形形色色的物理量时不难发现，尽管它们的性质各异，但就其变化规律的特点而言，不外乎两大类。的
4、性质各异，但就其变化规律的特点而言，不外乎两大类。v其中一类物理量的变化在时间上或数值上则是连续的。这其中一类物理量的变化在时间上或数值上则是连续的。这一类物理量叫做模拟量，把表示模拟量的信号叫做模拟信一类物理量叫做模拟量，把表示模拟量的信号叫做模拟信号，并把工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。号，并把工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。tv另一类物理量的变化在时间上和数量上都是离散的。也就是另一类物理量的变化在时间上和数量上都是离散的。也就是说，它们的变化在时间上是不连续的，总在一系列离散的瞬说，它们的变化在时间上是不连续的，总在一系列离散的瞬间发生。同时，它们的数值大小和每次的增减
5、变化都是在某间发生。同时，它们的数值大小和每次的增减变化都是在某一个数量单位的整数倍，而小于这个最小数量单位的数值没一个数量单位的整数倍，而小于这个最小数量单位的数值没有任何物理意义。这一类物理量叫做数字量，把表示数字量有任何物理意义。这一类物理量叫做数字量，把表示数字量的信号叫做数字信号，并且把工作在数字信号下的电子电路的信号叫做数字信号，并且把工作在数字信号下的电子电路叫做数字电路。具体讲，数字电路就是对数字信号进行产生、叫做数字电路。具体讲，数字电路就是对数字信号进行产生、存储、传输、变换、运算及处理的电子电路。存储、传输、变换、运算及处理的电子电路。1、数字电路和模拟电路的基本概念、数
6、字电路和模拟电路的基本概念tv 数字电路较模拟电路的优点数字电路较模拟电路的优点v 精确度较高；精确度较高；v 有较强的稳定性、可靠性和抗干扰能力；有较强的稳定性、可靠性和抗干扰能力；v 具有算术运算能力和逻辑运算能力，可进行逻辑推理和具有算术运算能力和逻辑运算能力，可进行逻辑推理和 逻辑判断；逻辑判断；v 电路结构简单，便于制造和集成；电路结构简单，便于制造和集成；v 使用方便灵活。使用方便灵活。v 目前我们公司大量生产的麦克风的工作原理都是基于模目前我们公司大量生产的麦克风的工作原理都是基于模拟电路的。然而在我们周围，到处可以看到数字电视等拟电路的。然而在我们周围，到处可以看到数字电视等等
7、数字化产品。为适应电子产品的数字化要求，我们公等数字化产品。为适应电子产品的数字化要求，我们公司也正在设计开发自己的数字麦克风产品司也正在设计开发自己的数字麦克风产品。1、数字电路和模拟电路的基本概念、数字电路和模拟电路的基本概念2、数字信号的表示方法、数字信号的表示方法 -数制和码制数制和码制v2.1 数制数制 用数字量表示物理量的大小时，仅用一位用数字量表示物理量的大小时，仅用一位数码往往不够用，因此经常需要用进位计数的数码往往不够用，因此经常需要用进位计数的方法组成多位数码使用。我们把多位数码中每方法组成多位数码使用。我们把多位数码中每一位的构成方法以及从低位到高位的进位规则一位的构成方
8、法以及从低位到高位的进位规则称为数制。称为数制。v在数字电路中经常使用的计数进制除了十进制在数字电路中经常使用的计数进制除了十进制外，还经常使用二进制和十六进制外，还经常使用二进制和十六进制。2.1 数制数制v2.1.1 十进制十进制十进制是日常生活和工作中最常使用的进位计数十进制是日常生活和工作中最常使用的进位计数制。在十进制中，每位有制。在十进制中，每位有09十个数码，所以十个数码，所以计数的基数是十。超过计数的基数是十。超过9的数必须用多位数表的数必须用多位数表示，其中低位和相临的高位之间的关系是示，其中低位和相临的高位之间的关系是“逢逢十进一十进一”，故称为十进制。例如：，故称为十进制
9、。例如：43.5=4101+3 100+5 10-1所以任何一个十进制数都可以用式所以任何一个十进制数都可以用式(1)表示表示: D=Ki 10i 式式(1)v2.1.2 二进制二进制 目前在数字电路中应用最广的是二进制。在二进制数目前在数字电路中应用最广的是二进制。在二进制数中，每一位仅有中，每一位仅有0和和1两个可能的数码，所以计数基数为两个可能的数码，所以计数基数为2。低位和相临高位的进位关系是低位和相临高位的进位关系是“逢二进一逢二进一”，故称为二进，故称为二进制制 根据式根据式(1)，我们可知任何一个二进制数，我们可知任何一个二进制数D都可以用式都可以用式(2)来来表示：表示： D=
10、Ki 2i 式式(2) 例如例如(1010)2。我们也可以用。我们也可以用B来代替脚注来代替脚注2。v2.1.3 十六进制十六进制 十六进制的每一位有十六个不同的数码，分别用十六进制的每一位有十六个不同的数码，分别用09、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)表示。低位表示。低位和相临高位的进位关系是和相临高位的进位关系是“逢十六进一逢十六进一”，故称为十六进，故称为十六进制制. 任何一个二进制数任何一个二进制数D都可以用式都可以用式(3)来表示：来表示： D=Ki 16i 式式(3) 如：如： (1E2B)16 通常也用通常也用H 表示十六进制表示十六进制,
11、如如(1E2B)16也可写成也可写成1E2BH。2.1 数制数制 几几种种进进制制数数之之间间的的对对应应关关系系 十进制数 二进制数 十六进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 2.1 数制数制 不同的数码不仅可以表示数量的不同大小，而且还能用来不同的数码不仅可以表示数量的不同大小，而且还能用来表
12、示不同的事物。在后一种情况下，这些数码已没有数量的含表示不同的事物。在后一种情况下，这些数码已没有数量的含义，只是表示不同事物的代号而已。这些数码称为代码。义，只是表示不同事物的代号而已。这些数码称为代码。 例如在举行长跑比赛时，为便于识别运动员，通常给每个例如在举行长跑比赛时，为便于识别运动员，通常给每个运动员编一个号码。显然这些号码仅仅表示不同的运动员，已运动员编一个号码。显然这些号码仅仅表示不同的运动员，已失去了数量的大小的含义。失去了数量的大小的含义。 为了便于记忆和处理，在编制代码时总要遵循一定的规则，为了便于记忆和处理，在编制代码时总要遵循一定的规则，这些规则就叫做码制。通常将这些
13、代码称为二这些规则就叫做码制。通常将这些代码称为二十进制代码，十进制代码，简称简称BCD码，通常所用的码，通常所用的BCD码有码有8421 码，余码，余3码，码，2421码，码，5211码和余码和余3循环码。循环码。2.2 码制码制8421码码 余余3码码 2421码码 5421码码 余余3循环码循环码编码0123456789十进种类制数几种常见的几种常见的BCD码码8421BCD码和十进制间的转换是码和十进制间的转换是直接按位（按组）转换直接按位（按组）转换。2.2 码制码制3、FET和数字芯片和数字芯片v3.1 FET (Field Effect Transistor) 场效应管是一种利用
14、电场效应来控制其电流大小场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。这种器件不仅兼有体积小、重量轻、的半导体器件。这种器件不仅兼有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，阻抗高、噪声低、热稳定性耗电省、寿命长等特点，阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐而且还有输入射能力强和制造工艺简单等优好、抗辐而且还有输入射能力强和制造工艺简单等优点，因而大大地扩展了它的应用范围，特别是在大规点，因而大大地扩展了它的应用范围，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。 根据结构的不同，场效应管可分为两大类：结型根据结构的不同，场效应管可分为两大类：结型
15、场效应管（场效应管（JFET）和金属）和金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管（MOSFET）。）。 JFET是利用半导体内的电场效应进行工作的，也是利用半导体内的电场效应进行工作的，也称为体内场效应器件。我们通常所用的就是这一种。称为体内场效应器件。我们通常所用的就是这一种。 图一为图一为FET的表示符号的表示符号,图二为我们生产中使用的图二为我们生产中使用的一种一种FET的模型的模型. 我们可以看出：通常我们使用的我们可以看出：通常我们使用的FET有栅极有栅极,源极源极,漏极三个极，能够完成输入、输出和放大漏极三个极，能够完成输入、输出和放大的功能。而同样大小的数字芯片呢的功能。
16、而同样大小的数字芯片呢?gds图 一J 5312漏极1.Drain源极2.Source栅极3.Gate图 二3.1 FET3.2 数字芯片数字芯片 下图为一简单的数字芯片下图为一简单的数字芯片,在与普通在与普通FET一样大小一样大小的面积上的面积上,但是它有输入但是它有输入,输出输出,接地接地,时钟时钟,数据选择数据选择,左右左右声道选择等功能声道选择等功能.其中时钟端其中时钟端(CLOCK)有设置睡眠模式有设置睡眠模式的功能的功能;左右声道选择端左右声道选择端(L/R)可以选择左右声道可以选择左右声道.这些这些是较现有批量生产的麦克风的优势所在是较现有批量生产的麦克风的优势所在.DATA(数
17、据)GND(接地)CLOCK(时钟)VDD(输入电压)IN(输入)L/R(左右声道选择) 下图为前面所述数字芯片工作的电路图下图为前面所述数字芯片工作的电路图,由图可以由图可以看出看出,该数字芯片由一个前置放大器该数字芯片由一个前置放大器,一个一个解调器及解调器及输入输入(IN),时钟时钟(CLOCK),数据数据(DATA),左右声道选择左右声道选择(L/R),接地接地(GND),输入电压输入电压(VDD)六个极六个极.可以完成输可以完成输入入,输出输出,数据选择数据选择,左右声道选择以及时钟等功能左右声道选择以及时钟等功能.3.2 数字芯片数字芯片输入电压VDD输入接地左右声道选择数据时钟E
18、CMTerm.2RL=2.2KTerm.1RLC+VsFET阻抗转换器单体耦合腔输出(外加阻抗)接地3.2 数字芯片数字芯片下面我们用模似麦克风的线路图来作个比较：3.3 数字麦克风的优点数字麦克风的优点减少元件成本和数目减少元件成本和数目: 不需要外部前置放大器不需要外部前置放大器 简单的扁线连接简单的扁线连接增加麦克风布局的灵活性增加麦克风布局的灵活性 对对RF和和EM(射频和电磁干扰射频和电磁干扰)免除的数字免除的数字输出输出 麦克风或连线没有空间上的限制麦克风或连线没有空间上的限制采用先进软件可减少离轴环境影响采用先进软件可减少离轴环境影响 波束成型波束成型 噪声抑制噪声抑制 回声消除
19、回声消除 在前面我们就已经知道数字电路具有高集在前面我们就已经知道数字电路具有高集成，简单等特点。成，简单等特点。 然而数字芯片在给我们带来方便的同时然而数字芯片在给我们带来方便的同时,也也给我们带来了一些问题给我们带来了一些问题.我们发出的声音我们发出的声音,和在我和在我们周围所能听到的声音都是模拟信号们周围所能听到的声音都是模拟信号,这些信号这些信号在数字电路中是不能传输的在数字电路中是不能传输的,而数字电路中只能而数字电路中只能传输数字信号传输数字信号.这就要求我们要先把模拟信号转这就要求我们要先把模拟信号转换成数字信号换成数字信号.现在人们已经开发出把模拟信号现在人们已经开发出把模拟信
20、号转换成数字信号的工具转换成数字信号的工具:模数转换器模数转换器(ADC).下面下面我们简单了解一下模数转换器我们简单了解一下模数转换器(ADC)的一些基本的一些基本知识知识.3.3 数字麦克风的优点数字麦克风的优点4、模数转换器、模数转换器(ADC) 为了能够使用数字电路处理模拟信号为了能够使用数字电路处理模拟信号,必须把模拟信必须把模拟信号转化成相应的数字信号号转化成相应的数字信号,方能送入数字系统进行处理方能送入数字系统进行处理.同同时也要把处理后得到的数字信号在转换成相应的模拟信时也要把处理后得到的数字信号在转换成相应的模拟信号号 ,作为最后的输出作为最后的输出.我们把前一种从模拟信号
21、到数字信号我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换叫做模的转换叫做模-数转换数转换,或简称或简称A/D;把后一种从数字信号到把后一种从数字信号到模拟信号的转换叫做数模拟信号的转换叫做数-模转换模转换,或简称或简称D/A.同时把同时把A/D或或D/A转换的电路叫做模数转换器转换的电路叫做模数转换器(简称简称ADC)或数模转换器或数模转换器(简称简称DAC)传感器传感器(温度、压力、温度、压力、流量等流量等模拟量模拟量）A/D计算机计算机（数字量）（数字量）显示器显示器D/A执行部件执行部件（模拟量控制）（模拟量控制）打印机打印机能够将模拟量转换能够将模拟量转换为数字量的器件称为数字量的器件称为模数
22、转换器，简为模数转换器，简称称A/DA/D转换器或转换器或ADCADC。能够将数字量转换能够将数字量转换为模拟量的器件称为模拟量的器件称为数模转换器，简为数模转换器，简称称D/AD/A转换器或转换器或DACDAC。 ADC ADC和和DACDAC是沟通模拟电路和数字电路是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口的桥梁，也可称之为两者之间的接口. .ADCADC和和DACDAC的应用：的应用：4.1 模数转换器基本工作原理模数转换器基本工作原理 A/D A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过取样、保持、量化和编码取样、保持、量
23、化和编码四个步骤完成。四个步骤完成。 采样保持量化编码VIDO模拟量输入模拟量输入数字量输出数字量输出4.1 模数转换器基本工作原理模数转换器基本工作原理v 1 1、取样：取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号、取样：取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号，转换为时间上离散的信号转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。拟量。v 2 2、保持：模拟信号经采样后，得到一系列、保持：模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲样值脉冲。采。采样脉冲宽度一般是很短暂的
24、，在下一个采样脉冲到来之前样脉冲宽度一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之后须加此，在取样电路之后须加保持电路保持电路。v 3 3、量化：将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电、量化：将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为平上，这个过程称为量化量化。v 4 4、编码：把量化的结果用代码表示出来，称为编码。这、编码：把量化的结果用代码表示出来，称为编码。这些代码就是些代码就是A/DA/D转换的输出结果。转换的输出结果。4.1 模数转换器基本工作原理模数转换器
25、基本工作原理v 模拟信号数字化需要注意两个问题：模拟信号数字化需要注意两个问题：每秒钟需要采集多每秒钟需要采集多少个信号样本，也就是采样频率少个信号样本，也就是采样频率(fs)是多少，是多少，每个信号每个信号样本的比特数样本的比特数b/s(bit per sample)应该是多少，也就是量化应该是多少，也就是量化精度。精度。 v 根据奈奎斯特理论（根据奈奎斯特理论（Nyquist theory），采样频率的高低），采样频率的高低是由模拟信号本身的最高频率决定的。奈奎斯特理论指出是由模拟信号本身的最高频率决定的。奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于模拟信号最高频率的两倍，这样就能，采样频率不应低于
26、模拟信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的信号还原成原来的信号，这叫做无损数字把以数字表达的信号还原成原来的信号，这叫做无损数字化（化（lossless digitization）。采样定律用公式表示为）。采样定律用公式表示为 v fs 2f 或者或者 T s T/2 v 其中其中f为被采样信号的最高频率，为被采样信号的最高频率，T为被采样信号的最低周为被采样信号的最低周期，期，fs称为采样频率，称为采样频率，Ts为采样间隔。为采样间隔。 4.1 模数转换器基本工作原理模数转换器基本工作原理。如下图，图中的正弦曲线代表原始音频曲线；填了颜色的方格代表采样后得到的结果，二者越吻合说明采样结果
27、越好。 上图中的横坐标便是采样频率；纵坐标便是采样分辨率。图中的格子从左到右，逐渐加密，先是加大横坐标的密度，然后加大纵坐标的密度。显然，当横坐标的单位越小即两个采样时刻的间隔越小，则越有利于保持原始声音的真实情况，换句话说，采样的频率越大则音质越有保证；同理，当纵坐标的单位越小则越有利于音质的提高，即采样的位数越大越好。4.1 模数转换器基本工作原理模数转换器基本工作原理 量化位数：量化位是对模拟音频信号的幅度轴进行数字化，量化位数：量化位是对模拟音频信号的幅度轴进行数字化，它决定了模拟信号数字化以后的动态范围。由于计算机按它决定了模拟信号数字化以后的动态范围。由于计算机按字节运算，一般的量
28、化位数为字节运算，一般的量化位数为8 8位和位和1616位。量化位越高，位。量化位越高，信号的动态范围越大，数字化后的音频信号就越可能接近信号的动态范围越大，数字化后的音频信号就越可能接近原始信号，但所需要的存贮空间也越大。原始信号，但所需要的存贮空间也越大。图中上半部分表示原始音频的波形；下半部分表示录制后的波形；红色的点表示采样点。大家可以发现，上下波形之所以不吻合，是因为采样点不够多，或严谨一点说，是采样频率不够高。这种情况，我们称之为低频失真。 4.1 模数转换器基本工作原理模数转换器基本工作原理 模数转换器有模数转换器有直接转换法直接转换法和和间接转换法间接转换法两大类。两大类。 直
29、接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较比较，从而从而直接直接将模拟量将模拟量转换转换成数字量。其特点是成数字量。其特点是工作速度高工作速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。转换精度容易保证，调准也比较方便。直接直接A/DA/D转换器有计转换器有计数型、逐次比较型、并行比较型数型、逐次比较型、并行比较型等。等。 间接法是将取样后的模拟信号先转换成间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量中间变量时间时间t t或频率或频率f f, , 然后再将然后再将t t或或f f转换成数字量。其特点是转换成数字量。其特点是工作速度工作速度较低较低，但，但转换
30、精度可以做得较高转换精度可以做得较高，且抗干扰性强。，且抗干扰性强。间接间接A/DA/D转换器有单次积分型、双积分型转换器有单次积分型、双积分型等。等。4.2 模数转换器的主要电路形式模数转换器的主要电路形式v 4.3.1 4.3.1 模数转换器的主要技术指标、模数转换器的主要技术指标、1.1. 分辨率。分辨率。 分辨率指模数转换器对输入模拟信号的分辨能力。分辨率指模数转换器对输入模拟信号的分辨能力。2. 2. 转换时间。转换时间。 转换时间是指模数转换器从接到转换启动信号开始，到转换时间是指模数转换器从接到转换启动信号开始，到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间。输出端获得稳定的数字信号所经
31、过的时间。3. 3. 转换误差。转换误差。 它表示模数转换器实际输出的数字量和理论上输出的数它表示模数转换器实际输出的数字量和理论上输出的数字量之间的差别。常用字量之间的差别。常用最低有效位的倍数最低有效位的倍数表示。表示。4.3 模数转换器部分性能指标模数转换器部分性能指标v 4.3.2 4.3.2 模数转换器的主要技术指标、模数转换器的主要技术指标、1.1. 转换精度。转换精度。 保证数据处理结果的准确性。保证数据处理结果的准确性。2. 2. 转换速度。转换速度。 适应快速过程的控制和检测的需要。适应快速过程的控制和检测的需要。4.3 模数转换器部分性能指标模数转换器部分性能指标5、数字麦
32、克风的参数与测试、数字麦克风的参数与测试 现在我们公司大批量生产的麦克风是模拟麦克风，它们现在我们公司大批量生产的麦克风是模拟麦克风，它们都是模拟信号输入都是模拟信号输入,模拟信号输出模拟信号输出,而正在批量中的数字麦克而正在批量中的数字麦克风却不同，它们是模拟信号输入风却不同，它们是模拟信号输入,数字信号输出数字信号输出.鉴于数字信鉴于数字信号与模拟信号的不同号与模拟信号的不同,因此我们量化麦克风好坏的标准也有因此我们量化麦克风好坏的标准也有所不同所不同.数字麦克风中灵敏度的概念也与模拟麦克风有别数字麦克风中灵敏度的概念也与模拟麦克风有别,下下面介绍一下数字麦克风的一些参数的定义和测试设备面
33、介绍一下数字麦克风的一些参数的定义和测试设备.5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数1、dBvdB分贝为表示相对功率或幅度电平的标准单位。用dB表示。 vdBm：是以0.775Vrms（阻抗为600）为参考电压的电平单位；vdBu：是以0.775Vrms（阻抗不限）为参考电压时的电平单位；vdBv：是以1.0Vrms（阻抗不限）为参考电压时的电平单位；vdBr：是相对参考电平单位，测量电声系统的幅频特性时，常被选用；vdBfs（dB full scale）：是数字音频信号电平单位。亦写做dBFS。 1、dBv满刻度分贝值（dBFS）(dB Full Scale) v “0”dBfs：是满刻度
34、的数字音频参考电平，称：数字满刻度电平。是指在数字域的音频系统中，对最大值所对应的A/D或D/A变换器，所能转换的模拟信号不被削波时的信号电平。它用于带有A/D或D/A转换器的数字音频设备，是一项“满刻度”指标。“满刻度”是指：转换器可能到达“数字过载”之前的最大峰值电平，满刻度电平值是由转换器内部设计所决的是一个固定电平值。 “0”dBfs对应+24dBu，曾是我国的广播电影电视行业标准。其最大可能编码的电平值，用与其相对应的模拟信号电平值表示。所采用的编码方式，至少相当于16比特均匀精度。目前，已成为中华人民共和国国家标准，即GB/T14919-1994数字声音信号源编码技术规范。 5.1
35、 数字麦克风的参数数字麦克风的参数1、dBv满刻度分贝值三种标准：v1.原广播电影电视行业标准GY/T192-2003数字音频设备的满度电平是这样规定的，电声系统的“工作电平”为15dBu，最高峰值电平为24dBu(尚符合现在国标的规定)。 v2.欧洲广播联盟（EBU-R68-2000）的规定为“0dBfs对应+22dBu。 v 3.美国电影与电视工程师协会（SMPTE）在RP 155-1995中建议数字音频系统满度电平为： 0dBfs对应+24dBu其中，最大允许工作电平由自己掌握，未做规定。 v以上标准中，基准电平的建议均为+4dBu 。5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数2、 DR(
36、动态范围动态范围)v动态范围信号最强的部分与最微弱部分之间的电平差v动态范围和 bits 的关系： dB = 20 log 2 *例如: *=16 bits 音频 动态范围 = 96dB.=20 bits 音频 动态范围 = 120dB. =24 bits 音频 动态范围 = 144dB.5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数2、 DR(动态范围动态范围)v模数转换器的动态范围是怎样实现的？ 满刻度是 0dBFS, 从规格书上看, 噪声水平是 89dBFS.因此因此,动态范围动态范围 为为 89dB.5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数3、 SNR(信噪比信噪比) v信噪比SNR（Sig
37、nal to Noise Ratio）是有用信号与噪声之比的简称。 噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数v 模数转换器自身的 SNR 通常和其动态范围值相似 .3、 SNR(信噪比信噪比) vSNR 可以通过快速傅里叶变换(FFT) 曲线测得.SNR5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数4、 THD(总谐波失真总谐波失真) v总谐波失真总谐波失真 (THD) - 是指总的有效信号和谐波是指总的有效信号和谐波失真的有效信号的比值，用分贝表示。失真的有效信号的比值，用分贝表示。vTHD 不是一个常用的衡量标准，它需要一个不不是一个常用的
38、衡量标准，它需要一个不同类型的分析仪，用计算机测试单个谐波激励，同类型的分析仪，用计算机测试单个谐波激励，而不是利用其自身来测试。而不是利用其自身来测试。vTHD+N -谐波失真加噪声，用分贝表示。谐波失真加噪声，用分贝表示。5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数5、 SINAD(信号信号-噪声及失真比噪声及失真比)v这个参数用来衡量模数转换器的性能。vSINAD 将信噪比SNR和总谐波失真THD 组合在一起,可通过下式计算：5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数5、 SINAD(信号信号-噪声及失真比噪声及失真比)vSINAD值与 THD+N值相似。v当输入信号大时，信噪比SNR 也较大
39、 ，而当输入信号增加到一定程度时 SINAD 会变得较差。5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数6、 灵敏度，灵敏度，SPLv灵敏度是传声器的输出电压同该传声器所受声压的复数比。v用来测试从声信号到麦克风输出之间的传输。v在模拟麦克风中灵敏度用dB(V/Pa)表示 ,在数字麦克风中用 dB (FS/Pa) 表示v声压级 (SPL) - 测量声压和固定参考声压的比率。这个参考声压通常是听阈，它是国际统一的 .0002 N/cm2. 或者 = 20 Pa5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数6、 灵敏度，灵敏度，SPL声压级 (SPL) - 5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数SPL 用
40、dB表示的声压Pm 是标准绝对声压用 Pa表示.Po 是听阈 (20uPa)5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数6、 灵敏度，灵敏度，SPL-94dB驻极体驻极体绝对声压绝对声压 dBPadBV增益增益 0dBJFET模拟麦克风输出模拟麦克风输出 dBV麦克风麦克风v高增益麦克风(BIGMIC) -94dB绝对声压绝对声压 dBPadBV增益增益 +15dBJFET模拟麦克风输出模拟麦克风输出 dBV麦克风麦克风v数字麦克风 (DMIC)-94dB绝对声压绝对声压 dBPadBV增益增益 +15.7dB数字芯片数字芯片麦克风麦克风dBVADC声压声压 dBSPL声压声压 dBSPL声压声压
41、 dBSPL数字麦克风输出数字麦克风输出dBFSv普通麦克风驻极体驻极体驻极体驻极体v麦克风灵敏度：v一个典型的驻级体单元的灵敏度为： 44dB(VPa).v对于普通麦克风： 没有增益时灵敏度 = -44dB(V/pa) 。v对于高增益麦克风： 灵敏度 = -44dB(V/Pa) + 增益 (dB)5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数6、 灵敏度，灵敏度，SPLv对于数字麦克风对于数字麦克风: 计算数字麦克风自身计算数字麦克风自身:5.1 数字麦克风的参数数字麦克风的参数6、 灵敏度，灵敏度，SPLv数字输出数字输出(dBFS) = 输入输入 (dBV) 参考参考(dB) +A(dB) 其中其中 ADC中的中的V ref = 1.06Vrms, A =15.7dBv因此因此,数字输出数字输出 (dBFS) = 输入输入 (dBV) 0.5 +15.7, 典型数字麦克风的灵敏度典型数字麦克风的灵敏度=-44 +15.2=-28.8dB(FS/Pa)5. 2 数字麦克风的测试数字麦克风的测试下图为数字麦克风的线路图5. 2 数字麦克风的测试数字麦克风的测试v原理：v数字麦克风ADC的输出用数字滤波器(FPGA或DSP)处理之后的数字输出通过高质量的声卡传送到音频分析仪中.谢谢 谢谢 ！
