数字麦克风灵敏度信噪比等指标解读_acoustic overload point

本文介绍几个数字麦克风的常用指标：
1、最大声压级 Acoustic Overload Point ，AOP
2、灵敏度 Sensitivity
3、本底噪声 Noise floor
4、信噪比 Signal to Noise Ratio，SNR
5、动态范围 Dynamic Range

一、最大声压级 Acoustic Overload Point ，AOP

麦克风在总谐波失真小于10%时所能承受的最大声压级，又叫声过载点。常见的数字麦克风最大声压级为120dB SPL，低灵敏度的可以达到130dB SPL。

二、灵敏度 Sensitivity

数字麦克风灵敏度定义为：在94 dB 的声压级(SPL)下，用1 kHz 正弦波进行测量，麦克风在该输入激励下的数字输出信号幅度，即是灵敏度。由于数字麦克风最大输出信号幅度一般归一化为1（满幅值为1，即0dB），因此其输出信号幅度在归一化后仅具备相对值的意义，其单位记为 dBFS（dB Full Scale），代表相对于数字满量程的分贝数。
例如，某数字麦克风在94 dB SPL激励下，输出的信号幅值为-26dBFS，那么该麦克风灵敏度即为 -26dBFS。同时不难理解，当麦克风输出幅值为满幅值0dBFS时，其输入的激励信号应比原输入激励信号（94dB SPL）高26dB，即94dB+26dB=120dB SPL，这正是该麦克风的最大声压级，为120dB SPL。
因此，数字麦克风灵敏度和最大声压级存在直接关系，即94(dB SPL)-Sensitivity(dBFS)=AOP(dB SPL)。

三、本底噪声 Noise floor

数字麦克风的固有噪声，即无输入激励时的输出信号大小。
例如，某常见的麦克风本底噪声30dB SPL ，最大声压级为120dB SPL，那么换算为数字麦克风归一化的本底噪声级为 30dB-120dB=-90dBFS

四、信噪比 Signal to Noise Ratio，SNR

数字麦克风在输入激励为94 dB SPL下的输出信号幅值与输入激励切断时的输出信号幅值（本底噪声）之比。
例如，某数字麦克风本底噪声级为30dB SPL，那么其信噪比为 94dB-30dB=64dB。
也可以归一化的dBFS单位来计算，结果一致：以该麦克风最大声压级120dB SPL为例，分别计算其归一化灵敏度为94dB-120dB=-26dBFS，和归一化底噪为30dB-120dB=-90dBFS，得最终信噪比为-26dBFS-(-90dBFS)=64dB。

五、动态范围 Dynamic Range

是指麦克风输出最小信号和最大信号之差。足够大的动态范围能够最大程度保留原始音质而不发生失真。
例如，某数字麦克风最大声压级为120dB SPL，本底噪声为25dB SPL，那么该数字麦克风最佳的动态范围至少应当大于120dB-25dB=95dB。如果采样量化精度使用16bit，那么对应的最大动态范围约为20*log10(2^15)=90dB 小于95dB，意味着无法发挥该麦克风的最佳录音性能，原因在于量化精度不够而引入的量化噪声高于麦克风本底噪声，降低了麦克风信噪比。
为什么说降低了信噪比，回顾信噪比的定义，可计算该麦克风的信噪比得SNR=94dB-本底噪声25dB=69dB。而按照16位量化精度，其动态范围只有90dB，那么最小可描述的归一化本底噪声级别为-90dBFS，对应本底噪声压级=最大声压级（120dB SPL）+归一化本底噪声级别（-90dB）=30dB SPL > 实际本底噪声 25 dB SPL。

综上，在选用数字麦克风时，应当认真分析研究麦克风的各项性能指标，合理选取符合应用场景需求的产品并正确配置相关参数，发挥最优录音性能。