新人课堂:教你读懂麦克风的技术指标(三)DPA大学堂
教你读懂麦克风的技术指标
这篇文章中,将继续介绍麦克风的灵敏度(感应度)、等效噪声、失真。麦克风的灵敏度是越高越好吗?等效噪声低于多少比较好?失真是哪些原因造成的?如果你也好奇这些问题,这篇文章能给你答案。
这是系列文章,在新人课堂:教你读懂麦克风的技术指标(一)中介绍了麦克风的分贝标度和指向性,并教大家通过极性图区分不同拾音类型的麦克风;
在新人课堂:教你读懂麦克风的技术指标(二)中,主要说明了麦克风的工作原理、换能类型和频率响应,并给大家科普了麦克风Capsule(拾音体)与振膜的区别。
在新人课堂:教你读懂麦克风的技术指标(四)将介绍最大声压级、阻抗、平衡输出、CMRR、电缆驱动能力等更多指标,并简单总结。
灵敏度
灵敏度表示麦克风将声压转换为电压的能力,即麦克风在特定声压下的输出电压,是最重要的参数之一。
自由场是声音只有一个方向的无扰声场,只有直达声没有反射声,如消声室。这与扩散场形成对比,在扩散场中,声音在各个方向上传播,如混响室。
自由场灵敏度表示将麦克风置于声压为1帕(与声压级(SPL)为94 dB相同)的自由声场中时产生的电压,在轴上测量自由场灵敏度。
灵敏度往往描述为:
xx mV per Pascal @ 1 kHz or yy dBV/Pascal @ 1 kHz,这只是说同一项指标的两种方式。用户有自己的偏好。
一般情况下,灵敏度越高,拾取的声音细节就越丰富,反之,灵敏度越低,对声波的灵敏度也就要更弱一些。麦克风的灵敏度并非越高越好,这取决于不同的使用场景。
高灵敏度的麦克风提供高电压输出,因此不需要像低灵敏度的麦克风那样需要太多增益。在声压级低的应用中,需要高灵敏度的麦克风来保持低的噪音增益。在声压级高的应用中,低灵敏度麦克风是合适的。
上述灵敏度为标称灵敏度,这意味着实际存在与该值的偏差,因此需要对这个偏差做以说明。DPA通常指定±2 dB或±3 dB,这取决于麦克风的具体类型。
示例:2011双振膜心形话筒,自由场灵敏度,标称,±2 dB:10 mV/Pa; -40 dB re. 1 V/Pa。因此,当显露于94 dB声压级时,该麦克风灵敏度在7.9 mV到12.6 mV之间。
示例:这些线显示麦克风在不同声压级输入下的输出函数。下面的红色线显示灵敏度为1 mV/Pa的麦克风的输出,而上面的蓝色线显示灵敏度为40 mV/Pa的麦克风的输出。将麦克风置于124 dB的声压级下,输出分别约为31 mV 和1.3 V!
等效噪声
等效噪声是将麦克风的自噪声表示为A计权的RMS电平或ITU计权的峰值电平。等效噪声(也称为麦克风的自噪声)表示在什么样的声压级下,麦克风将产生与其自噪声相同的输出量。
由于空气中分子的布朗运动,所有麦克风都会产生噪音,从而影响振膜并产生电信号。此外,麦克风的电路也会使它们或多或少都有噪音。在低声压级工作时,尤其需要低等效噪声的麦克风,这样声音才不会“淹没”在麦克风本身的噪声中。同时,自噪声还决定了麦克风动态范围的下限。
#以下是具体说明此指标的两种常用方式:
1.A计权RMS的测量值接近人耳的感应度,滤除了低频噪声。一个好的结果(非常低的噪音)在这个指标里通常低于15 dB(A)。
2.ITU-R BS.468-4标准则使用了不同的计权和准峰值检测,在这个指标里,较好的结果是在25-30 dB以下。(这种测量方式有助于比较电容麦克风的噪声,因为它表明麦克风是否存在“爆米花噪声”或其他爆裂噪声形式)
麦克风振膜的大小与其保持安静的能力之间也存在联系(即显示低的自噪声)。通常,较大的振膜会带来较低的自噪声。这就是为什么4060微型全向话筒与类似尺寸话筒相比,自噪声非常低,但它仍然测量到23 dB(A) re 20 µPa的等效噪声。
以下是一个大振膜麦克风的示例:
4041-SP全向固态话筒
等效噪声级A计权:Max. 7 dB(A) re. 20 µPa
等效噪声级CCIR 468-1:Max. 19 dB
失真 THD
规定总谐波失真小于1%的最大声压级(RMS和峰值)。
麦克风的一个重要组成部分是振膜。如果换能器为电容式,则振膜位于背板前面,两者之间20-50 µm。在高声压级的情况下放置麦克风时,很明显振膜的偏移是有限制的,至少按背板方向时是这样。与之类似,隔膜材料本身也有一个限制,即它在两个方向上的“可伸缩性”。这些限制导致振幅的非线性,也称为失真。
除了振膜和背板外,电容式麦克风还需要一个电子级间接口,将换能器的高阻抗转换为相对较低的阻抗,以便为较长的电缆线路供电。有时,电子器件的设计可能是失真的来源(关于改善这一点,DPA的“CORE技术”就是一个成功的尝试,进一步改善话筒失真临界点,同时大幅扩展了动态范围)。
尽管制造商一直在努力改进麦克风,但麦克风系统始终存在最终可能导致失真的限制。
失真的一种形式是削波。当波形从纯正弦变为某种程度的平顶曲线(时域)时,谐波会出现在频谱(频域)中。这些非预期频率分量的数量,即谐波失真,用输入信号的百分比表示。
DPA将声压级规定为THD
DPA测量同一个频率的THD,所选频率取决于麦克风类型(全向型或指向型)。
为什么THD只在同一个频率下测量呢?因为实际情况。很难有一个声压级为160 dB(例如)且失真为零的声源,尤其是当该声源覆盖整个频率范围时。
在DPA,全向麦克风是通过应用B&K 4221高压麦克风校准器来测量的。指向麦克风是用DPA设计的独特的声学管来测量的。
在比较不同品牌的麦克风时,请确保测量的总谐波失真度包括整个麦克风(振膜+前置放大器),因为许多制造商只指定在前置放大器上测量的总谐波失真度。通常,前置放大器的失真比拾音体小得多;因此,会显示比实际可用更广泛的动态范围。
在低电平时,失真应始终低于1%。增加声压级会增加失真。因此,规定的是THD不超过1%的最大SPL(RMS和峰值)。
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