DPA大学堂：关于麦克噪声的基础概念
关键词：麦克风，话筒，噪音，麦克风噪音，等效噪声水平，信噪比，
权重，话筒放大器，A-weighted, RMS， ITU-weighted, Quasi-peak.
DPA大学堂很久与大家没有见面了，今天继续麦克风基础概念的介绍，关于麦克的噪音。
我们知道所有麦克风都会产生噪音。或者，更准确地说：只要电子电流电路就会产生噪音，麦克风振膜周围的空气分子也肯定会产生噪音。本文深入探讨麦克风中所谓的自身噪声问题。
当我们使用任何麦克风时，我们都期望最干净的信号，理想情况下完全没有任何恼人的噪音。
但不幸的是，完全没有噪音是不可能的，要得到良好的声音品质，您应先检查麦克风的噪声规格（当然首先确保厂家有客观科学的评价技术体系）。看过麦克指标的人都知道，有个技术指标名为“等效噪声水平”（equivalent noise level）的数据，该数据描述了麦克风动态范围的情况 – 基本上在低SPLs范围内。
噪音来自哪里？
噪音是我们不想从麦克风听到的东西。但是，麦克风自身总会产生一些噪音 – 我们称之为自噪声。这种噪声主要来自电路中的电流（所谓的”散粒噪声 Shot noise”或”泊松噪声 Poisson noise”）。另外，热噪声（或称“约翰逊噪声Johnson noise”）也是一个问题 – 温度越高，噪音越高。
此外，由于麦克风周围存在空气而产生噪声。空气分子的运动导致在话筒隔膜上的轰击，最终也会成为噪音。
噪声的基本特性就是我们所说的白噪声。“白噪声”这个名称来自于声音与光的比较。就像白光包含整个可见光谱一样，噪声也一样，包含整个频谱所以叫白噪声。
我们称之为“噪音”，还因为信号中没有音调。但是，噪声的特性可能会有所不同，具体取决于噪声的分布。当我们放大它来分析时，我们可以听到它有时听起来“平滑”，有时听起来是“噼里啪啦”。有时它听起来更低沉，有时听起来更轻高 – 这些都取决于麦克风的类型及麦克风的设计。
等效噪声水平 Equivalent noise level
自噪声是麦克风自身产生的信号，即使没有外部声源也是如此。
示例：麦克风的等效噪音水平为22 dB（A）。现在，如果麦克风完全没有噪音，我们可以录制SPL为22 dB（A）的声源。如果灵敏度为20 mV / Pa，则该麦克风的输出约为4μV。但是，没有声源产生信号; 麦克风本身会产生4-μV信号。因此噪音相当于外部声源的噪音，看下面图示：
有两个测量标准，为什么？
当我们测量麦克风的噪声 – 并在规格表中显示结果时 – 我们使用标准中规定的两种不同方法（标准IEC 60268-4麦克风，第16.2节测量方法）。
这两种方法是 A-weighted, RMS 与 ITU-weighted, Quasi-peak.
我们从这些方法中得到的数字是不同的。 后面我们将探讨之间的差异含义。
Weighting 加权
我们使用两种不同的频率加权曲线：A加权和ITU加权（以前也称为CCIR加权）。 这两个曲线很相似，用来补偿耳朵在低电平时的频响。加权曲线减少了低频信号。而在1kHz频率以上，信号被提升，特别是在ITU曲线方法中。
RMS均方根或Peak峰值
在测量信号电平时，我们经常使用RMS，即Root Mean Square均方根。该度量表示基于信号中包含的能量的一种平均值。然而，峰值是波形的一部分（在正负任意一侧），距离0线最远的位置。
上面是信号的波形。该信号的峰值和RMS值均在图中表示。
因此，峰值电平始终高于RMS电平（除非信号是纯方波）。当测量说明不是“峰值peak”而被描述为“准峰值quasi-peak”时，意味着频率带宽并不是无限的，而是限于20Hz到20kHz的人类标准听觉音频范围。
与RMS电平相比，ITU加权准峰值电平（ITU-weighted quasi-peak level）通常要高11-13 dB。然而，一些质量较差的电容式麦克风遭受所谓的“爆米花噪音”（听起来像玉米爆裂）。当这种情况发生时，数值差异会变的很大，因为峰值测量quasi-peak能更好地表现单个“破音” – 脉冲。
因此一些制造商仅发布A加权下RMS检测到的自噪声。
噪音的频谱
如上所述，噪音是宽带的，但根据麦克风的类型，品牌，型号等不同，其频谱也不相同。以下是d:screet™ CORE 4061 Omni麦克，对比市场上的竞争产品的高SPL噪音范围。
麦克风的信噪比 signal-to-noise ratio
麦克风的信噪比是根据94分贝的声压级SPL（与1 Pascal相同）来定义的。它表示自噪声级在94分贝声压级时的SPL，RMS（均方根），A-weighted（A加权）。
注意：信噪比不能与动态范围混淆，动态范围总是更高（从最大SPL到自噪声都更高）。
我们能听到隐藏在噪音中的任何信号吗？
下面是一个将白噪声与1 kHz音调混合的示例。噪声的未加权电平（rms）与1 kHz正弦波的RMS电平完全相同。
当观察波形时，不可能看到正弦波。但是，如果我们回放，我们可以听到。此外，我们可以通过对信号进行频率分析来揭示正弦波。
采用FFT分析法进行频率测量。应用了四种不同的设置，请看下图：
1（红色上曲线）fs:48 kHz fft大小：1024（带宽：46.88 Hz）
2 fs:48 kHz fft大小：4096（带宽：11.72 Hz）
3 fs:48 kHz fft大小：16834（带宽：2.93 Hz）
4（绿色下曲线）fs:48 kHz fft大小：65536（带宽：0.73 Hz）
有时，我们可以提取信号，即使录音低于自我噪声水平。（但这不是你应该去应用的技术…）。
前置话筒放大器噪声 Preamp noise
如果前置话筒放大器有噪音，使用低噪音麦克风对您没有任何帮助。特别是低灵敏度麦克风可能特别需要很大的放大音量。在这些情况下，通常是前置话筒放大器的噪声造成了噪声级。
话筒的自噪声的动态范围很少被列出，因为话筒放大器通常决定了噪声级。
结论 Conclusion
麦克风的自噪声是不需要的，但它的存在是由于物理定律，所以很难避免。麦克风的自噪声更多取决于制造商的努力，尽量减少麦克风的自噪声，使其尽可能平滑和听不见。对于用户来说不仅仅是选择正确的麦克风还要选择正确的前置话筒放大器 -以去适配不同的应用。
IEC 60268-4 Sound System Equipment – Microphones.
建议ITU-R BS.468-4：音频噪声电压的测量。
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