白皮书-评估麦克风的噪声

信噪比是评价麦克风性能的最重要指标之一，麦克风的噪声重要是因为其指出了麦克风能够检测到最安静的声音水平。当使用阵列麦克风的时候，其噪声变得更加重要是因为阵列的信号是和麦克风信号差成比例的,它能变得和麦克风的噪声同样的幅度。尽管麦克风噪声非常重要，其通常用一个单一的数字信噪比来描述,这不能代表麦克风的输入噪声在整个感兴趣的频谱。另外，信噪比可以通过滤掉麦克风的输出来增加和降低；所以倒不是麦克风自身的特性，而是麦克风系统。助听器领域通常使用1/3的倍频等效输入噪声EIN来评测麦克风的噪声。这样就不会产生上述讨论的信噪比测试的短处，但是使用起来确很难,因为它不是一个单一的数字。在这里我们就推出了“均值化的信噪比eSNR”做为一个麦克风的噪声指标。使用最佳的度量标准取决于麦克风将装入的系统，但是,对于很多现代的带信号处理能力的应用,“均值化信噪比”是更有用的评测法.

只有两个必要的信息来计算信噪比，1/3倍频等效输入噪声，或者eSNR是麦克风频响和输出噪声频谱密度。麦克风的频响应该从20Hz到20Khz来测试，且通常用单位V/Pa来表示.输出噪声频谱密度也是从20Hz到20Khz，通常用v/√HZ表示.输出噪声还可以通过功率谱密度V2/Hz表示，频响测试和输出噪声测试举例如图1.

图1：一个样板麦克风的频响和输出噪声，这两个测量可以用来计算SNR，1/3倍频输入噪声或均值化信噪比eSNR

信噪比计算只要求在1Khz的灵敏度和输出噪声频谱密度.可以从图2看出.因为只考虑1Khz此点的信号，低于和高于1Khz的麦克风频响对SNR计算中的"信号"无影响。注意在非1Khz的频率的麦克风输出，比如，低频下跌会降低噪声，但是却对信号无影响，继而提升了SNR.类似的，在共振频率增加灵敏度会产生一个输出噪声增加和SNR降低.

图２，SNR是在1Khz时的灵敏度，和从20到20KHZ整个频段的集合噪声来计算的.

SNR计算可以通过图1中的麦克风输出来进行.在此例中，SNR在计算的最后会换算成dB分贝刻度。此计算能够类似地在过程中的其它点转换成分贝刻度来进行。信号是1Khz时的灵敏度，是12.6mv/Pa(-38dB以1V/Pa为基准)。噪声是集合了的，从20~20Khz A计权了的。图1b中的输出噪声是通过乘以IEC61672规定的A计权曲线来A计权的。

在这里f1=20.60Hz,f2=107.7hz,f3=737.9hz,f4=12194hz,A1000=-2.000dB分贝刻度.从图3a和3b可以看出输出噪声被A计权线相乘的A计权曲线的图。然后将这个输出噪声谱平方，得到V2/HZ的单位，然后从20到20Khz求集合来给A计权之后的平方，集合后的输出噪声.此麦克风的A计权输出噪声从20到20Khz的集合是7.97uA（-102dB）,信噪比就是:






图3：左边是A计权曲线,A计权之后的输出噪声是右图.这个A计权的输出噪声是用于信噪比计算.

假如麦克风的频响不是纯平的话，单独的SNR的数值会误导且不能代表麦克风的真实性能。比如，很多助听器麦克风的共振频率远低于20Khz。但是，大多数的助听器都有足够的信号处理能力来在不同的频段进行放大。例如，麦克风在共振点附近有更高的输出噪声，但是其灵敏度比噪声增加得更多,所以实际上靠近共振点的输入参考噪声却降低了，导致更低的输入等效噪声和更好的整体性能.所以在助听器领域，在数个1/3倍频带输入参考噪声是非常普遍的，而不是在单个频点输入参考。这如图4所述.


图4:1/3倍频等效输入噪声是通过使用在每个1/3倍频段的中心的灵敏度和此频段的集合噪声算出的.

可以使用图1中的输出噪声曲线和同样的频响来举例计算1/3倍频带等效输入噪效输入噪声。对于此计算，1/3倍频带是通常用大约100Hz,125Hz,160Hz,200Hz的中心频率来除的。一套N个中心频率从大约100Hz开始能通过如下公式来计算：


1/3倍频段的边界频率可以通过从公式3的指数中增加或减去1/6计算得出.每个频段的等效输入噪声也可以通过类似上述SNR计算方式而得出，除了没有使用A计权之外.中心频率的灵敏度是用来在一个频带的输入参考噪声。第一频段的中心频率是98Hz，频宽范围是88~110Hz.从88到110Hz的集成噪声是2.3Uv.98Hz的灵敏度是9.5Mv/Pa.等效输入噪声是使用中心频率灵敏度通过输入参考集成噪声来计算的（用灵敏度除以集成噪声），得到242uPa或21.7dBSPL。这样的方法可以在100~10Khz继续用下去来计算所有频段的等效输入噪声,1/3倍频的EIN如图5画出。


图5:1/3倍频等效输入噪声图，此图提供了频谱特定部分的噪声，给一个系统工程师关于信噪比数据的整个频带的麦克风输入噪声提供了更好的方法。

此1/3倍频EIN对系统工程师是有帮助的，因为它提供了整个频段的输入噪声信息.假如系统有在整个频段调整增益的能力,这样就对麦克风的性能有更好的描述。但是，当在对比很多麦克风数据的时候,一个单一的数据比这个图更加有用.均值化信噪比继而提供一个单一的数据，但是也使用整个频带的灵敏度给输入参考噪声，均值化信噪比eSNR如图６所示。


图6：均值化SNR是通过使用整个20~20Khz频段的灵敏度和输出噪声来计算的。

均值化信噪比可以再次使用图1的频响和输出噪声图来计算。为了计算eSNR，输出噪声谱v/√hz使用20~20Khz的频响图转换成了一个输入噪声谱Pa/√Hz，从图7a和7b可以看到输入参考噪声谱和A计权输入参考噪声谱。此输入参考噪声被A计权且如前完成一样用输出参考噪声来集合。A计权了的，集合的噪声就是523uPA，或28.4dBSPL.eSNR就是94dB-28.4dB=65.6dB.对于这个特殊的麦克风就意味着通过过滤响应来给出一个整个频带纯平的响应，SNR就会从64dB提升到65.6dB.这三种评测麦克风噪声的方法对比如表1所示。


图7：输入参考噪声频谱密度和A计权的输入参考噪声频谱密度.不像输出噪声，输入参考噪声不会由于麦克风的响应显示一个共振的峰或在低频下跌的拐点。

表一: SNR,1/3倍频EIN和eSNR的对比

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Vesper麦克风防水防尘原理

应用以及优势:

1,手机
2,平板
3,耳机
4,汽车
5,运动相机
6,无人机
7,智能音箱
8,行车记录仪:解决温度车内过高麦克风灵敏度飘移;后座都可以远距离录音;提升语音识别率;震动灵敏度优于电容式ECM麦克风;
9,对讲机 :能在恶劣条件下比如烟雾,水,灰尘下长期使用;抗震动;耐大声压比如人的吼声和户外风声;

料号清单:

VM1001 尺寸:3.35*2.5*1.0mm 模拟输出 68dB信噪比
VM1000 尺寸:3.76*2.95*1.11mm 模拟输出 65dB信噪比
VM2000 差分输出的麦克风,尺寸:3.76*2.95*1.1mm
VM1010 3uA用于always-on的麦克风

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