DPA大学堂：关于麦克噪声的基础概念

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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）