Перейти к содержанию

Точка акустической перегрузки (AOP)

Микрофон слышит не всё: громкий звук он начинает искажать. Уровень, на котором искажения доходят до заданного предела, называют точкой акустической перегрузки. У цифрового MEMS-микрофона это число определяет и чувствительность.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Точка акустической перегрузки (acoustic overload point, AOP) — уровень звукового давления, при котором искажения на выходе микрофона достигают заданного предела. У TDK InvenSense ICS-43434 это 120 дБ SPL при коэффициенте нелинейных искажений 10 % (табл. 2). Для сравнения, при 105 дБ SPL тот же микрофон даёт только 0,2 % КНИ, так что перегрузка — это граница, за которой искажения растут резко.

Не путать с предельно допустимым давлением: в таблице предельных режимов ICS-43434 стоит 160 дБ — это уровень, который микрофон переживёт без повреждения, а не уровень, который он ещё передаёт.

Перегрузка и чувствительность

У аналогового микрофона выход ограничен питанием и возможностями усилителей и преобразователей, так что чувствительность можно менять лишь в этих пределах. У цифрового полную шкалу слова, как правило, сопоставляют максимальному звуку, и при этом условии InvenSense выводит чувствительность в дБFS прямо из AOP:

SдБFS=94 дБ−AOP,94−120=−26 дБFS.S_\text{дБFS} = 94\ \text{дБ} - \text{AOP}, \qquad 94 - 120 = -26\ \text{дБFS}.

Перегрузка и динамический диапазон

Сверху диапазон микрофона ограничен перегрузкой, снизу — эквивалентным входным шумом. Их разность — динамический диапазон: у ICS-43434 120 − 29 = 91 дБ, у ADMP441 из примера InvenSense 120 − 33 = 87 дБ.

Как выбирать

Микрофон у рта или рядом с громким источником нужен с высокой перегрузкой: по InvenSense уровень растёт на 6 дБ при каждом уменьшении расстояния вдвое, и чувствительный микрофон в ближнем поле быстро перегрузится. Для далёких источников, наоборот, важнее низкий шум. Примеры расчётов — в статье «Микрофоны для микроконтроллера».

Частые вопросы

Что такое AOP 120 дБ SPL в даташите микрофона?

Уровень звука, на котором нелинейные искажения выхода доходят до 10 % — так AOP задана у ICS-43434. Ниже этого уровня микрофон работает чисто: у того же ICS-43434 при 105 дБ SPL КНИ всего 0,2 %. Выше — сигнал сильно искажается, у цифрового микрофона ещё и упирается в полную шкалу.

Почему у цифрового микрофона чувствительность и перегрузка связаны?

Потому что полную шкалу цифрового слова сопоставляют максимальному звуку — InvenSense называет это единственным разумным вариантом. При таком сопоставлении чувствительность в дБFS равна 94 дБ минус AOP: при 120 дБ SPL выходит −26 дБFS. Сделать такой микрофон «громче» можно только ценой более низкой перегрузки — InvenSense прямо пишет, что другого способа нет.

Можно ли усилить сигнал цифрового микрофона в программе?

Можно, пока хватает разрядов, но если процессор не оставляет запаса над полной шкалой, цифровое усиление снижает реальную перегрузку. Пример InvenSense: 4 дБ усиления у микрофона с перегрузкой 120 дБ SPL — и система ограничивает сигнал уже на 116 дБ SPL.

Источники

  1. TDK InvenSense. ICS-43434 Multi-Mode Microphone with I2S Digital Output: Datasheet (DS-000069, Revision 1.2) — General Description — AOP 120 дБ SPL; табл. 2 — Acoustic Overload Point 120 дБ SPL при КНИ 10 %, КНИ 0,2 % при 105 дБ SPL (не больше 1 %), динамический диапазон 91 дБ выводится из EIN и точки акустической перегрузки, EIN 29 дБА SPL; чувствительность −26 дБFS; табл. 6 — предельное звуковое давление 160 дБ
  2. InvenSense. Lewis J. Understanding Microphone Sensitivity (WP, Revision 1.0, 12/18/2013) — чувствительность цифрового микрофона зависит от одного параметра — максимального акустического входа: полную шкалу сопоставляют ему, поэтому чувствительность = 94 дБ − максимальный SPL, 120 дБ → −26 дБFS; поднять выход нельзя, не понизив максимальный вход на ту же величину; в ближнем поле (телефон) микрофон с высокой чувствительностью скорее достигнет максимального входа и исказит звук; пример ADMP441: 120 дБ SPL, EIN 33 дБ SPL, динамический диапазон 87 дБ; добавление 4 дБ цифрового усиления в процессоре без запаса над полной шкалой — ограничение уже на 116 дБ SPL

Нашли ошибку?

Смотрите также