数字传声器技术(一)

　　【神州音响网讯】经过了几代音频工作者的探索，数字传声器应运而生。所谓数字传声器，就是把ADC集成在传声器中并尽量靠近膜片电路，最后输出数字信号的传声器。需要注意的是，USB传声器并不属于本文讨论的范畴。

　　1 传声器系统的信号流

　　从技术层面对模拟传声器和数字传声器信号的不同之处开始讨论。

　　模拟传声器在声电换能模块之后，一般是预放电路模块，在预放电路之后输出的模拟音频信号只有几十毫伏，电平非常低，因此要送到下一级的话放来进行信号放大以达到传统设备可以处理的线路电平，然后再进行模数转换，如图1所示。

　　图1 模拟传声器系统信号流(以电容传声器为例)

　　数字传声器信号流省去了预放电路模块和话放的电平提升步骤，在振膜电路和阻抗变换后直接进行模数转换，输出的信号则是编码后的数字信号(AES42格式)，如图2所示。

　　图2 数字传声器系统信号流(以电容传声器为例)

　　2 动态范围及噪声

　　在现今的传声器制造技术下，传声器膜片能输出的最高电压可以达到甚至超过+ 10 dBu，传声器的本底噪声在大约- 120 dBu(A计权)上下。由于在膜片附近的空气分子做无规则的布朗运动，撞击膜片，造成膜片即使在完全安静的条件下也会有振动，产生噪声。这种振动在幅度和方向上都有着统计平均的特性。这种噪声和温度有关，是没有办法完全避免和消除的。

　　另一种噪声是电路噪声，主要由真空管和场效应管产生，电路中的其他元件也会对其产生影响。在现在的电子技术下，电路噪声已经可以被控制在7 dB SPL以下，因此传声器的本底噪声主要是由膜片的噪声所决定。

　　2.1 模拟传声器系统的动态范围

　　模拟传声器系统由于含有话放，整个系统的噪声可以用式(1)来表达

　　(1)

　　式中，nsum，ana代表整个系统的噪声;nmic代表传声器的本底噪声;nADIn代表ADC的噪声;n(ν)pre代表话放的噪声，它是根据话放增益ν 的设置而改变的，增益ν 越大，话放的噪声就越小，其最小值可以用式(2)表示

　　(2)

　　式中，κ=1.38×10-23 J/K(玻尔兹曼常量)，T是温度，Δf是带宽，Ri是负载的阻抗即传声器的阻抗。

　　从图3中可以看到，话放增益设置完全得当的情况下，整个系统的动态范围最高能达到110 dB左右。在大部分时候，整个系统的动态范围都会小于这个值。

　　图3 模拟传声器与话放组合的动态范围

　　2.2 数字传声器系统的动态范围

　　数字传声器的膜片电路部分与模拟传声器是完全相同的，所不同的是将ADC集成在传声器中，因此，整个系统的噪声公式就变为

　　(3)

　　图4可以很直观地反映出：由于没有了话放的参与，总噪声减少了。输出电压也换成了数字域的单位“满刻度电平”，用dBFS来表示。

　　图4 数字传声器系统的动态范围和噪声

　　这里需要注意的是增益ν，它已经不是传统话放 的增益了，而是模数转换之后的数字增益。由于没有了话放的影响，如果传声器的本底噪声是- 120 dBu，输出的最大电压是+ 10 dBu，那么，系统的动态范围就是130 dB。(编辑：小莹)