技術(shù)科普 | 你知道麥克風(fēng)是如何工作的嗎？

01 聲音是如何被耳朵聽到的

　　我們用一個鼓來看看聲音是如何讓人感知的。

　　當(dāng)鼓槌敲擊鼓面，鼓面就會發(fā)生振動，振動的鼓面會帶動空氣一起振動。

　　空氣中的分子相互碰撞，把振動的能量傳導(dǎo)至人耳道末端的鼓膜，再經(jīng)由三塊聽小骨放大，最后傳入耳蝸中，里面的感音毛細(xì)胞將振動轉(zhuǎn)化為生物電傳遞給大腦，人就聽見了鼓聲。

02 聲音的本質(zhì)

　　如果我們但看一個空氣分子，把它靜止的位置視為原點(diǎn)，以時間作為坐標(biāo)X軸，振動時的位移作為坐標(biāo)Y軸，記錄下空氣分子的振動幅度，就可以得到它的振動時域波形圖。

　　其中，就包含了空氣分子振動的周期，就是從原點(diǎn)開始來回振動的時間，周期的倒數(shù)就是它的頻率，也就是一秒鐘振動的次數(shù)，單位是Hz(赫茲)。例如振動一次的時間是0.1秒，那1秒鐘就振動10次，頻率就是10Hz。

　　頻率會決定聲音的音調(diào)，頻率越低，聲音越低沉，反之則越尖銳。我們在分辨一個聲音到底是什么，就是在分辨聲音的頻率。

　　波形圖還有一個屬性，叫做振幅，是指空氣分子從原點(diǎn)到最大位移的距離，振幅越大，空氣分子振動所包含的能量就越多，對人直觀的感受就是聲音越大，反之則人聽見的聲音越小。振幅不會改變聲音的音調(diào)。

　　人耳能聽見的聲音頻率在20-20000Hz之間，也有少數(shù)個體的差異和年齡的影響，但大致都是接近的。

03 麥克風(fēng)的原理

　　現(xiàn)在，我們了解了聲音的本質(zhì)，就是振動，那我們就參照人耳鼓膜，來設(shè)置一個可以捕獲振動的振膜，來采集振動的能量。

　　然后這里就要應(yīng)用到物理學(xué)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象了，當(dāng)一條導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動，導(dǎo)線中的電子在磁場的作用下，會和導(dǎo)線發(fā)生相對運(yùn)動，進(jìn)而產(chǎn)生電流，這就是磁生電。

　　動圈麥克風(fēng)的工作原理就是磁生電，當(dāng)振膜捕捉到振動，會帶動導(dǎo)線線圈在磁鐵中運(yùn)動，線圈動起來，導(dǎo)線中的電子就發(fā)生了運(yùn)動，產(chǎn)生了電流。

　　除了動圈麥克風(fēng)，現(xiàn)在主流還會使用電容式麥克風(fēng)，無需線圈和磁鐵，核心組成部件是振膜和背板，振膜和背板構(gòu)成了平行板電容器，但是電容麥克風(fēng)需要外部的供電來提供電荷。

　　當(dāng)振膜被振動，平行板電容器的兩極板間距d開始增大或減小，從而改變電容的大小，產(chǎn)生可監(jiān)測的電壓，形成模擬電信號。

　　此時監(jiān)測記錄線圈兩極的電壓，就得到了聲音的波形圖。此時聲音的振動就轉(zhuǎn)化成了電壓信號，就是我們音頻的模擬信號。

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