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(tīng)到的

　　我們用一個(gè)鼓來(lái)看看聲音是如何讓人感知的。

　　當鼓槌敲擊鼓面，鼓面就會(huì )發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)的鼓面會(huì )帶動(dòng)空氣一起振動(dòng)。

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

02 聲音的本質(zhì)

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

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

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

　　波形圖還有一個(gè)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(dòng)所包含的能量就越多，對人直觀(guān)的感受就是聲音越大，反之則人聽(tīng)見(jiàn)的聲音越小。振幅不會(huì )改變聲音的音調。

　　人耳能聽(tīng)見(jiàn)的聲音頻率在20-20000Hz之間，也有少數個(gè)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

　　現在，我們了解了聲音的本質(zhì)，就是振動(dòng)，那我們就參照人耳鼓膜，來(lái)設置一個(gè)可以捕獲振動(dòng)的振膜，來(lái)采集振動(dòng)的能量。

　　然后這里就要應用到物理學(xué)的電磁感應現象了，當一條導線(xiàn)在磁場(chǎng)中運動(dòng)，導線(xiàn)中的電子在磁場(chǎng)的作用下，會(huì )和導線(xiàn)發(fā)生相對運動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電流，這就是磁生電。

　　動(dòng)圈麥克風(fēng)的工作原理就是磁生電，當振膜捕捉到振動(dòng)，會(huì )帶動(dòng)導線(xiàn)線(xiàn)圈在磁鐵中運動(dòng)，線(xiàn)圈動(dòng)起來(lái)，導線(xiàn)中的電子就發(fā)生了運動(dòng)，產(chǎn)生了電流。

　　除了動(dòng)圈麥克風(fēng)，現在主流還會(huì )使用電容式麥克風(fēng)，無(wú)需線(xiàn)圈和磁鐵，核心組成部件是振膜和背板，振膜和背板構成了平行板電容器，但是電容麥克風(fēng)需要外部的供電來(lái)提供電荷。

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

　　此時(shí)監測記錄線(xiàn)圈兩極的電壓，就得到了聲音的波形圖。此時(shí)聲音的振動(dòng)就轉化成了電壓信號，就是我們音頻的模擬信號。

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