技術科普 | 你知道麥克風是如何工作的嗎?
來源:泛思視聽 編輯:ZZZ 2024-06-21 13:50:39 加入收藏 咨詢
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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。
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當鼓槌敲擊鼓面,鼓面就會發生振動,振動的鼓面會帶動空氣一起振動。
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空氣中的分子相互碰撞,把振動的能量傳導至人耳道末端的鼓膜,再經由三塊聽小骨放大,最后傳入耳蝸中,里面的感音毛細胞將振動轉化為生物電傳遞給大腦,人就聽見了鼓聲。
02 聲音的本質
如果我們但看一個空氣分子,把它靜止的位置視為原點,以時間作為坐標X軸,振動時的位移作為坐標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。
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其中,就包含了空氣分子振動的周期,就是從原點開始來回振動的時間,周期的倒數就是它的頻率,也就是一秒鐘振動的次數,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。
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頻率會決定聲音的音調,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。
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人耳能聽見的聲音頻率在20-20000Hz之間,也有少數個體的差異和年齡的影響,但大致都是接近的。
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03 麥克風的原理
現在,我們了解了聲音的本質,就是振動,那我們就參照人耳鼓膜,來設置一個可以捕獲振動的振膜,來采集振動的能量。
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然后這里就要應用到物理學的電磁感應現象了,當一條導線在磁場中運動,導線中的電子在磁場的作用下,會和導線發生相對運動,進而產生電流,這就是磁生電。
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動圈麥克風的工作原理就是磁生電,當振膜捕捉到振動,會帶動導線線圈在磁鐵中運動,線圈動起來,導線中的電子就發生了運動,產生了電流。
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除了動圈麥克風,現在主流還會使用電容式麥克風,無需線圈和磁鐵,核心組成部件是振膜和背板,振膜和背板構成了平行板電容器,但是電容麥克風需要外部的供電來提供電荷。
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當振膜被振動,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,產生可監測的電壓,形成模擬電信號。
此時監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化成了電壓信號,就是我們音頻的模擬信號。
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