技術(shù)科普 | 你知道麥克風(fēng)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
01 聲音是如何被耳朵聽到的
我們用一個(gè)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(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(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(dòng)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(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(biāo)X軸,振動(dòng)時(shí)的位移作為坐標(biāo)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)開始來回振動(dòng)的時(shí)間,周期的倒數(shù)就是它的頻率,也就是一秒鐘振動(dòng)的次數(shù),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(diào),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,對人直觀的感受就是聲音越大,反之則人聽見的聲音越小。振幅不會(huì)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(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(xiàn)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,來設(shè)置一個(gè)可以捕獲振動(dòng)的振膜,來采集振動(dòng)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(dòng),導(dǎo)線中的電子在磁場的作用下,會(huì)和導(dǎo)線發(fā)生相對運(yùn)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(dāng)振膜捕捉到振動(dòng),會(huì)帶動(dòng)導(dǎo)線線圈在磁鐵中運(yùn)動(dòng),線圈動(dòng)起來,導(dǎo)線中的電子就發(fā)生了運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生了電流。
除了動(dòng)圈麥克風(fēng),現(xiàn)在主流還會(huì)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(dòng),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(hào)。
此時(shí)監(jiān)測記錄線圈兩極的電壓,就得到了聲音的波形圖。此時(shí)聲音的振動(dòng)就轉(zhuǎn)化成了電壓信號(hào),就是我們音頻的模擬信號(hào)。
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