技术科普 | 你知道麦克风是如何工作的吗？

01 声音是如何被耳朵听到的

　　我们用一个鼓来看看声音是如何让人感知的。

　　当鼓槌敲击鼓面，鼓面就会发生振动，振动的鼓面会带动空气一起振动。

　　空气中的分子相互碰撞，把振动的能量传导至人耳道末端的鼓膜，再经由三块听小骨放大，最后传入耳蜗中，里面的感音毛细胞将振动转化为生物电传递给大脑，人就听见了鼓声。

02 声音的本质

　　如果我们但看一个空气分子，把它静止的位置视为原点，以时间作为坐标X轴，振动时的位移作为坐标Y轴，记录下空气分子的振动幅度，就可以得到它的振动时域波形图。

　　其中，就包含了空气分子振动的周期，就是从原点开始来回振动的时间，周期的倒数就是它的频率，也就是一秒钟振动的次数，单位是Hz(赫兹)。例如振动一次的时间是0.1秒，那1秒钟就振动10次，频率就是10Hz。

　　频率会决定声音的音调，频率越低，声音越低沉，反之则越尖锐。我们在分辨一个声音到底是什么，就是在分辨声音的频率。

　　波形图还有一个属性，叫做振幅，是指空气分子从原点到最大位移的距离，振幅越大，空气分子振动所包含的能量就越多，对人直观的感受就是声音越大，反之则人听见的声音越小。振幅不会改变声音的音调。

　　人耳能听见的声音频率在20-20000Hz之间，也有少数个体的差异和年龄的影响，但大致都是接近的。

03 麦克风的原理

　　现在，我们了解了声音的本质，就是振动，那我们就参照人耳鼓膜，来设置一个可以捕获振动的振膜，来采集振动的能量。

　　然后这里就要应用到物理学的电磁感应现象了，当一条导线在磁场中运动，导线中的电子在磁场的作用下，会和导线发生相对运动，进而产生电流，这就是磁生电。

　　动圈麦克风的工作原理就是磁生电，当振膜捕捉到振动，会带动导线线圈在磁铁中运动，线圈动起来，导线中的电子就发生了运动，产生了电流。

　　除了动圈麦克风，现在主流还会使用电容式麦克风，无需线圈和磁铁，核心组成部件是振膜和背板，振膜和背板构成了平行板电容器，但是电容麦克风需要外部的供电来提供电荷。

　　当振膜被振动，平行板电容器的两极板间距d开始增大或减小，从而改变电容的大小，产生可监测的电压，形成模拟电信号。

　　此时监测记录线圈两极的电压，就得到了声音的波形图。此时声音的振动就转化成了电压信号，就是我们音频的模拟信号。

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