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科普 | USB 麦克风的工作原理及其使用方法

USB 麦克风如何工作?简单来说,USB 麦克风作为换能器,其工作原理与任何其他麦克风相同,将声音(机械波能)转换为音频(电能)。然后,模拟音频信号在 USB 麦克风的内置音频接口内被放大并转换为数字信号,并通过 USB 连接输出。


下面,我们将详细介绍 USB 麦克风,解释这些便捷的麦克风背后的技术。




什么是USB麦克风?


USB麦克风,就是带有USB输出的麦克风。


麦克风是将声波转换为模拟音频信号的传感器。他们使用具有可移动隔膜的换能器元件(振膜)来实现这一点。


其次,该设备具有 USB 输出,这意味着输出的是数字音频信号。


因此,USB 麦克风的设计中必须内置一个模数转换器,将来自其换能器元件的模拟信号转换为数字信号以供其输出。


因此,USB 麦克风可以被认为是具有内置数字音频接口的麦克风,可以通过 USB 连接直接连接到计算机(或任何数字音频设备)。


麦克风如何工作?

上面已经说过,USB 麦克风与其他麦克风基本相同,主要区别在于它们具有内置音频接口。因此,要了解 USB 麦克风的工作原理,我们应该了解“典型”麦克风的工作原理。


然而,不存在“典型”麦克风,因为世界上有多种不同的麦克风传感器类型,它们以不同的方式将声音转换为音频。3 种最常见的麦克风传感器类型是:

• 动圈麦克风

• 电容麦克风

• 铝带麦克风


1、动圈麦克风



动圈话筒音头图


动圈麦克风传感器通过电磁感应将声音转换为音频。


声波在隔膜两侧产生不同程度的压力,使其与声波成比例地前后移动。当隔膜移动时,所附的导电线圈也会移动。由于电磁感应,振荡线圈会感应出成比例的交变电流。


电磁感应是一种自然现象,当电流流过导电材料时,导电材料周围会产生磁场。相反,当导电材料周围的磁场发生变化时,它负责通过导电材料感应电流。动圈麦克风拾音头采用后一种情况。


线圈上感应的交流电压被分接并最终从动圈式动圈麦克风输出。


2、电容麦克风



电容式麦克风传感器通过静电将声音转换为音频。它们的换能器元件本质上被设计为平行板电容器,被称为胶囊。类似电容器的传感器必须在其极板上保持理想的恒定电荷。


这可以通过幻象电源、外部电源装置、内部电池的直流偏置电压来实现。也可以通过在胶囊中使用驻极体材料来实现。驻极体电容器通常在其背板上有一层驻极体材料薄膜,但也可以采用其他设计。


USB 连接提供的 +5 VDC 通常不足以极化电容话筒头,因此电容 USB 麦克风通常使用驻极体话筒头。


胶囊的工作原理是这样的:

声波会在隔膜两侧产生不同程度的压力,这会导致隔膜移动。当隔膜前后移动时,两块板之间的距离发生变化。随着极板之间的距离振荡,胶囊极板的电容也会随之变化。极板上的电荷是恒定的,因此,电容的任何变化都会引起电压成反比的变化。该交流电压被施加到有源阻抗转换器,并且输出可用的音频信号。


3、铝带麦克风




铝带麦克风传感器与动态传感器一样,通过电磁感应将声音转换为音频。它们的换能器元件通常称为带状“电机”,其中“带状”是可移动的隔膜。


当声音导致色带正面和背面之间的压力变化时,色带就会移动。它的移动与与其相互作用的声波成比例。当导电带在磁性挡板/外壳提供的磁场中振动时,导电带上会产生感应电压(通过电磁感应)。该电压产生交流电流,该电流有效地成为带式麦克风的输出信号。


USB麦克风作为音频接口

如前所述,USB 麦克风可以有效地连接到计算机(或其他数字设备)并充当其自己的音频接口。


接口实际上是一个共享集线器,计算机系统的各个组件可以在其中共享信息。那么,音频接口是一种允许音频设备(麦克风、扬声器、耳机、乐器等)之间进行通信的设备。通常被认为是独立的设备,一般我们会把声卡当做音频接口。


USB 麦克风充当自己的音频接口,除了麦克风本身和计算机之外,无需任何其他设备。只需将麦克风插入计算机并选择麦克风作为音频输入设备即可。如果USB麦克风有耳机输出,我们还可以选择“麦克风”作为电脑的输出音频设备,通过耳机输出进行监听。


这使得 USB 麦克风非常易于使用,但计算机不能一次连接多个 USB 麦克风,只能连接一个输入和输出设备。


如何使用USB麦克风

如果计算机和 USB 将自动通过驱动程序进行通信,并且计算机将自动选择麦克风作为其输入设备以及输出设备,那么直接将USB 麦克风插入计算机就可使用。


但有时情况并非如此,一般可以通过执行以下部分或全部步骤来完成:


• 使用正确的 USB 线缆将 USB 麦克风插入计算机。

• 下载正确的驱动程序以允许 USB 麦克风和计算机之间进行数字通信。有时这一步会自动进行,或者计算机和 USB 麦克风可能已经具有正确的驱动程序。

• 打开电脑的音频输入/输出,选择USB麦克风作为电脑的音频输入设备。

• 如果您想通过麦克风进行耳机监听,请打开计算机的音频输入/输出并选择 USB 麦克风作为计算机的输出音频设备。

• 如果麦克风已静音,请将其取消静音。

• 如果需要,调高麦克风的音量。

• 如果使用数字音频工作站,请使用 USB 麦克风作为输入来配置轨道。


USB麦克风的优缺点

优点


1、低成本

USB 麦克风的一个主要优点是它们通常价格比较实惠。对于初学者或只需要一个麦克风通道的人来说,高性价比的 USB 麦克风可能是最好的选择!


2、使用简单

USB 麦克风的简单性是其主要卖点。在大多数情况下, USB 麦克风都是即插即用的,不需要添加硬件。


3、可移动性

与XLR麦克风及其对接口/前置放大器等的需求相比,具有单个麦克风和信号 USB 线缆使得 USB 麦克风相对便携。对于简单的移动录音,USB 麦克风可能是整合装备的好方法。


缺点


1、单通道接口

USB 麦克风充当其自己的音频接口,这使得它们可以很容易使用。然而,麦克风内置单通道接口意味着计算机的输入将仅与麦克风通信,而不会与其他源通信。如果我们想同时使用两个或更多麦克风,就会被限制。


2、兼容性差

麦克风和计算机之间的兼容性通常不是问题。然而,由于 USB 麦克风充当其自己的接口,因此可能会出现与计算机操作系统的兼容性问题。


3、延迟

USB 麦克风组件的廉价特性通常会比高端独立接口带来更多的延迟。这可能会表现为监控方面的显著延迟,从而影响麦克风的表现。

但是许多 USB 麦克风都内置零延迟耳机放大器,以减轻其固有延迟的影响。


4、较低的数字分辨率

在理论上和实践中,更高的分辨率听起来确实更好。所有接口、ADC 和 DAC 都仅限于特定的数字分辨率。USB 麦克风的分辨率通常低于高端独立接口。


5、缺乏多功能性

简单性的代价是缺乏控制和多功能性。USB 麦克风通常具有增益控制、静音控制、监听耳机接口、拾音模式选择等功能。专业的独立接口通常提供更多用于控制模拟麦克风的功能,比如高通滤波器、相位翻转、无源衰减设备等。