Mikrofón

Mikrofón je zariadenie pre premenu akustického signálu na signál elektrický. Prvý mikrofón vynašiel tvorca gramofónu Emile Berliner 4. marca 1877.

Dynamický mikrofón

Membrána mikrofónu sa pohybuje v závislosti na akustickom tlaku. Toto zároveň spôsobuje aj pohyb cievky, ktorá je spojená s membránou. V cievke, ktorá sa takto pohybuje v magnetickom poli, sa vytvára elektrický signál. Výstupné napätie sa mení v závislosti na pohybe membrány a cievky. U tohto mikrofónu pohybuje membrána cievkou v magnetickom poli permanentného magnetu, čím sa vytvára striedavé napätie respektíve prúd (ide o opačný proces ako sa odohráva v klasických reproduktoroch). Dynamické mikrofóny sú menej citlivé ako kondenzátorové mikrofóny, lepšie preto spracúvajú hlasitý spev pri živých vystúpeniach atď. Nevyžadujú napájanie a sú veľmi odolné voči mechanickému poškodeniu. (Príkladom žijúcej legendy je napríklad mikrofón Shure SM58, ktorý sa veľmi často používa pri verejných vystúpeniach). Smerová charakteristika je srdcová.

Páskový mikrofón

Tento mikrofón pracuje na rovnakom princípe ako dynamický mikrofón. Rozdiel je v tom, že membrána je nahradená tenkým alumíniovým pásikom, ktorý sa v závislosti na akustickom tlaku pohybuje v magnetickom poli. Dynamický mikrofón páskový (tzv. Ribbon). Tu je „membránou“ zvlnený pásik z veľmi tenkej hliníkovej fólie(opäť niekoľko mikrónov), umiestnený v permanentnom poli magnetov. Na prevod z veľmi malej impedancie sa používa transformátor, ktorý je kľúčovou zložkou týchto mikrofónov, podobne ako sila magnetov (dnes väčšinou neodýmové) a kvalita napnutia a zvlnenia hliníkovej fólie. Konštrukcia je jednoduchá ale je veľmi citlivý na mechanické poškodenie a nemôže sa skladovať blízko magneticky citlivých médií, pretože môže dôjsť k ich zmagnetizovaniu. Dnes prežívajú páskové mikrofóny „comeback“, napriek veľmi nízkej citlivosti, a frekvenčnému rozsahu do približne 15 kHz. Ich veľkým kladom je príjemný „teplý zvuk“. Dlhodobo sa takéto mikróny musia skladovať v zvislej polohe. Špecifické sú osmičkovou charakteristikou.

Kondenzátorový mikrofón

Tento druh mikrofónu obsahuje dve tenké kovové doštičky, ktoré navzájom tvoria kondenzátor. Napájací obvod vytvára v kondenzátore elektrický náboj. Jedna z týchto doštičiek je pevne uchytená a druhá je pohyblivá má funkciu akustickej membrány. Vzájomné približovanie a odďaľovanie týchto doštičiek spôsobuje zmenu kapacity a tým aj zmenu výstupného napätia. Hrúbka membrány je niekoľko mikrónov a je na nej nanesená vrstva vzácneho kovu, najčastejšie zlata, podobnou metódou ako sa vyrábajú tranzistory. Zmena kapacity sa premieňa na elektrický signál buď pomocou napájania z mäkkého zdroja alebo predzosilňovača s veľmi veľkou vstupnou impednaciou (na toto sú veľmi vhodné elektrónky, ktoré sa používali v prvých mikrofónoch. Dnes je jednoduchšie riešiť taký mikrofón pomocou integrovaného obvodu, resp, tranzistorov). Niekedy je mikrofón súčasť oscilátora rozlaďovaného zmenou kapacity a v nasledujúcich obvodoch je zmena demodulovaná na nízkofrekvenčný signál. Je nutné aby vzdialenosť medzi membránou a predzosilňovačom bola čo najmenšia. Priemer membrány je zvyčajne jeden palec (čiže 2,54 cm). Kondenzátorové mikrofóny vyžadujú napájanie. Pri vhodnej konštrukcii mikrofónnovej vložky je možné polarizačným napätím meniť smerovú charakteristiku mikrofónu, čo sa využíva pri štúdiových mikrofónoch. Kondenzátorové mikrofóny sa používajú hlavne pre profesionálny štúdiový záznam a na účely merania. Pri živých vystúpeniach sa dnes používajú hlavne dynamické mikrofóny. Kondenzátorový mikrofón patrí medzi akusticky najvierohodnejšie a najcitlivejšie spomedzi rôznych princípov mikrofónov.

Elektretový mikrofón

Elektretový mikrofón je typom kondenzátorového mikrofónu, u ktorého je elektrické pole potrebné pre funkciu, vytvárané elektretom čiže nevodivou hmotou, ktorá je permanentne nabitá. V rytme pohybu membrány sa mení kapacita kondenzátora a tým aj napätie medzi doskami. Zmeny napätia musia byť spracované predzosilovačom s vysokou vstupnou impedanciou, (zvyčajne zabudovaný FET tranzistor, priamo v telese mikrofónu), tým pádom potrebujú aj napájanie. Vyrábajú sa pre náročné meracie účely, pre štúdiá, ale takisto aj pre nenáročné použitie napríklad v počítačoch, telefónoch, spotrebnej elektronike atď. Samotné teleso mikrofónu nie je zvyčajne v priemere väčšie ako 1 cm.

Uhlíkový mikrofón

Tento typ nie je ani dynamickým ani kondenzátorovým mikrofónom. Mikrofón bol používaný v starých telefónnych prístrojoch, a vďaka odolnosti proti otrasom aj v armádnych vysielačkách a telefónoch. Princíp je založený na stláčaní uhlíkových granulí. Ak sú tieto stlačené ich odpor klesá a výstupné napätie rastie. Na princípe uhlíkového mikrofónu boli skonštruované aj prvé akustické zosilňovače pre telefónne ústredne. Takéto zosilňovače mali vysoké skreslenie a malý frekvenčný rozsah. V mikrofónoch tejto konštrukcie sa pri mechanických (aj veľmi jemných) úderoch objavuje chraštenie spôsobené trením uhlíkových zrniek o seba. V začiatkoch rozhlasového vysielania prechádzal uhlíkovým mikrofónom signál vysielača s vysokým výkonom, mikrofóny preto vyžadovali chladenie. Boli umiestňované do ťažkých statívov a do sústav pružín čo eliminovalo mechanické rázy. Nemajú žiadnu smerovú charakteristiku.

Piezoelektrický (piezo)mikrofón

Mikrofón je založený na piezoelektrickom jave. Kryštálová substancia pri svojej deformácii generuje polarizované elektrické napätie. Na tomto princípe je založený piezoelektrický mikrofón, ktorý sa používa hlavne na snímanie zvuku akustických nástrojov (kontrabas, gitara, husle), pretože sa plochý snímací prvok dá s výhodou upevniť na rezonančnú dosku hudobného nástroja. Vibrácie dosky sa preniesli na snímací kryštál, čo generovalo napätie ekvivalentné vibráciám. Piezoelektrický mikrofón sa používal hlavne v druhej polovici 20. storočia. Nízke náklady na jeho výrobu ho predurčili ako doplnok k páskovým magnetofónom.

Frekvenčná charakteristika

Frekvenčná charakteristika mikrofónu je závislosť citlivosti od frekvencie. Vyjadruje sa graficky. Fyzikálnym ideálom by bol mikrofón, ktorý by akustický podnet premenil vždy na ekvivalentný elektrický signál bez ohľadu na jeho frekvenciu. Tak tomu však nie je. Dosiahnutie vyrovnanej charakteristiky aspoň vo počuteľné oblasti vyžaduje nákladné opatrenia, napríklad veľmi malé rozmery mikrofónu. Z nedostatku sa však časom stala cnosť a frekvenčné nevyrovnanosti jednotlivých výrobkov začali byť využívané tak, aby pomohli zvýrazniť alebo potlačiť niektoré charakteristické zvukové odtiene snímaných objektov. Napr. všetky mikrofóny okrem všesmerových pracujú ako prevodníky gradientu tlaku, s približovaním k zdroju signálu zosiľnujú hlboké frekvencie – tzv. 'proximity efekt'. Toho využívajú niektorí speváci na dosiahnutie teplej farby zvuku v niektorých pasážach spevu približovaním a odďaľovaním mikrofónu. 
Pre špeciálne účely sa vyrábajú mikrofóny s potlačenou časťou frekvenčnej charakteristiky (napr. pre reportážne snímanie reči alebo pre komunikačné zariadenia pracujúce v hlučnom prostredí), v niektorých prípadoch sú vybavené aj prepínateľnými korekciami priamo vo vlastnom telese mikrofónu, alebo majú zdôrazniť určitú časť spektra potrebnú ku snímaniu zvuku špecifických hudobných nástrojov.