Mikrofon

Als Mikrofon wird ein Gerät bezeichnet, das Schwallschwingungen, also Töne, in elektrische Spannungsänderungen, das sogenannte Mikrofonsignal, umwandelt. Eine elastische Membran folgt den Druckschwankungen des ankommenden Schalls und regt damit eine tonfrequenzabhängige Wechselspannung oder pulsierende Gleichspannung an.

Das Kondensatormikrofon basiert auf dem namensgebenden elektrischen Bauteil. Die Mikrofonmembran und eine dahinterliegende Metallplatte bilden einen Plattenkondensator mit elektrischer Kapazität. Wenn nun die Membran durch eintreffenden Schall zu schwingen beginnt, ändert sich damit die Kapazität des Kondensators. Diese Änderung wird durch weitere Schaltungen ausgewertet und gibt das Schallsignal in hoher Qualität als Spannungsänderung wieder. Kondensatormikrofone sind empfindlich gegenüber mechanischer Belastung, Feuchtigkeit und hohen Schalldrücken.

Dynamische Mikrofone funktionieren nach dem Prinzip der Induktion. Die Membran des Mikrofons bewegt eine Spule, in der ein fest installierter Magnet liegt. Wenn die Membran durch eintreffenden Schall in Schwingung gerät, erzeugt das Zusammenspiel aus beweglicher Spule und festem Magnet eine Induktionsspannung, die das Schallsignal als Spannungsänderung ausgibt. Diese Bauart ist robust gegenüber mechanischer Belastung und hohen Schalldrücken und wird daher gern für Live- und Nahaufnahmen eingesetzt.

Mit über 90 Prozent besitzen Elektretmikrofone den größten Marktanteil. Als Elektret wird ein Material bezeichnet, das ähnlich einem Magneten, elektrische Ladungen permanent speichert und damit ein dauerhaftes elektrisches Feld erzeugt. Ganz ähnlich wie beim Kondensatormikrofon liegt beim Elektretmikrofon der Membran eine elektretbeschichtete Kondesatorplatte gegenüber, die bei Bewegung der Membran Spannungsänderungen erzeugt. Elektretmikrofone sind sehr kompakt, preiswert und benötigen nur wenig Strom. Sie entwickelten sich zum Standardmikrofon in Mobiltelefonen, Webcams, Headsets und vielen anderen Anwendungen. Elektretmikrofone eignen sich jedoch nicht für sehr laute Schallquellen, diese können sie nur verzerrt abbilden.

Je nach Bauart besitzen Mikrofone unterschiedliche Richtcharakteristika, die angeben, welche Schallrichtung besonders gut wiedergegeben wird, bzw. in welcher Richtung der Wirkungsgrad des Mikrofons am besten ist. Typische Bauformen sind Kugel (alle Richtungen), Acht (Ähnlich einer liegenden Acht, primär vorn und hinten), Keule (schmale, vorgegebene Richtung, Richtmikrofon) und Niere (Mischform aus Acht und Kugel, primär Frontbereich mit sehr wenig Rückanteil).

Das Mikrofon war Grundlage für die Entwicklung des Telefons, beide Technologien bedingen sich gegenseitig stark in ihrer Entwicklung. Philipp Reis entwickelte 1861 eine sogenanntes Kontaktmikrophon und auf dieser Grundlage auch gleich einen Fernsprecherprototypen. Dieses Kontaktmikrophon basierte auf einer schwingungsempfindlichen Membran, die im Ruhezustand über einen Kontakt einen Stromkreis schloss. Trafen nun Schallschwingungen auf diese Membran, wurde der Stromkreis unterbrochen bzw. wieder geschlossen. Auf diesem Kontaktprinzip aufbauend entwickelt Emil Berliner wenig später, ab 1877, ein Kohlemikrofon. Kohle besitzt einen relativ linearen, druckabhängigen Übergangswiderstand und bildet damit eine gute Grundlage für ein verbessertes Mikrofon auf Kontaktbasis. Das Kohlemikrofon erfuhr mehrere Entwicklungsstufen, die in einem Mikrofon auf der Grundlage von Kohlekörnern mündeten. Dieses Mikrofon blieb bis in die 1940er Jahre als Studiomikrofon in Gebrauch und fand sich noch fast hundert Jahre nach seiner Erfindung in Telefonzellen.

Georg Neumann entwickelte in den 1920er Jahren das erste Kondensatormikrofon, in dem Membran und Gegenelektrode einen Kondensator bilden, dessen Kapazität sich bei Schallwellen ändert. Diese Kapazitätsänderung erzeugt ein Signal von sehr guter Qualität, Kondensatormikrofone bilden daher noch heute den Standard im professionellen Audio-Bereich. 1962 folgte mit der Erfindung des Elektretmikrofons, einer Abwandlung des Kondensatormikrofons, die Variante, die heute über 90% Marktanteil besitzt. Shure, Sennheiser und Beyerdynamic sind die derzeitigen Marktführer und seit langer Zeit im Mikrofonmarkt aktiv.