Mikrofon

Med en mikrofon menes vanligvis en elektromekanisk innretning som er følsom for trykkvariasjoner i luften (lyd) og som omformer disse til elektriske signaler.

Med mikrofon menes enten selve omformeren, kapselen, eller hele apparatet inklusive tilkoplingsplugg, vind- spyttdråpe- og støvbeskyttelse, hus og eventuelle batterier. Huset er med på å forme retningskarakteristikken.

Akustiske mikrofoner

Alle akustiske mikrofoner baseres på at et membran påvirkes mekanisk av luftens trykkvariasjoner. Omvandlingen til elektriske signaler kan skje på forskjellig vis som omtalt nedenfor.

Mikrofoner kan ha forskjellige karakteristikker alt etter bruksområdet. Følsomhetskarakteristikken avhenger av hvordan de to sidene av membranen påvirkes av lydfeltet hver for seg. De enkleste mikrofoner er lukkede systemer som er like følsomme for lyd fra alle retninger; de har såkalt kulekarakteristikk. Mikrofoner som er følsomme forfra og fra siden, men mindre følsom rett bakfra har såkalt nyrekarakteristikk. Noen avanserte mikrofoner er kun følsomme for lyd som kommer rett forfra og i liten grad fra alle andre retninger. Disse kalles retningsmikrofoner eller supernyrer.

Det er flere måter lydens trykkendringer i lufta kan omsettes til elektriske signaler på:

Dynamiske mikrofoner

I en dynamisk mikrofon overføres membranens svingninger til en spole som beveger seg i magnetfeltet til en permanent magnet. Det induseres derved en vekselspenning i spolen som er proporsjonal med spolens hastighet. Slik kan en vanlig høyttaler også fungere som en mikrofon. Dynamiske mikrofoner er billige, robuste og gode, og derfor de vanligste typene. Slike mikrofoner er ganske lavohmige.

Kullkornmikrofoner

I eldre telefoner er membranen i kontakt med kullstøv på baksiden. Når lydbølgene trykker membranen inn mot kullstøvet blir den elektriske motstanden mellom membranen og bunnen av kullstøvbeholderen mindre, og motstanden øker når membranen går utover. Kullstøvet støyer og trenger en anselig strøm for å oppnå funksjonen sin. De er gått helt ut av bruk i dag.

Pizoelektriske mikrofoner

Piezoelektriske materialer danner elektriske spenninger mellom overflatene når de bøyes. For å få tilgang til spenningen metalliseres de to sidene slik at begge flatene er ledende. Slike mikrofoner er nokså høyohmige.

Kondensatormikrofoner

Utdypende artikkel: Kondensatormikrofon

Disse består av en fast ledende del og et ledende membran som er isolerte fra hverandre og som til sammen danner en kapasitet (kondensator). Kondensatoren tilføres en elektrisk likespenning (over en stor motstand) og får derved en ladning gitt av Q = U*C. Membranens bevegelser endrer kapasiteten. Ladningen er konstant, slik at U = Q/C fører til en spenningsvariasjon omvendt proporsjonal til kapasitetsvariasjonen. Kapasiteten er svært lav; tilsvarende blir signalspenningen lav og utgangsimpedansen svært høy. Av den grunn sitter det alltid en signalforsterker svært nær eller i mikrofonen; kabelkapasiteter ville ellers desimere signalet. Følsomheten øker med den tilførte spenningen som gjerne ligger i området 12 til noen hundre volt. De fleste profesjonelle mikrofonforsterkere er utstyrt med 48 volt forsyning, og de fleste kondensatormikrofoner følger denne standarden, ofte med fantomspenning som forsyning både til kapselen og forforsterkeren. Grunnet sine forsterkerkretser har de noe egenstøy. De utgjør hovedandelen av mikrofoner brukt i profesjonelle lydstudioer og i profesjonell akustisk måleteknikk.

Elektretmikrofoner

Et elektret er et elektrisk forspent keramisk materiale. Slike mikrofoner er svært lik kondensatormikrofonen i arbeidsprinsippet, men trenger ikke tilførsel av en ekstern spenning for å tilføre en ladning til elementet. Forsterkeren utgjøres ofte av en svært enkel emitterfølger som trenger noen få volt for funksjonen. Elektretmikrofoner er de billigste typene i dag. Elekretmikrofoner med kulekarakteristikk er den vanligste typen mikrofoner brukt innenfor ikke-profesjonelle akustikkmålinger.

Båndmikrofoner

Båndmikrofoner er dynamiske mikrofoner der membranen er et fleksibelt bånd av metall, ofte aluminium, som er opphengt i et sterkt magnetfelt. (Eng: Ribbon microphone). Den induserte spenningen er svært lav, men det er også impedansen slik at spenningen problemløst kan økes ved hjelp av en transformator. Membranen er for det meste åpent fra begge sider slik at mikrofonene er like følsomme bakfra som forfra; de har en såkalt åttetalls-karakteristikk.

Kontaktmikrofoner

Mikrofoner som ikke reagerer på lyd, men på mekaniske svingninger i en overflate kalles Kontaktmikrofoner. Disse kan baseres på forskjellige arbeidsprinsipper som nevnt under Akustiske mikrofoner. En typisk kontaktmikrofon er en strupemikrofon.

Undervannsmikrofoner, hydrofoner

Disse har til vanlig ikke noe membran, men omvandler variasjoner i vanntrykket til elektrisk spenning uten nevneverdige mekaniske bevegelser. Signalspenningen genereres av et keramisk materiale som er innstøpt i gummi eller plast. Vanlige, enkeltstående hydrofoner har alltid kulekarakteristikk; lydtrykkets innfallsretning har ingen betydning. Mot høyere frekvenser kan forskjeller i retningsfølsomhet oppstå.

Mikrofoner karakteriseres hovedsakelig av:

Frekvensresponsen (følsomhet for forskjellige frekvenser).
Følsomheten rett forfra (V/Pa eller spenningen ved et gitt lydnivå i gitt avstand i dB SPL, m)
Direktiviteten (retningsvariasjon av følsomheten, som er frekvensavhengig). Eksempler er kule- og nyrekarakteristikk.
Egenstøyen
Utgangsimpedansen
Aktiv (med forsterker, ytre eller indre (batteri) spenningstilførsel) eller passiv
Akustisk eller mekanisk inngangssignal

Eksterne lenker

(en) Microphones – kategori av bilder, video eller lyd på Commons