Wat is een Microfoon

pamikro

Microfoon

Een microfoon (afgeleid van de Griekse woorden mikros, μικρός = klein en foné, φωνή = geluid, stem) is een elektromechanisch onderdeel dat geluid omzet in een elektrisch signaal, zo krijgt men een gelijktijdige weergave voor versterking ter plaatse en/of weergave elders, en/of ten behoeve van het maken van een geluidsopname.

Geluid bestaat uit luchtdrukvariaties die zich in een golvende beweging door de lucht voortbewegen. In plaats van een geluidsgolf of van geluidstrilling spreekt men ook wel van een akoestisch signaal. Een microfoon zet een akoestisch signaal om naar een elektrisch signaal in twee stappen: Eerst wordt het akoestische signaal opgenomen door een membraan dat meetrilt met de geluidsgolf. De trilling van het membraan wordt vervolgens omgezet in elektrische spanningsvariaties die met de trilling van het membraan overeenkomen. Hoe dat gebeurt is afhankelijk van het type microfoon. Hoe beter de overeenkomst is tussen het oorspronkelijke akoestische signaal en het resulterende elektrische signaal, des te beter de microfoon is.

De signaalgrootte van een dynamische microfoon is vaak kleiner dan een millivolt en wordt versterkt door bvb een Mengpaneel.

Een windscherm om een microfoon
Bij te harde geluiden kan een microfoon de geluidsdruk niet aan, en geeft deze dan een vervormd signaal af. Bij de meeste microfoons wordt daarvoor een getal in decibel gegeven waarbij de microfoon het geluid nog niet vervormt. Dit met de toevoeging Sound Pressure Level om aan te geven dat het om een niveau van geluidsdruk gaat, bijvoorbeeld "max SPL = 135 dB" of nog korter "max 135 dB SPL". De gevoeligheid van een microfoon wordt opgegeven in elektrische spanning per geluidsdruk, met als eenheid mV/Pa, 1 Pa komt overeen met een geluidsniveau van 94 dB SPL.

Wanneer iemand in een microfoon spreekt, dan komt er onbedoeld bij plofklanken ook uitgeblazen lucht mee. Dat geeft een hard klapperend windgeluid op de microfoon. Vooral elektretmicrofoons zijn daar erg gevoelig voor. Door gebruik te maken van een plopkapje wordt dat voorkomen. Een plopkapje is meestal een omhulsel van open schuim (bijvoorbeeld polyetherschuim). Het kan ook buiten gebruikt worden, bij wind. In een studio gebruikt men ook wel een schermpje tussen de microfoon en de spreker.

Als het geluid van een microfoon uit een luidspreker klinkt dat vervolgens weer door de microfoon wordt opgepikt, dan spreekt men van rondzingen. Dat kan een hoge fluittoon zijn als er nauwelijks vertraging is, maar het kan ook een hinderlijke echo zijn, als bijvoorbeeld via een telefoon- of radioverbinding het geluid met een vertraging de microfoon bereikt.

Soorten microfoons naar omzettingsprincipe[
De meeste microfoons hebben een membraan dat meetrilt met de geluidsgolven die zich door de lucht voortplanten. De beweging van het membraan wordt vervolgens in een elektrische spanning omgezet.

elektromagnetisch:
dynamische microfoon, de beweging van een stijf membraan wordt overgebracht op een spoeltje binnen een magneet, waar het spanning opwekt.
bandmicrofoon (ribbonmicrofoon), een strook metaalfolie (aluminium) tussen een magneet wekt een spanning op. Het membraan is tevens spoeltje.
luidspreker, een luidspreker kan dienstdoen als microfoon. Dit wordt soms bij intercoms gebruikt.
elektrostatisch (door gebruik te maken van de capaciteitsvariaties):
condensatormicrofoon, een strak gespannen membraan heel dicht bij een harde achterplaat vormt een condensator. Via een hoge weerstand staat hier spanning op. Het doorbuigen van het membraan veroorzaakt verandering van die spanning, omdat de lading hetzelfde blijft maar de capaciteit verandert. De voorspanning wordt meestal geleverd via de aansluitkabel middels fantoomvoeding, waarbij 48 V op de signaaldraden staat. Tevens voedt dit de ingebouwde buffer-versterker.
elektretmicrofoon, ook wel "elektreetmicrofoon" of "elektret condenser microphone" genoemd. Hierbij is de voorspanning bij fabricage aangebracht en perfect geïsoleerd. De ingebouwde buffer-versterker heeft voedingsspanning nodig. Dat kan ook met batterijen.
hoogfrequent (door gebruik te maken van capaciteitsvariaties):
hoogfrequent condensatormicrofoon, akoestisch en mechanisch hetzelfde. Hier maakt de condensator deel uit van een hoogfrequente toongenerator. De verwerking is hetzelfde als bij een radio. Verwar dit niet met draadloze microfoons, die een zender aan boord hebben.
elektrische weerstandsvariaties
koolmicrofoon: los tegen elkaar liggende koolstofkorrels worden door het geluid meer of minder samengedrukt waardoor de elektrische weerstand verandert. Een kleine stroom levert al gauw veel signaal.
Vloeistofmicrofoon. Rond 1900 bestonden er vloeistofmicrofoons. O.a. door Alexander Graham Bell is de vloeistofmicrofoon verbeterd, maar deze kon niet tegen de koolstofmicrofoon op. De vloeistofmicrofoon bestond uit een metalen potje met een enigszins geleidende vloeistof met in het midden een metalen buisje of een naald. Bovenop de naald staat een soort toeter waarin gesproken werd. De onderkant van die toeter bestaat uit een membraan waaraan de naald verbonden is. Door geluid komt de naald in trilling en gaat daardoor iets dieper of iets minder diep in de vloeistof. Daardoor kon een weerstandsverandering tussen de naald en de buitenkant van het metalen potje gemeten worden.
kristalmicrofoon, ook wel keramische microfoon, piëzomicrofoon of piëzo-element genoemd. Het membraan brengt druk over op een plaatje piëzo-elektrisch materiaal. Het spanningssignaal berust op het piëzo-elektrisch effect en is afhankelijk van de druk die op het plaatje wordt uitgeoefend.
lasermicrofoon. De trilling in een membraan, of in een ruit op afstand, wordt gemeten met een laser. De golflengte van licht is echter te groot om kwaliteitsgeluid te krijgen.
Een membraanloze microfoon zou in principe beter kunnen zijn, omdat er geen membraan nodig is dat vervorming kan geven. In werkelijkheid bestaan er maar weinig natuurkundige methoden om geluidstrillingen zonder membraan naar een elektrische spanning om te zetten.

Op dit moment bestaat er ook een membraanloze microfoon die vooral voor metingen wordt gebruikt. Het bestaat uit een element dat de luchtverplaatsing meet door de temperatuurdaling te meten van twee verwarmde minuscule draadjes.