thumb|250px|Mikrofon dynamiczny marki Shure, model 55S z 1951 roku thumb|250px|Mikrofon podłączany do portu USB
Mikrofon – przetwornik elektroakustyczny służący do przetwarzania fal dźwiękowych na przemienny prąd elektryczny.
Słowo mikrofon po raz pierwszy pojawiło się w słownikach pod koniec XVII wieku, oznaczając „instrument zwiększający głośność dźwięku”, czyli trąbkę przystawianą do ucha. Pierwszy mikrofon został skonstruowany w 1827 roku przez Charlesa Wheatstone’a. Jednak pierwsze mikrofony, tak zwane kwasowe, które pojawiły się w latach 70. XIX wieku za sprawą Graya i Bella, wykorzystano w początkach telefoniiTomasz Wróblewski, Najważniejszy na estradzie, „Estrada i Studio” 81, s. 4, 6/2003..
Rodzaje mikrofonów Ze względu na zastosowany typ przetwornika elektroakustycznego, mikrofony dzielą się na:
Mikrofon kwasowy W latach 70. XIX wieku za sprawą Graya i Bella pojawiły się pierwsze mikrofony kwasowe, w których połączona z membraną iglica porusza się w rozcieńczonym kwasie. Wykorzystano je wówczas w raczkującej telefonii.
Mikrofon stykowy (węglowy) thumb|150px|Mikrofon węglowy marki Grundig
Mikrofony węglowe zostały opracowane przez Thomasa Alvę Edisona jako rozwinięcie mikrofonu kwasowego, w którym kwas zastąpiono granulkami węgla, zmieniającymi swą rezystancję pod wpływem ciśnienia wywieranego przez membranę na granulat. Stosowano je przeważnie w telefonach.
Zakres przetwarzania jest wąski, węższy niż widmo mowy ludzkiej, a zniekształcenia w porównaniu do innych typów mikrofonów są duże. Jednak konstrukcja mikrofonów jest prosta, więc są one prawie bezawaryjne, posiadają one także dużą skuteczność oraz są trwałe i tanie.
Przepływ prądu moduluje się poprzez zmianę rezystancji elektrycznej spowodowanej poruszaniem się części mechanicznych mikrofonu. Mikrofony są podłużne, w których komorę tworzy płaska nieruchoma elektroda węglowa, odizolowana od ścianki pudełka, pierścień filcowy oraz membrana węglowa oparta na krawędzi pudełka i dociśnięta do niego przykrywka z otworami. Pierścień filcowy tłumi drgania własne membrany. Prąd elektryczny doprowadzany jest do wkładki za pośrednictwem sprężyn stykowych w mikrofonie i płynie przez pudełko, membranę i proszek do elektrody nieruchomej. Zmiany rezystancji wkładki są proporcjonalne do zmiany zgniotu proszku, czyli do wychylania się membrany.
Mikrofon piezoelektryczny Pod względem elektrycznym mikrofony piezoelektryczne są kondensatorami. Przetwarzają one sygnał akustyczny w sygnał napięciowy. Są wrażliwe na wilgoć i zmiany temperatury, gdyż zbyt wysoka temperatura powoduje trwałe zmiany w ich działaniu. Wykazują one także dużą impedancję wewnętrzną o charakterze pojemnościowym, co utrudnia łączenie ich długimi przewodami. Szeroko natomiast stosowane są jako mikrofony, a ściślej – przetworniki, w instrumentach akustycznych. Szczególnie wiernie odtwarzają wysokie tony i są także stosowane jako czujniki ultradźwięków.
Mikrofon dynamiczny (magnetoelektryczny) thumb|100px|Mikrofon dynamiczny marki Sennheiser
Drgania powietrza wytwarzane przez fale dźwiękowe poruszają cienką elastyczną membranę i połączoną z nią cewkę umieszczoną w silnym polu magnetycznym wytwarzanym przez magnes. W wyniku tego generowane jest napięcie na zaciskach cewki – siła elektrodynamiczna, czyli drgania umieszczonej pomiędzy biegunami magnesu cewki, wzbudzają w niej prąd elektryczny o częstotliwości odpowiadającej częstości drgań fal dźwiękowych.
Podstawową zaletą tej konstrukcji jest prostota i brak konieczności zewnętrznego zasilania. Aby uzyskać wyższe napięcie na wyjściu mikrofonu, należy zastosować cewkę o większej ilości zwojów, która z kolei jest cięższa i ma większą rezystancję, a zatem i większą bezwładność i szumy termiczne, co w konsekwencji utrudni mikrofonowi przetwarzanie wyższych częstotliwości i szybkich impulsów.
Przykładem mikrofonu magnetoelektrycznego jest monofoniczny MDU VII, produkowany w latach 60. i 70. przez firmę Tonsil.
W. C. Wenete oraz A. C. Thuras z firmy Bell Labs opatentowali w 1931 roku mikrofon dynamiczny. Wewnątrz mikrofonu magnetoelektrycznego, pomiędzy biegunami magnesu stałego, znajduje się cewka przymocowana do membrany. W mikrofonach cewkowych fale dźwiękowe, wprawiając membranę w drgania, powodują poruszanie się cewki w polu magnesu i indukują w niej prąd. W mikrofonach wstęgowych membrana jest jednocześnie przewodnikiem, w którym indukuje się prąd.
Mikrofon cewkowy – głównymi elementami cewkowych mikrofonów są nabiegunnik będący źródłem stałego pola magnetycznego oraz membrana uformowana do postaci kulistej czaszy (często specjalnie pofałdowanej, aby zwiększyć obszar podatności), do której z kolei przymocowana jest cewka nawinięta metodą bezszkieletową. Ruch membrany pod wpływem fali mechanicznej powoduje ruch cewki w polu magnetycznym nabiegunnika, co powoduje powstanie w obszarze cewki sił elektromotorycznych, które z kolei powodują przepływ prądu.
Mikrofony te cechuje dobra kierunkowość i skuteczność, uwydatnianie mniejszych częstotliwości akustycznych i rezystancja w granicach kilkuset Ω.
Mikrofon wstęgowy – odbiornik energii akustycznej stanowi tutaj cienka wstęga aluminiowa, zawieszona między nabiegunnikami magnesu. Tylko jedna strona wstęgi jest otwarta i wystawiona na działanie fal akustycznych. Druga strona jest osłonięta szczelną obudową, zakończoną długą rurką, zwinięta spiralnie w pudle stanowiącym podstawę mikrofonu. Wstęga mikrofonu wykonana jest z paska blachy aluminiowej, pofałdowanego na całej długości, w celu nadania większej giętkości w kierunku ruchu i sztywnienia w kierunku poprzecznym dla zabezpieczenia przed skręcaniem. Ze względu na dużą wrażliwość wstęga jest podatna na wszelkie ruchy powietrza i przy silniejszym podmuchu może ulec trwałemu odkształceniu, a nawet zerwaniu. Dla ochrony przed tym mikrofony osłania się drucianą siatką.
Mikrofon pojemnościowy (elektrostatyczny) thumb|300px|Mikrofony pojemnościowe do zastosowań transmisyjnych marki Audio Technica
Mikrofon pojemnościowy składa się z dwóch elektrod podłączonych do źródła napięcia stałego. Jedna z elektrod jest nieruchoma, natomiast drugą stanowi membrana wystawiona na działanie fal dźwiękowych, które wprawiają ją w drgania. Elektrody mikrofonu pełnią rolę okładek kondensatora, więc zmiana odległości pomiędzy elektrodami powoduje zmianę pojemności takiego kondensatora, co z kolei powoduje powstanie składowej zmiennej w stałym napięciu zasilającym kondensator. Jej częstotliwość jest równa częstotliwości padającej fali dźwiękowej. Aby uzyskać duży sygnał wyjściowy, membrana mikrofonu musi być na dość wysokim potencjale względem elektrody nieruchomej. Zwykle jest to napięcie 48V, doprowadzone z zewnątrz ekranowanym kablem zasilającym, który jest jednocześnie kablem sygnałowym (tzw. zasilanie Phantom).
Charakterystyczną cechą mikrofonów pojemnościowych jest mała masa (a więc i bezwładność) układu drgającego, w formie membrany wykonanej z cienkiej folii. Pozwala to na skonstruowanie mikrofonów wiernie przetwarzających przebiegi impulsowe i przenoszących równomiernie szerokie pasmo częstotliwościAleksander Witort. Mikrofony (1). „Radioelektronik”. 118, s. 2–5, marzec 1989..
Wykorzystuje się je głównie w celach profesjonalnych.
Mikrofon pojemnościowy elektretowy
Mikrofon elektretowy jest odmianą mikrofonu pojemnościowego, którego membrana albo nieruchoma okładzina wykonana jest z elektretu – dielektryka o trwałej polaryzacji elektrycznej, przez co zbędne jest zasilanie phantom, choć czasem jest używane, ale nie służy wówczas do polaryzacji dielektryka, lecz do zasilania wbudowanego przedwzmacniaczaKrzysztof Sztekmiler, Podstawy nagłośnienia i realizacji dźwięku, s. 29–31, WKŁ..
Mikrofon pojemnościowy wielkiej częstotliwości (w.cz.) Tego typu mikrofony zawierają generator wysokiej częstotliwości oraz układ symetrycznego modulatora i demodulatora. Zmiana pojemności między elektrodami mikrofonu powoduje modulowanie amplitudy przebiegów w.cz., z których po demodulacji otrzymuje się przebieg małej częstotliwości (m.cz.), odpowiadający zmianom ciśnienia akustycznego na membranie. Dzięki zastosowaniu symetrycznych układów mostkowych i wysokiej częstotliwości prądu modulowanego mikrofony te mają dobre parametry i niskie szumy własne.
Mikrofon laserowy Wiązka lasera, odbijając się od drgającej powierzchni, pada na element światłoczuły odbiornika. Wartość sygnału jest zależna od miejsca padania wiązki odbitej na elemencie światłoczułym. Dzięki wysokiej spójności wiązki lasera membrana może znajdować się w znacznej odległości od nadajnika i odbiornika wiązki laserowej. Drgającą powierzchnią może być na przykład szyba w oknie – stąd możliwe są zastosowania tego typu mikrofonu przez służby specjalne.
Mikrofon światłowodowy Wiązka światła przesyłana przez pierwszy światłowód po odbiciu od środka membrany pada na początek drugiego światłowodu.
Drgania membrany powodują zmiany natężenia światła, które następnie zostają zamienione na sygnał elektryczny.
Ze względu na małą masę membrany, która może być wykonana z cienkiej folii metalowej, charakterystyka częstotliwościowa takiego przetwornika jest podobna jak mikrofonu pojemnościowego.
System bezprzewodowy mikrofonów różnego typu Zasadnicza różnica w konstrukcji mikrofonu bezprzewodowego polega jedynie na innym sposobie przesyłania sygnału. W miejsce przewodu zastosowano nadajnik wbudowany w obudowę lub osobną przymocowaną do wykonawcy lub instrumentu oraz odbiornik znajdujący się w pobliżu stołu mikserskiego. Najczęściej stosowanymi nadajnikami pracującymi w systemie modulacji częstotliwościowej FM w pasmach UHF (470–950 MHz) lub VHF (170–240 MHz). Ten sam kanał, na którym pracuje mikrofon, należy wybrać w odbiorniku.
Mikrofony bezprzewodowe umożliwiają swobodne poruszanie się, likwidują plątaninę kabli, pozwalają na szybką instalację nagłośnienia, zapewniają wyższy poziom bezpieczeństwa dzięki izolacji galwanicznej. Urządzenia te są drogie, należy wymieniać baterie, istnieje także możliwość występowania zaników sygnału spowodowanych odbiciami od ścian pomieszczenia. Zdarzają się także sytuacje, że odbiornik odbiera sygnały postronne pochodzące z innych nadajników.
Jakość dźwięku zależy głównie od przetworników mikrofonowych użytych w zestawie. Często producenci dają nam możliwość wyboru główki, która będzie zainstalowana, a w jej nazwie zawarty jest symbol jej przewodowego odpowiednika. Transmisja radiowa wprowadza również pewną degradację sygnału.
Struktury akustyczne Pod względem struktury akustycznej mikrofony można podzielić na:
ciśnieniowe – mają jedną stronę membrany osłoniętą szczelną komorą, dlatego czułe są tylko na zmiany ciśnienia akustycznego bez względu na kierunek, z którego napływa fala akustyczna gradientowe – membrana jest otwarta z obu stron, więc są one w zasadzie czułe na dźwięki napływające z kierunków prostopadłych do membrany; są natomiast zupełnie nieczułe na fale dźwiękowe napływające z kierunków leżących w płaszczyźnie membrany ciśnieniowo-gradientowe – zmiany ciśnienia akustycznego przedostają się do drugiej strony membrany przez odpowiednie kanały oraz otwory. Mikrofony takie wykazują właściwości kierunkowe – są najbardziej czułe na fale dźwiękowe padające prostopadle na membranę od przodu mikrofonu. ciśnieniowo-gradientowo-interferencyjne – mają długi kanał z bocznymi otworami (w kształcie rury przed membraną mikrofonu) tak skonstruowany, że następuje uprzywilejowanie fal dźwiękowych napływających wzdłuż osi głównej mikrofonu. Rozwiązania tego typu stosuje się w mikrofonach studyjnych, reporterskich i kamkorderowych.
Parametry mikrofonów thumb|300px|Charakterystyki częstotliwościowe mikrofonów wokalowych: pojemnościowego Oktava 319 (u góry) i dynamicznego Shure SM58 (na dole)
Każdy mikrofon ma pewne cechy, od których jest uzależniona techniczna i artystyczna strona nagrania. Są to przede wszystkim: