Mikrophon

Mikrophon, Gerät zur Umwandlung von Schallwellen in entsprechende elektrische Signale (Wechselspannungen), das vor allem bei der Tonaufzeichnung und -wiedergabe verwendet wird. Mikrophone sind ein grundlegender Bestandteil vieler Kommunikationssysteme, dienen aber auch zur Schall- und Lärmmessung in der Lärmforschung. Der Erfinder Alexander Graham Bell baute 1876 das erste Mikrophon. Bell benötigte es für seine Erfindung, den Telefonapparat.

Generell handelt es sich bei einem Mikrophon um ein Gerät, das Schallwellen empfängt; in der Elektrotechnik spricht man auch von einem elektroakustischen Wandler. Der Empfang und die Umwandlung der Schallwellen in elektrische Signale erfolgen bei den zahlreichen und unterschiedlichen Bauarten, die es derzeit auf dem Markt gibt, nach technisch und physikalisch völlig verschiedenen Vorgängen.

Das am einfachsten aufgebaute Mikrophon ist das Kohlemikrophon, das beispielsweise in älteren Telefonapparaten als Sprechkapsel verwendet wird. Es besteht aus einer mit Kohlekörnern gefüllten Metallschale, deren Öffnung mit einer beweglichen, in Kontakt zu den Körnern befestigten Metallmembran überzogen ist. An die Schale und die Membran angebrachte Drähte werden so an einen Gleichstromkreis angeschlossen, dass mit einfachen Worten ausgedrückt ein Strom durch die Kohlekörner fließt. Beim Sprechen bringen die Schallwellen die Membran zum Schwingen, wodurch sich der Druck zwischen den Kohlekörnern verändert. Dadurch ändert sich auch der elektrische Widerstand der Kohlekörner (technisch: Übergangswiderstand) und führt somit im Rhythmus des Schalldruckes zu Änderungen im Stromfluss. Elektrotechnisch gesehen überlagert der dabei entstehende Wechselstrom den Ruhegleichstrom – zum Betrieb benötigt das Kohlemikrophon Gleichstrom.

Ein anderer heutzutage gängiger Typ ist das Kristall- oder Keramikmikrophon. Diese Bauart arbeitet mit so genannten piezoelektrischen Materialien (auch Piezokeramik). In diesen speziellen Keramiken (z. B. Bariumtitanat, Blei-Zirkoniumtitanat) baut sich bei Druckeinwirkung auf die Materialoberfläche eine elektrische Spannung auf. Das Phänomen, das sich dahinter verbirgt, nennt man auch piezoelektrischer Effekt. In einem Keramikmikrophon bringen Schallwellen eine Membran zum Schwingen, die ihrerseits den Schalldruck auf das piezoelektrische Material überträgt. Dadurch entsteht ein im Rhythmus der Schallwellen schwingender Wechselstrom, der anschließend elektronisch verstärkt wird.

Zu den so genannten dynamischen Mikrophonen zählen Bandmikrophone und Tauchspulmikrophone. Bei Bandmikrophonen wird ein dünnes Metallband an der Membran befestigt und in ein Magnetfeld gesetzt. Wenn Schallwellen auf die Membran treffen und das Band in Schwingung versetzen, entsteht durch elektromagnetische Induktion eine schwache Wechselspannung im Band. Das Tauchspulmikrophon arbeitet im Wesentlichen nach einem ähnlichen Prinzip. Allerdings ist anstelle des Bandes eine sehr feine Spule an der Membran befestigt. Die Spule taucht dabei in das Feld eines Permanentmagneten. Auch hier entsteht durch Induktion eine Wechselspannung, die praktisch ein Abbild der auf die Membran treffenden Schallwellen darstellt.

Ein weiterer Typ ist das Kondensatormikrophon. Es enthält zwei dünne, nahe beieinanderliegende metallartige Platten, die als Kondensator dienen. Die Rückplatte des Kondensators ist fest, die Vorderplatte bildet die Membran. Die Schallwellen verändern den Zwischenraum zwischen den Platten und somit die elektrische Kapazität zwischen ihnen. Wird ein solches Mikrophon in einen passenden Stromkreis eingebunden, können diese Veränderungen verstärkt werden. Kondensatormikrophone können sehr klein sein. Ein gängiger Vertreter dieses Typs, das Elektret-Kondensatormikrophon, wird in Hörapparaten eingesetzt.

Zu den wichtigen Qualitätsmerkmalen von Mikrophonen zählen Frequenzverhalten, Bündelung, Empfindlichkeit sowie Stoß- und Erschütterungsfestigkeit.