Wie funktionieren Mikrofone?
Von Nachrichten über YouTube bis hin zur Musikproduktion nutzen wir Mikrofone für viele Zwecke. Diese Geräte haben unsere Stimmen seit über einem Jahrhundert erobert und sind heute ein wesentlicher Bestandteil mehrerer Branchen.
Wir haben der Technologie, die Mikrofone antreibt, viel zu verdanken, aber die meisten Leute wissen nichts darüber. Hier sind verschiedene Arten von Mikrofonen und wie sie funktionieren.
Die ersten Mikrofone
Die Geschichte der Mikrofone reicht bis in die späten 1870er Jahre zurück. Der schottisch-amerikanische Erfinder Alexander Graham Bell erfand 1876 einen Schallsender für sein Telefon. Im selben Jahr erfand er den Flüssigkeitssender (oder Wassermikrofon). Dieses Gerät wurde während der Philadelphia Centennial Exposition präsentiert und inspirierte den deutsch-amerikanischen Erfinder Emile Berliner.
Ein Jahr später hat sich Berliner mit Thomas Edison zusammengetan, um das erste echte Mikrofon zu entwickeln. Es wurde "Kohlenstoffmikrofon" genannt und verwendet winzige Kohlekörnchen, um Druckwellen zwischen zwei Metallplatten zu übertragen. Zur gleichen Zeit erfand ein britischer Erfinder namens David Edward Hughes seine eigene Version derselben Technologie. Diese Geräte bereiten die Bühne für andere zu entwickelnde Mikrofontypen.
Verschiedene Mikrofontypen und ihre Funktionsweise
Heutzutage gibt es ungefähr eine Million verschiedene Arten von Mikrofonen, aber sie folgen ähnlichen Grundprinzipien für die Tonaufnahme. Einige der beliebtesten Mikrofontypen sind dynamische Mikrofone, Bändchenmikrofone und Kompressionsmikrofone. Diese werden zusammen mit Kohlemikrofonen in diesem Artikel erläutert.
Carbon-Mikrofone
Carbonmikrofone nehmen als erste formgetreue Mikrofone einen besonderen Platz in der Geschichte ein. Sie wurden im 20. Jahrhundert stark genutzt, sind aber heute meist auf eine bestimmte Nische beschränkt. Sie werden aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit auch heute noch in einigen militärischen Anwendungen eingesetzt.
Carbonmikrofone haben die Form eines Hockeypucks und werden normalerweise an Metallspulen aufgehängt. Es gibt ein Metallgehäuse mit ausgeschnittenen Löchern, das das Innere schützt und gleichzeitig den Ton durchlässt. Zwischen zwei Metallplatten liegt eine Schicht aus Kohlenstoffgranulat. Durch das Granulat wird ein elektrischer Strom geschickt, wobei die Metallplatten als Elektrode wirken.
Kohlenstoff wird verwendet, weil es ein Widerstand ist, was bedeutet, dass er Strom leiten kann, aber nicht sehr gut. Die erste Platte, die Membran, ist extrem dünn und bewegt sich mit den Schallwellen hin und her. Wenn sich die Membran nach innen bewegt, komprimiert sie das Kohlenstoffgranulat und lässt mehr Strom durch.
Wenn sich die Membran nach außen bewegt, dekomprimiert sie das Kohlegranulat und lässt weniger Strom durch. Diese Stromvariation entspricht der Tonhöhe und Lautstärke des Tons, der durch das Mikrofon geht.
Kondensatormikrofone
Viele der besten Shotgun-Mikrofone verwenden Kondensatortechnologie. Kondensatormikrofone sind Karbonmikrofonen sehr ähnlich; sie verwenden auch zwei geladene Platten, die durch einen kurzen Abstand voneinander getrennt sind. Statt Kohlegranulat befindet sich jedoch nur Luft zwischen den Platten. Wenn sich die erste Platte (die Membran) bewegt, ändert sie den Abstand zwischen den Platten. Diese Bewegung erzeugt Variationen in den Eigenschaften der Ladung. Diese Ladungsschwankungen werden dann vom Aufzeichnungsgerät aufgenommen.
Dynamische Mikrofone
Für Podcasts werden dynamische Mikrofone bevorzugt . Sie unterscheiden sich stark von Kohle- und Kondensatormikrofonen. Anstelle einer Metallmembran haben dynamische Mikrofone typischerweise eine Mylarmembran. Es ist mit einer kleinen Kupferspule verbunden, die sich um einen zylindrischen Magneten wickelt. Dynamische Mikrofone funktionieren wie Kopfhörerlautsprecher, nur umgekehrt.
Wenn Schallwellen auf die Membran treffen, bewegt sie sich zusammen mit der Spule hin und her. Wenn sich die Spule im Magnetfeld des Magneten bewegt, erzeugt sie einen elektrischen Strom. Dieser Strom fließt durch die Spule auf das Aufnahmegerät. Wie bei anderen Mikrofontypen variiert die Stromstärke je nach Tonhöhe und Lautstärke des Tons.
Bändchenmikrofone
Wie dynamische Mikrofone verwenden Bändchenmikrofone einen Magneten. Anstelle eines zylindrischen Magneten verwenden diese Mikrofone entweder einen "U"-förmigen Magneten oder zwei Magnetstäbe. Zwischen den Magnetpolen befindet sich ein dünnes gewelltes Metallband (normalerweise Aluminium). Dieses Bändchen sitzt vertikal im Mikrofon und ist an beiden Enden mit einem Draht verbunden.
Wenn Schallwellen auf das Band treffen, bewegen sie es. Wie bei dynamischen Mikrofonen interagiert das Bändchen mit dem Magnetfeld, wodurch ein Strom erzeugt wird. Der Strom wird auf dem Weg zum Aufnahmegerät von einem Transformator verstärkt. Wie bei den meisten Mikrofonen variiert die Stromstärke je nach Ton.
Sie sind anders, aber wirklich, sie sind gleich
Es gibt viele verschiedene Arten von Mikrofonen, und einige von ihnen werden von völlig unterschiedlichen Technologien angetrieben. Mikrofone erreichen jedoch das gleiche Ziel, unsere Stimme und Musik in elektrischen Strom umzuwandeln.
Ohne die Innovationen in der Mikrofontechnologie der letzten 125 Jahre ist es wirklich schwer zu sagen, ob die meisten Branchen heute überhaupt existieren würden.