Mikrofon

Mikrofon, konstruktion som konverterar ljud till elektriska signaler. Mikrofoner används i flera apparater, såsom telefon, bandspelare samt i radio- och televisionssändningar. Mikrofoner indelas huvudsakligen i två kategorier: dynamisk mikrofon och kondensatormikrofon. Båda genererar signaler från luftvibrationer. Kondensatormikrofonen behöver att elektrisk ström tillförs för att den ska kunna förstärka signalen.

Tillgång till mikrofonen var nödvändig för att telefonin skulle kunna införas. Emile Berliner uppfann den allra första mikrofonen den 4 mars 1877, men den första användbara mikrofonen uppfanns av Alexander Graham Bell. Flertalet av konstruktionerna utvecklades av Bell Laboratories.

Mikrofontyper

En kondensatormikrofon består av två elektriskt ledande kondensatorplattor - den ena fast, den andra rörlig – över vilka ett elektriskt fält byggs upp med hjälp av yttre spänningsmatning. När den rörliga plattan (membranet) vibrerar i takt med ljudvågen ändras avståndet mellan plattorna och därmed kapacitansen i kondensatorn. Kapacitansändringarna kan sedan omvandlas till en elektrisk signal. Eftersom membranet kan göras extremt tunt och lätt blir följsamheten mycket god och signalen därför av mycket hög kvalitet. Kondensatormikrofonen är dyr, ömtålig och används främst i inspelningssammanhang och i mätteknik.

I en dynamisk mikrofon (moving coil) omvandlas ljudvågorna till elektriska signaler genom att ett membran med en elektrisk spole rör sig i ett fast magnetfält. Mikrofonen blir därför robust och tål höga ljudtryck, men på grund av högre vikt i det rörliga systemet (membran och spole) klarar den snabba förlopp (transienter) och höga frekvenser sämre än kondensatormikrofonen. En dynamisk mikrofon är tålig och pålitlig och används främst i PA-system och i kommunikationsanläggningar.

En bandmikrofon fungerar som en kondensatormikrofon, men med skillnaden att membranet (i form av ett band) rör sig i ett magnetfält istället för ett elektriskt fält. Den inducerade spänningen i membranet är trots starka magneter ytterst svag och mikrofonen har normalt inbyggd förstärkare för att kunna leverera en användbar signal. Den är mycket stötkänslig, väger mycket på grund av sin stora magnet, är vindkänslig i upptagningen men har goda transientegenskaper samtidigt som den klarar höga ljudtryck. Den används främst för musikinspelning.

En elektretmikrofon är till principen en förenklad kondensatormikrofon där den yttre spänningsmatningen ersätts av material med permanent elektrisk laddning – s.k. elektreter. Mikrofontypen utvecklades av Bell Laboratories 1962 och blir allt vanligare, framför allt i applikationer där lågt pris och små yttermått är önskvärda. Ofta kombineras mikrofonkapseln med en förstärkarkrets för att öka signalstyrkan och anpassa impedansen.

Kristallmikrofonen var förr vanlig i enklare sammanhang. Den byggde på att membranet var mekaniskt kopplat till en piezoelektrisk kristall - d.v.s. en kristall som avger en elektrisk spänning när den utsätts för tryck. Kristallmikrofoner var billiga och enkla med tämligen blygsam ljudkvalitet.

Kolpulvermikrofonen var den första mikrofontyp som fick praktisk användning – till exempel i de första telefonsystemen. Den består av kolpulver i en sluten kapsel och ett från kapseln isolerat membran. Resistansen genom kolpulvret varierar med trycket när membranet rör sig och en spänning mellan kapseln och membranet kommer därför att ändras i takt med ljudvågen. Kvaliteten är låg med begränsat frekvensomfång och mycket brus, och kolpulvermikrofonen är sedan många decennier förpassad till historien.

Riktningsupptagningar - karaktäristik

Mikrofoner har olika riktningar; karaktäristik, vilket säger hur känslig mikrofonen är på att ta upp ljud från olika riktningar. Riktningstyperna har oftast flera namn för samma typ av riktning.

Njure, Kardioid eller Riktad mikrofon, är en mikrofon som tar upp ljud framifrån. Den vanligaste typen av riktning bland mikrofoner. I livebruk är dessa vanliga av det skälet att det minst lätt blir rundgång.
Rundtagande, Omni (Omnidirectional) eller Kula, tar upp ljud i alla riktningar, 360 grader.
Åttakopplad upptagning eller bara Åtta, tar upp ljud bakifrån och framifrån. Karaktäristiken ritad på bild ser ut som en åtta, därav namnet. Riktningen kan användas om man spelar in något som både står framför och bakom mikrofonen, eller bara för att ta upp rummet bakom mikrofonen, men inte på sidorna.
Superkardioid eller Superriktad mikrofon är en typ av riktad mikrofon men med kraftigare riktning. Mikrofonerna är ofta mycket smala och långa med hålrum på sidorna. Hålrummen som finns runt mikrofonen används för att fasförskjuta ut ljud som kommer från sidorna (och bakifrån). Dessa hål kan även hittas på vanliga riktade mikrofoner. Superriktade mikrofoner används vanligen i film, då mikrofonerna måste befinna sig på ett längre avstånd. Kallas shotgunmikrofoner av sitt långa utseende.

För ännu högre riktning finns paraboliska mikrofoner, där det till ännu högre grad krävs att man siktar på objektet som ska upptas. Används till exempel vid TV-upptagningar i fotboll, där man hör spelarna sparka på bollen. Den paraboliska mikrofonens nackdel är att den ger en bumlig bas.

Stereotekniker

När mikrofoner tar upp ljud i stereo krävs två mikrofoner, alternativt två membran i en mikrofon (s.k. stereomikrofon). Då något spelas in i stereo används olika tekniker som ger olika resultat och stereodjup. Eftersom det är två ljud som spelas in, så är tidsförskjutningen mellan dessa två signaler viktig, den s.k. fasen. Fasen används i våra egna öron för att uppfatta vilket håll ljud kommer ifrån, men extrema fasfel i inspelningssammanhang kan ge ett kvalitetsmässigt dåligt ljud. Ofta ser man även på monokompabiliteten, d.v.s. hur ljudet låter efter att man slagit ihop de två kanalerna till en (mono).

A-B-stereo, är en stereoteknik där två rundtagande mikrofoner ställs på ett stort avstånd mellan varandra, över en halvmeter men kan uppgå mot flera meter. Stereotekniken ger en mycket bred stereo. Nackdelen är att monokompabiliteten inte är speciellt bra, då fasen mellan de två signalerna är mycket stor på grund av sitt stora avstånd. Vid mono uppstår den s.k. kamfiltereffekten, där ljudet på flera ställen i frekvensspektrat fasförskjuts ut.
Öronavståndsstereo är som A-B-stereon, men på ett mindre avstånd. Ofta är det samma avstånd som öronen ligger i förhållande mot varandra, men det kan vara bredare. Stereodjupet blir likt våra egna örons och samtidigt har det en godtaglig monokompabilitet.
Vid X/Y-stereo står två mikrofoner så nära varandra men med 90 graders vinkel mot varandra, 45 grader mot mitten. Stereotekniken ger en mycket låg eller ingen fas alls mellan signalerna. Istället blir det ett mindre stereodjup än A-B och öronavståndsstereo.
MS-Stereo är en variant där ljudet delas upp i en MID-kanal (M) och en Stereo-kanal (S). När ljudet används mixas stereokanalen in med monosignalen, där fördelen är att det går att styra det stereodjup som önskas. MID-mikrofonen, som kan vara rundtagande eller riktad, står rakt fram medan den andra, S-mikrofonen är en åttakoppladmikrofon som står 90-grader mot MID-mikrofonen. Tekniken har bra monokompablitet, bra stereodjup och i princip lika låg fas som X/Y-stereo. Den är dock aningen svår att hantera.
Panorerade mikrofoner. Flera mikrofoner som sprids ut på ensemblen, och panoreras ut i ljudbilden på mixerbordet.
Blumlein-stereo är två mikrofoner (kardioid eller åtta) som står 90 grader i förhållande mot varandra. Liknar MS-stereo, men där karaktäristiken på bild liknar en blomma, istället för att ta upp hela rummet.
Konsthuvudstereo (se Charlin) är ett konstgjort huvud med mikrofoner som ska påminna om våra egna örons upptagningsförmåga. Stereon ger i hörlurar en mycket verklig och trovärdig stereo.