thumb|Diverse microfoons miniatuur|Microfoon op scharnierend onderstel (collectie Industriemuseum Gent) thumb|Een tafelmicrofoon
Een microfoon, afgeleid van de Oudgriekse woorden , mikrós, klein en , phōnḗ, geluid of stem, is een elektromechanisch instrument dat geluid omzet in een elektrisch signaal. Dit kan vervolgens worden versterkt voor weergave tijdens optredens of voor radio-uitzendingen of om geluidsopnames te maken.
Inleiding 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 met de geluidsgolf meetrilt. De trilling van het membraan wordt vervolgens omgezet in variaties in de elektrische spanning, 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. Het signaal wordt daarom meestal eerst aan een voorversterker doorgegeven, voordat het verder wordt verwerkt.
thumb|Rode NT2A met een popschild thumb|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. Deze geluidsdruk wordt met het Engelse Sound Pressure Level SPL aangegeven, bijvoorbeeld 'max SPL = 135 dB' of '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 .
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 van polyetherschuim. Het kan ook buiten worden gebruikt, bij wind. Men gebruikt in een studio ook wel een schermpje tussen de microfoon en de spreker. Dit plopfilter kan van verschillende materialen gemaakt zijn. Zowel twee dunne stoflagen achter elkaar of een metalen filter.
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.
Bij communicatieverbindingen wordt soms de microfoon uitgezet op het moment dat de ander iets zegt. De verbinding is dan een half-duplexverbinding geworden.
Elementaire microfoonsoorten
Een drukmicrofoonEngels: pressure microphone registreert de geluidsdruk en is daarmee gevoelig voor geluid uit alle richtingen. De microfoon is alleen aan de voorkant open. Een drukgradiëntmicrofoonEngels: pressure gradient microphone registreert het verschil in druk tussen voor- en achterkant en is daarmee richtingsgevoelig. Een zuivere drukgradiëntmicrofoon is ongevoelig voor geluid van opzij. De meest gebruikte soort is de druk-drukgradiëntmicrofoon, waarbij de verhouding zo gekozen is dat hij ongevoelig is aan de achterkant. De richtingskarakteristieken worden gebruikelijk aangeduid met de namen: omnidirectioneel afgekort omni, gevoelig voor geluid van alle kanten, alias kogel vanwege de vorm van de richtingskarakteristiek. bidirectioneel, gevoelig voor geluid van voor en achter, maar niet van opzij; alias figuur-8. unidirectioneel, ongevoelig voor geluid van achter; alias nier of cardioïde. En de tussenvormen halfnier, brede nier, of brede cardioïde, ongevoeliger van achter maar niet helemaal ongevoelig. supernier of supercardioïde, ongevoelig voor geluid schuin van achter, een beetje gevoelig van achter. hypernier of hypercardioïde, ongevoelig voor geluid schuin van achter/opzij; een beetje meer gevoelig van achter. Voorts zijn er nog de richtmicrofoons korte richtmicrofoon, openingshoek 120 graden, niet gevoelig van achter of opzij. lange richtmicrofoon, openingshoek 90 graden, niet gevoelig van achter of opzij. paraboolmicrofoon, uiterste frontale gevoeligheid, openingshoek minimaal
Omnidirectionele microfoon thumb|De polaire respons van een richtingsongevoelige of omnidirectionele microfoon. De gevoeligheid is voor iedere richting gelijk.
De respons van een omnidirectionele microfoon, drukgevoelige of richtingsongevoelige microfoon behoort een perfecte bol in drie dimensies te zijn. Dit is in werkelijkheid niet het geval. Zoals met de directionele microfoons, is de gevoeligheid voor een omnidirectionele microfoon een functie van de frequentie. De microfoon is niet oneindig klein en daardoor zit deze zichzelf in de weg voor geluiden die vanaf de achterzijde komen. Dientengevolge ontstaat een geringe afplatting van het richtingspatroon of polaire respons. Deze afplatting is groter naarmate de diameter van de microfoon de golflengte van de geluidsfrequentie benadert. Daarom heeft de microfoon met een kleinere diameter een beter omnidirectioneel effect bij hoge frequenties.
Omnidirectionele microfoons hebben, in tegenstelling tot unidirectionele of niermicrofoons, geen resonerende holtes en kunnen dus worden beschouwd als de zuiverste microfoons in termen van minimale kleuring van het geluid. Omdat ze alleen drukgevoelig zijn kunnen ze ook een vlakke laagfrequente respons vertonen. Drukgevoelige microfoons reageren ook veel minder op windlawaai en ploffen dan richtingsgevoelige microfoons.
Bidirectionele microfoon thumb|De polaire respons van een figuur-8 of bidirectionele microfoon. De gevoeligheid is voor twee tegenover elkaar liggende richtingen 0° en 180° optimaal, haaks daarop is de microfoon ongevoelig.
Een bidirectionele microfoon, figuur-8 microfoon of drukgradiëntmicrofoon ontvangt geluid gelijkelijk van alleen de voor- en achterkant van het opneemelement. Bandmicrofoons hebben dit patroon. In principe reageren zij niet op de geluidsdruk, maar op het geluidsdrukverschil tussen de voor- en achterkant; dit heeft ook tot gevolg dat de polariteit van het afgegeven signaal omkeert als geluid vanaf de achterkant de microfoon bereikt. Omdat geluid afkomstig van de zijkant de voor- en achterkant van de microfoon gelijkelijk benaderen is er geen geluidsdrukverschil en dus geen gevoeligheid voor geluid vanuit die richting. Een bidirectionele microfoon is dus een richtingmicrofoon.
Meer in wiskundige termen, terwijl omnidirectionele microfoons scalaire geluidsomzetters zijn die gelijkelijk reageren op druk vanuit elke richting, zijn bidirectionele microfoons vector geluidsomzetters die reageren op de drukgradiënt van het geluid langs een as, loodrecht op het vlak van het membraan.
Unidirectionele microfoon thumb|De polaire respons van een microfoon met een nierkarakteristiek. De gevoeligheid is voor geluiden aan de voorkant (0°) optimaal, voor geluiden van de achterkant (180°) is de microfoon ongevoelig.
Een unidirectionele microfoon is gevoeliger voor geluiden uit één richting. Nier, supernier en hypernier De algemene unidirectionele microfoon is een microfoon met een nier- of cardioïdekarakteristiek, zo genoemd omdat het gevoeligheidspatroon nier- of hartvormig is. De cardioïde familie van microfoons wordt vaak gebruikt als zang- of spraakmicrofoons, omdat de microfoons ongevoeliger zijn voor geluiden uit andere richtingen dan de spraakrichting. In drie dimensies is de niervorm eerder een appelvorm rond de microfoon die dan zelf de steel van de appel is.
Een niermicrofoon is in feite een 1:1 superpositie van een omnidirectionele en een figuur-8 microfoon. Voor geluidsgolven vanaf de achterkant neutraliseert het negatieve signaal van de figuur-8 het positieve signaal van het omnidirectionele element, terwijl voor geluidsgolven van voren, de twee signalen elkaar versterken.
Een hypernierkarakteristiek is vergelijkbaar met een nierkarakteristiek, maar met een sterkere bijdrage van de figuur-8 eigenschap wat tot een smaller gebied van frontale gevoeligheid leidt met een kleine lob gevoeligheid aan de achterkant. Een super-nier is vergelijkbaar met een hypernier, behalve dan dat de gevoeligheid vooruit iets groter en de achtergevoeligheid iets minder is. Dit wordt bereikt door een iets kleinere bijdrage van figuur-8 microfoon. Hoewel elk willekeurig patroon tussen omni en figuur-8 mogelijk is door aanpassing van de mix, zeggen gangbare definities dat een hypernier eigenschap gerealiseerd wordt door de twee signalen omni en figuur-8 te combineren in een 3:1 verhouding, met een ongevoelig gebied op 109,5°, terwijl een supernier gerealiseerd wordt met een 5:3 verhouding, met een ongevoelig gebied op 126,9°.
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 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. De vloeistofmicrofoon is onder andere door Alexander Graham Bell 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. Boven op 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.