Mikrofon jest urządzeniem zwanym przetwornikiem. Przetwarza on energię fal dźwiękowych na energię elektryczną. Jego celem jest przesyłanie informacji jaką niesie fala dźwiękowa za pomocą przewodników elektrycznych.
Pod wpływem ciśnienia fali akustycznej zostaje wprawiona w drgania elastyczna membrana. Tak dzieje się w przypadku mikrofonu. Natomiast w głośnikach drgania membrany wywołują zmiany strumienia magnetycznego. Membrana ma postać sprężystej płytki. Powoduje ona, że drgania mechaniczne zostają zamienione w akustyczne. Oczywiście możliwa jest także droga w drugą stronę czyli przetwarzanie drgań akustycznych w mechaniczne.
Razem z membraną zaczyna drgać również cewka, która jest do membrany przymocowana. Pod wpływem drgań cewki następuje indukowanie w niej prądu zmiennego, którego częstotliwość jest równa częstotliwości drgań akustycznych. Należy jeszcze dodać, że położenie cewki to obszar między dwoma biegunami magnesu.
Za wynalazcę mikrofonu uchodzi Alexander Graham Bell. Był to wynalazek dokonany niejako przypadkiem, bowiem pracował on nad aparatem telefonicznym. Dalsze prace polegały na udoskonalaniu urządzenia i w końcu w roku 1878 powstał pierwszy mikrofon węglowy. Miał on postać pudełka, w którym jedna z powierzchni była ruchoma i działała jak membrana. Pudełko wypełnione było sproszkowanym węglem, a jako źródło napięcia wykorzystano źródło prądu stałego. Na skutek wpływu ciśnienia fal akustycznych następował efekt ściskania i rozluźniania ośrodka węglowego, przez co zmieniała się oporność całego ośrodka.
W zależności od sposobu przetwarzania drgań membrany w sygnał elektryczny mikrofony można podzielić na :
* mikrofony węglowe
* mikrofony piezoelektryczne
* mikrofony magnetoelektryczne (dynamiczne)
* mikrofony pojemnościowe (elektrostatyczne)
Zasada działania pierwotnego mikrofonu węglowego została pokrótce przedstawiona już wcześniej. Oczywiście od tamtego czasu zostały one znacznie udoskonalone, jednak generalna zasada działania pozostaje bez zmian.
Skuteczność mikrofonu węglowego ulega zmianie w szerokich granicach. Dla częstotliwości drgań własnych membrany ta skuteczność znacznie wzrasta.
W mikrofonach piezoelektrycznych oprócz membran element składowy stanowią specjalne kryształy, które dzięki drganiom membrany powodują generowanie napięcia przemiennego.
Mikrofony magnetoelektryczne działają dzięki indukowaniu się siły elektromotorycznej pod wpływem względnego ruchu źródła pola magnetycznego i przewodu. Może więc dochodzić do tego zjawiska gdy przewód będzie się poruszał w stałym polu magnetycznym, lub gdy przewód będzie nieruchomy, a zmianie będzie podlegał strumień magnetyczny przechodzący przez ten przewód.
Jeśli wykorzystany jest pierwszy przypadek to takie mikrofony nazywa się cewkowymi i wstęgowymi. Natomiast druga grupa to mikrofony elektromagnetyczne.
W budowie mikrofonu cewkowego membrana ma kształt kulistej czaszy. Do takiej membrany przyłączona jest cewka w postaci nawiniętego drutu.
W mikrofonach wstęgowych natomiast jako odbiornik energii fal dźwiękowych wykorzystywana jest wstęga o niewielkiej grubości, wykonana z aluminium. Jest ona silnie pofałdowana. Działaniu fal dźwiękowych podlega tylko jedna strona wstęgi. Drugą stroną chroni specjalna obudowa. Ze względu na dużą wrażliwość takiej wstęgi na ruchy powietrza i podatność na uszkodzenie mikrofony takie są chronione za pomocą metalowych siatek.
Mikrofony charakteryzowane są przez następujące parametry:
* napięcie zasilające mikrofon
* moc wzmacniająca
* maksymalny osiągalny zasięg mikrofonu
* długość przewodu mikrofonu - dla mikrofonów przewodowych
* pobór prądu podsłuchu
Dla mikrofonów bezprzewodowych dochodzi jeszcze jeden parametr związany z żywotnością baterii zasilającej.
Ze względu na zakres częstotliwości akustycznych przetwarzanych przez te urządzenia można je podzielić na :
* odbiorniki akustyczne, sektory wykorzystujące te mikrofony to : radiofonia, ambiofonia, telefonia czy miernictwo elektroakustyczne.
* odbiorniki ultradźwiękowe, Główne techniki korzystające z tego typu mikrofonów : hydrolokacja, defektoskopia ultradźwiękowa i miernictwo ultradźwiękowe.
Przez skuteczność danego typu mikrofonu rozumie się stosunek sygnału napięciowego generowanego przez mikrofon do ciśnienia padającej na membranę fali akustycznej.
Skuteczność mikrofonu uzależniona jest od tego pod jakim kątem na membranę pada fala dźwiękowa. Badanie tej zależności pozwala na wyznaczenie tzw. charakterystyki kierunkowej mikrofonu.
Na skuteczność mikrofonu ma także wpływ tzw. oporność wejściowa mikrofonu.
Ponieważ sygnał generowany prze mikrofony jest bardzo słaby dlatego muszą być stosowane techniki wzmacniania. Stąd pojawia się element zwany wzmacniaczem. Powoduje on wzrost amplitudy sygnału fali elektromagnetycznej przy zachowaniu stałego jej kształtu. Dzięki temu sygnał zostaje wzmocniony , ale nie zniekształcony.
Ważnym wykorzystaniem mikrofonów jest tzw. hydrolokacja. Wykorzystywany mikrofon nosi nazwę hydrolokatora. Dzięki niemu można lokalizować i określać szczegółowe położenie obiektów znajdujących się po powierzchnią wody. Ma to szczególne znaczenie w marynarce wojennej, gdy zachodzi potrzeba namierzenia np. okrętów podwodnych. W zależności od działania hydrolokatory nazywa się pasywnymi lub aktywnymi.
Pierwsze hydrolokatory pasywne powstały w Wielkiej Brytanii i były przez ten kraj używane w czasie pierwszej wojny światowej.
Ich elementem składowym jest hydrofon, który przymocowuje się pod kadłubem okrętu. Ponieważ śruba okrętu generuje szumy, są one odbierane prze taki hydrolokator i przekształcane najpierw na impulsy elektryczne a potem na impulsy akustyczne.
Natomiast w hydrolokatorze aktywnym wykorzystuje się wiązki ultradźwięków, które wysyłane odbijają się od przeszkody i wracają do urządzenia.
