Schall wird durch Luftdruck-Änderungen übertragen. Im Folgenden soll es darum gehen, wie in den verschiedenen Mikrofonarten die Luftdruck-Schwingungen in elektrische Schwingungen umgewandelt werden.
Die ersten Mikrofone mit einer brauchbaren Umwandlungsqualität waren Kohle-Mikrofone. Sie bestehen aus einem mit Kohlegrieß (gemahlene Kohle) gefüllten Behälter. An zwei gegenüberliegenden Seiten des Behälters sind Elektroden angeordnet, über die ein Strom durch den Kohlegrieß geleitet wird. Eine Wand des Behälters ist als Membran ausgeführt. Trifft Schall auf die Membran, wird der Kohlegrieß mehr oder weniger stark zusammengepresst. Dadurch ändert sich der Widerstand der Kohleschicht. Diese Widerstandsänderung wird in eine Spannungsänderung umgesetzt, die dem Schallsignal entspricht.
Bei Längsstrom-Mikrofonen besteht die Membran aus leitfähigem Material (oft aus Kohle) und dient gleichzeitig als Elektrode. Die Gegenelektrode ist dahinter angeordnet. Zwischen der Membran und der Gegenelektrode befindet sich der Kohlegrieß. Der Strom fließt also in der Haupteinspracherichtung durch das Mikrofon. Bei Querstrom-Mikrofonen besteht die Membran aus einem Isolierstoff. Die Elektroden sind rechts und links im Mikrofon angeordnet; dazwischen befindet sich der Kohlegrieß. Der Strom fließt damit quer zur Haupteinspracherichtung durch das Mikrofon. Die Wandlerqualität ist bei Querstrom-Mikrofonen besser als bei Längsstrom-Mikrofonen.
Kohle-Mikrofone benötigen eine Betriebsspannung. Im Vergleich zu anderen Mikrofonarten ist die Qualität der Umwandlung des Schallsignals in ein elektrisches Signal relativ schlecht. Sie werden daher heute generell nicht mehr verwendet.
Bestimmte Kristalle haben die Eigenschaft, dass sie eine elektrische Spannung erzeugen, wenn sie einem mechanischen Druck ausgesetzt werden. Man spricht hier vom piezoelektrischen Effekt. Dieser wird in Kristall-Mikrofonen ausgenutzt, indem die Membran über einen Stempel auf ein Kristall drückt und der bei Luftdruck-Schwankungen entstehende Spannungsverlauf vom Kristall abgegriffen wird.
Kristall-Mikrofone benötigen keine Betriebsspannung, denn sie erzeugen die abgegebene Spannung selbst. Bis in die 1960er Jahre waren sie weit verbreitet. Weil die Qualität der Umwandlung relativ schlecht ist, wurden sie jedoch durch dynamische und heute vor allem durch Elektretmikrofone verdrängt.
Keramik-Mikrofone arbeiten nach demselben Prinzip wie Kristall-Mikrofone. Die verwendeten Piezoelemente bestehen jedoch nicht aus gewachsenen Kristallen, sondern aus industriell hergestellten Keramiken, deren piezoelektrische Eigenschaften im Herstellungsprozess erzeugt wurden.
Die elektroakustischen Eigenschaften von Keramik-Mikrofonen sind mit denen von Kristall-Mikrofonen vergleichbar. Sie werden daher heute nur noch für spezielle Anwendungen hergestellt.
Beim dynamischen Mikrofon ist an der Membran eine Tauchspule befestigt, die sich im Magnetfeld eines Dauermagneten befindet. Wird die Membran durch den Schall bewegt, so wird infolge der Bewegung im Magnetfeld in der Spule eine elektrische Spannung induziert. Diese ändert sich synchron zum Luftdruck bzw. Schall.
Dynamische Mikrofone benötigen keine Betriebsspannung. Viele populäre Mikrofone sind dynamische Mikrofone.
Bei Bändchen-Mikrofonen dient ein hauchdünner Aluminium-Streifen als Membran. Dieses „Bändchen“ befindet sich im Feld eines Dauermagneten. Bewegt sich das Bändchen durch den Schall im Magnetfeld, wird in ihm eine entsprechende Spannung induziert.
Die Funktion der Bändchen-Mikrofone basiert wie bei den dynamischen Mikrofonen auf der elektromagnetischen Induktion; sie benötigen daher ebenfalls keine Betriebsspannung. Wegen des hauchdünnen Bändchens sind sie aber relativ empfindlich gegen mechanische Beschädigungen. Da die abgegebene Spannung sehr klein ist, wird außerdem ein leistungsfähiger Mikrofonverstärker benötigt. In größerem Umfang werden sie daher nicht eingesetzt.
Eisen ist ein guter magnetischer Leiter, Luft nicht. Beim magnetischen Mikrofon ist die Membran mit einem Eisenanker verbunden, der beweglich über einem Dauermagneten angeordnet ist. Wird die Membran durch Schall bewegt, so bewegt sich auch der Anker, und die Breite des Luftspalts ändert sich. Dadurch ändert sich auch der magnetische Fluss. Wickelt man um den Dauermagneten oder den Anker eine Spule, so wird in dieser bei einer Änderung des magnetischen Flusses eine entsprechende Spannung induziert.
Magnetische Mikrofone sind sehr robust, werden aber heute generell nicht mehr hergestellt. Grund dafür ist vor allem, dass prinzipbedingt die induzierte Spannung linear mit der Frequenz ansteigt und damit kein linearer Frequenzgang erzielt werden kann. Alte magnetische Mikrofone sind aber bei Mundharmonika-Spielern beliebt, weil sie gerade aufgrund dieser Eigenheit einen prägnanten Harp-Sound erzeugen.
Im Prinzip besteht ein Kondensator aus zwei Platten, die aus leitfähigem Material bestehen. Abhängig vom Abstand der Platten kann der Kondensator eine bestimmte elektrische Ladung aufnehmen. Bei einem Kondensatormikrofon ist nun eine der beiden Platten als metallbedampfte Folie ausgeführt und dient als Membran. Wird die Membran durch den Schall bewegt, so ändert sich der Abstand zwischen den Platten und damit die vom Kondensator aufnehmbare Ladung. Der Kondensator ist Teil eines elektrischen Stromkreises. In diesem fließt nun ein entsprechender Strom, der in eine Spannung umgewandelt wird.
Um den Kondensator aufzuladen bzw. den Stromkreis zu realisieren, benötigt eine Kondensatormikrofon eine Betriebsspannung, die sogenannte Polarisationsspannung. Das abgegebene Signal ist außerdem so klein, dass es noch im Mikrofon verstärkt werden muss. Auch dieser Verstärker (heute i. d. R. ein Transistor-Verstärker) benötigt eine Spannungsversorgung. Die Spannung wird z. B. über die Phantomspeisung des Mikrofoneingangs zur Verfügung gestellt.
Das Kondensatormikrofon wurde bereits in den 1920er Jahren entwickelt. Nach wie vor werden qualitativ hochwertige Tonaufnahmen generell mit Kondensatormikrofonen hergestellt.
Röhrenmikrofone sind Kondensatormikrofone. Ihre Besonderheit liegt darin, dass die Verstärkung des Tonsignals nicht mittels eines Transistor-Verstärkers erfolgt, sondern durch eine Elektronenröhre. Vor der Erfindung des Transistors waren also alle Kondensatormikrofone Röhrenmikrofone.
Da für den Betrieb der Röhre eine relativ hohe Spannung benötigt wird, werden Röhrenmikrofone generell über ein gesondertes Netzteil mit Spannung versorgt.
Röhrenmikrofone sind für ihren „seidigen“ Ton bekannt, der den Aufnahmen einen besonderen Charakter verleiht. Eigentlich handelt es sich hier um einen Mangel, denn dieser Ton wird durch Nichtlinearitäten bei der Verstärkung in der Röhre hervorgerufen, während ein guter Transistorverstärker linear arbeitet. Aber bei einer Aufnahme kommt es ja nicht darauf an, ob sie technisch perfekt ist, sondern darauf, ob mir das Ergebnis gefällt...
Elektretmikrofone sind ebenfalls Kondensatormikrofone. Die Aufladung des Kondensators muss aber nicht mittels einer externen Spannung erfolgen, sondern eine der beiden Kondensator-Platten besteht aus einem Elektretmaterial. In diesem wurde bei der Herstellung eine Ladung „eingefroren“.
Eine Betriebsspannung wird damit nur noch für die Verstärkung des Signals benötigt, die generell in der Mikrofonkapsel erfolgt. Dafür reichen z. B. 1,5 V aus, die problemlos von einer Batterie oder der Soundkarte eines Computers bereitgestellt werden können.
Bei den ersten Elektretmikrofonen war die Membran als Elektret ausgeführt oder das Elektretmaterial war auf die Membran aufgebracht. Bei diesen Mikrofonen gab es jedoch häufig Probleme dadurch, dass im Laufe der Zeit ein Teil der „eingefrorenen“ Ladung abfloss. Heute wird das Elektretmaterial generell auf die feststehende Platte aufgebracht (Backplate-Electret- oder Back-Electret-Condenser).
Elektretmikrofone haben heute von allen Mikrofonarten den weitaus größten Marktanteil.