De eerste microfoon waarmee voor het eerst goed geluid kon worden uitgezonden, was de koolstofmicrofoon. Dit was een uitvinding van David Edward Hughes uit Engeland. In de Verenigde Staten waren ook uitvinders mee bezig, waaronder Thomas Edison, en hoewel Edison het eerste patent heeft bemachtigt in 1877, heeft Hughes het gebruik van de koolstofmicrofoon een paar jaar eerder al uitgetest, waardoor de meeste historici er over eens zijn dat hij de uitvinder is van de microfoon. De microfoons voor zijn tijd waren van zeer lage kwaliteit, en Hughes sloeg een andere weg in. Hij maakte een ontwerp dat reageerde op de druk van de geluidsgolven. Hij pakte kleine, grove stukjes koolstof, en stopte die in een klein kamertje waar ze niet zo dicht op elkaar zaten. De stukjes koolstof hadden zo nog ruimte om te bewegen. Dit was ook nodig, want de variërende druk in de lucht van de geluidsgolven zorgden er samen met een geluids-diafragma (een membraan dat meetrilt met het geluid) voor een verschil in elektrische weerstand. Hierdoor werd de stroom die door de microfoon gaat beïnvloedt, en kun je geluid overbrengen van de ene naar de andere kant. Dit concept is de ultieme voorvader van alle microfoons die we tegenwoordig gebruiken. Het is een cruciale uitvinding geweest voor de telefonie, de radio, het opnemen van geluid voor muziek, en natuurlijk het communiceren in het algemeen. In 1886 heeft Thomas Edison het verder opgepakt, en ontwikkelde de eerste koolstofmicrofoon verder uit naar de koolstof-knop microfoon. Één groot nadeel van de eerste koolstofmicrofoon was dat hij heel veel ruis oppakte. Edison bedacht hier iets op. Het principe van de koolstofdeeltjes bleef, maar nu waren de stukjes ingesloten door twee elektroden, waarvan er één vastzat aan een dun ijzer-diafragma, dat stil stond. Hierdoor kon geluid in een wisselstroom omgezet worden, waardoor er een veel hoger aantal aan voltages doorgestuurd kan worden, over grote afstanden. Deze uitvinding was dus ook erg belangrijk voor de telefoon, en werd daarna ook nog decennia gebruikt in telefoons, tot zelfs laat in de jaren ‘80. Het was een methode die goedkoop was en makkelijk te maken. Why change a winning team?

De instabiliteit van de koolstofdeeltjes was een reden om naar betere alternatieven te zoeken. Gedurende deze zoektocht kwam de kristal- of piëzo-omzetter voorbij. De piëzo-omzetter maakt gebruik van het piëzo-elektrische effect dat bij bepaalde kristallen optreedt. Als deze kristallen vervormd worden komt er een elektrische lading vrij. Op deze manier is het membraan van een piëzo-omzetter in staat geluidsgolven (trillingen) op de vangen en om te zetten in een elektrisch signaal. Deze omzetting resulteerde echter niet in een hele goede geluidskwaliteit, dus ging de zoektocht verder.

In 1917 werd de eerste condensator microfoon ontwikkeld. In een condensator microfoon werken een vaste “backplate” en een flexibel membraan als de twee geladen platen van een condensator. Luchtdrukverschillen zorgen ervoor dat de afstand tussen de backplate en het membraan verandert, waardoor de spanning over de condensator veranderd. Door dit spanningsverschil is het mogelijk, om zeer nauwkeurig, geluid om te zetten in elektrische signalen. Tegenwoordig is in de opnamestudio het meest gebruikte microfoon type de condensator microfoon. De condensator microfoon wordt ook wel elektrostatische microfoon genoemd.

Na de elektrostatische microfoon werden in 1923 twee soorten elektromagnetische microfoons ontwikkeld. In dit type microfoons wordt een elektrisch signaal opgewekt door middel van elektromagnetische inductie. Een van de twee soorten elektromagnetische microfoons is de de ribbon- of band microfoon. In een ribbon microfoon is een elektrisch geleidend bandje bevestigd in het magnetisch veld van een vaste magneet met de beide polen aan weerszijden van het bandje (zie onderstaande figuur). Het elektrisch geleidende bandje fungeert als membraan van de microfoon. Als dit membraan in trilling wordt gebracht zorgt dit via elektromagnetische inductie voor een elektrisch signaal.

De andere elektromagnetische microfoon, de dynamsiche microfoon, werkt in principe op dezelfde manier. Het verschil is dat bij deze microfoon niet het membraan zelf de bewegende geleider is, maar dat het membraan is verbonden aan een elektrisch geleidende spoel die in het magnetisch veld kan bewegen. Hierdoor is het signaal uit deze ‘moving-coil’ microfoon iets minder direct dan dat uit de ribbon microfoon. Het grote voordeel van de dynamische microfoon is dat de elektrisch geleidende spoel veel langer is dan het relatief korte geleidende bandje in de ribbon microfoon, waardoor het signaal een stuk harder is. Daarnaast is de dynamische microfoon veel minder kwetsbaar dan het bandje in de ribbon microfoon dat vrij snel kan scheuren. De dynamische microfoon wordt vaak als ‘onverwoestbaar’ gezien.

Het is natuurlijk moeilijk te zeggen te zeggen hoe groot de impact van de ontwikkeling van de microfoon is geweest, sommige mensen zullen zeggen dat het er alleen maar slechter op geworden is en andere zullen vol achter de ontwikkeling staan. Iedereen kon in eens in contact gebracht worden met elkaar via de telefoon, voor sommige inbreuk op privacy en voor andere een uitkomst voor de moeilijkste problemen.

Wij als muziektechnologen in spé durven te zeggen dat de ontwikkeling van de microfoon een super grote stap is geweest met een hele hoge impact. Het was ineens mogelijk om met elkaar te bellen en om akoestische signalen om te zetten in elektrische signalen.

De eerste dynamische luidspreker, eigenlijk een omkering van het microfoon principe werd pas 50 jaar later ontwikkeld, in 1925. Deze ontwikkeling opende eigenlijk ook de wereld voor de microfoons. Het was ineens mogelijk om jezelf of andere uit te versterken. Hierbij was ook het Public Address (PA) systeem geboren. Uiteindelijk is dit uitgegroeid tot de gigantische markt van live audio. Daarvoor kende we al luidsprekers. Maar die waren niet efficiënt genoeg om een hoge geluidsdruk te produceren, zeker niet zonder bijvoorbeeld een hoorn of andere akoestische versterking.

Op het moment dat er elektrische opnames gemaakt konden worden ging ook de klank van de microfoons ineens mee tellen. Hierdoor zijn alle ontwikkelingen nog sneller gegaan. Van de welbekende onverwoestbare shure sm58 tot de holy-grail van de mcrofoons de Neumann U47. Waarbij de charme van de U47 eigenlijk de laatste 20 jaar pas echt goed hoorbaar is. Dit omdat in de tijd dat de U47 ontwikkeld is de opnametechnieken en mogelijkheden niet zo hoogstaand waren als dat ze nu zijn.

Op dit moment is de sociale impact van de microfoon eigenlijk niet meer te ontkennen. Van de micro-mics in mobiele telefoons, tot buizen microfoons uit de jaren 50 die, als je ze al kan vinden, voor 25.000+ euro verkocht worden.

De microfoon heeft de manier waarop wij tegenwoordig met elkaar communiceren, naar muziek luisteren, van informatie voorzien worden en voor ons als muziektechnologen misschien wel het allerbelangrijkst. De microfoon heeft ervoor gezorgd dat wij creatief met geluid en klank kunnen zijn.

Al met al vinden wij de sociale impact dus extreem groot!

• Alex Boven
• Bram van Bergen
• Cees Oosterhuis