Snad každého praktikujícího muzikanta někdy napadlo, kolik by měl „kšeftů“, kdyby veškerá hudba nebyla ve špičkové kvalitě pro každého na dosah ruky. Hlavním „viníkem“ této situace je vynález mikrofonu, který umožnil snadno a kvalitně převádět zvuk na elektrický signál. Na druhou stranu díky dnešním takřka neomezeným možnostem může kdokoliv nahrát cokoliv a díky technologiím on-line distribuce toto „cokoliv“ poté dál libovolně šířit mezi miliony potenciálních posluchačů na celém světě. Zkuste si tohle doma s analogovou gramofonovou deskou...
První skutečný a použitelný mikrofon sestrojil David Edward Hughes v roce 1878. Jednalo se o tzv. uhlíkový mikrofon, uvnitř kterého zvukové vlny stlačovaly malá uhlíková zrnka a tím měnily jejich elektrický odpor. Tento první použitelný měnič zvuku na elektrické signály měl velmi špatné a navíc nestálé vlastnosti, způsobené samotnou konstrukcí. Pro svou jednoduchost a levnou výrobu byl po mnoho desetiletí
využíván v telefonii, v oblasti záznamu zvuku (a především hudby) byl však brzy nahrazen jinými technologiemi.
První významnou náhradou se stal kondenzátorový mikrofon, který vynalezl E. C. Wente v Bellových laboratořích na konci druhé dekády minulého století. Vibrující membrána byla v tomto případě součástí kondenzátoru, jehož kapacita se měnila společně s vibracemi. Signál z takového mikrofonu je však velmi slabý a bez dalšího zesílení nepoužitelný. Konstrukce kondenzátorového mikrofonu byla tedy podmíněna a umožněna existencí zesilovacího prvku, který v roce 1907 vynalezl Lee de Forest - zesilovací elektronkou Audion, ze které později vznikla trioda. Těsně za samotným mikrofonem musela být tedy umístěna napájená elektronka. Tento princip fungování je platný dodnes, a proto i dnešní kondenzátorové mikrofony vyžadují ke své funkci dodatečné tzv. fantomové napájení.
Prvním používaným kondenzátorovým mikrofonem byl model Western Electric 394-W z roku 1926, se kterým byla natočena první generace zvukových filmů (například film Jazzový zpěvák z roku 1927 nebyl vytvořen optickou technologií sound-on-film, jak se někteří mylně domnívají - zvuk byl pomocí mikrofonu 394-W natočen na gramofonové desce). Krátce nato vznikl i kondenzátorový mikrofon 4AA konkurenční firmy RCA.
Pro srovnání: první verze kondenzátorového mikrofonu byla schopna zaznamenat zvuky až do frekvence kolem 6 kHz, prodejní varianta s tenčími hliníkovými membránami měla relativně plochou frekvenční charakteristiku až do cca 15 kHz. To vše v době, kdy tradiční akustický záznam zvuku nebyl schopen nahrávat víc než 2400 Hz a uhlíkové mikrofony trpěly silnou rezonancí a špatnou a nevyváženou frekvenční charakteristikou.
Asi nejlepší a nejznámější kondenzátorový mikrofon té doby vznikl v roce 1928 v Německu a je dílem George Neumanna. Jeho CMV 3, pro svůj tvar a velikost přezdívaný Neumannova láhev, měřil na výšku cca 40 cm a vážil téměř 3 kg. Nejenom v Německu byl hojně používán v rozhlase, nahrávacích studiích i při veřejných projevech. Například pro potřeby ozvučení olympijských her v Berlíně v roce 1936 byl využit výhradně tento model. Jeho konstrukce se prakticky nezměnila až do konce druhé světové války, kdy byl na konci čtyřicátých let nahrazen modelem U 47, velkomembránovým kondenzátorovým mikrofonem vyráběným mezi lety 1949-1965. Tento slavný nástupce, typický svým čistým zvukem a frekvenční odezvou se zvýrazněnými vyššími středy, byl použit na nespočetně nahrávkách a mimo jiné to byl i nejpoužívanější mikrofon skupiny Beatles.
Další alternativní technologie vznikla na konci dvacátých let opět v Bellových laboratořích a byla patentována roku 1931. Jednalo se o dynamický mikrofon někdy také označovaný jako s pohyblivou cívkou. Oproti kondenzátorovému mikrofonu pracoval na principu elektromagnetické indukce, byl robustní a dobře odolával vlhku. Je třeba zmínit, že princip pohyblivé cívky připevněné k membráně popsal již v roce 1874 Ernst Siemens, nicméně její využití jako mikrofonu dlouho naráželo na slabé pole tehdejších magnetů. Dostatečně silné byly pouze elektromagnety, a tak první dynamické mikrofony byly poměrně velké a vyžadovaly externí napájení. V dnešní době je tato otázka již bezpředmětná, neboť existují silné permanentní magnety. Například nejpoužívanější neodymový magnet, poprvé vyrobený v roce 1982, unese i více než tisícinásobek své váhy.
První komerční modely dynamických mikrofonů se objevily ve třicátých letech, konkrétně se jednalo o směrový model 618A a všesměrový 630A firmy Wester Eletric. Nízká impedance těchto mikrofonů umožnila přenos signálu po dlouhých kabelech bez ztráty kvality. Frekvenční rozsah pozdějšího modelu 630A z roku 1938 byl 30-15 000 Hz.
Ve stejné době se objevil i první páskový mikrofon, pracující na stejném principu, a tedy se v podstatě jedná o speciální typ dynamického mikrofonu. Membránu zde tvoří tenký kovový pásek či fólie, umístěná v magnetickém poli. Indukované napětí je pak přímo úměrné okamžité rychlosti membrány dané příchozí zvukovou vlnou. Páskové mikrofony byly zkonstruovány v dílnách RCA (v podstatě konkurence Western Electric) Harry Olsonem. Na konci 20. let začal Olson se stavbou páskových mikrofonů využívajících elektromagnety a později už i permanentní magnety.
První odhalený prototyp PB-31 v roce 1931 způsobil průlom v oblasti kvality zvuku, která převyšovala kvalitu zvuku, již byly schopny poskytnout soudobé kondenzátorové mikrofony. Mikrofon byl poprvé použit v roce 1932 a ještě téhož roku byl nahrazen úspěšným modelem 44A, který byl populární především pro svůj hebký zvuk (oproti do té doby používaným kondenzátorovým mikrofonům, které měly výrazně ostřejší výšky), a byl proto vyhledáván především pro nahrávání zpěváků. Model 44A obsahoval membránu o rozměrech 50 x 2,4 mm a vážil téměř 4 kg. Mikrofon měl vysokou citlivost, bidirekcionální (osmičkovou) charakteristiku a vysokou impedanci.
V roce 1933 RCA uvedlo na trh směrový model 77A, jehož charakteristika připomínala převrácené srdce. Od tohoto modelu pochází označení kardioidní charakteristika. V roce 1937 byl tento mikrofon inovován do podoby menšího modelu 77B s novým a silnějším magnetem, který umožnil větší citlivost mikrofonu. Mnoho z těchto mikrofonů a jejich přímých nástupců dodnes pracuje ve studiích po celém světě a pro svůj zvuk se používají zejména pro záznam hlasu a zpěvu. Například 77DX používá televizní stanice NBC na show Late Night Davida Lettermana.
Technologie páskového mikrofonu samozřejmě nezůstala pouze společnosti RCA, a tak zatímco ta se zaměřovala na studiové či rozhlasové použití, Western Electric představila silně směrový mikrofon 639A. Tento model z roku 1939 byl dílem pánů Marshalla a Olsona, kteří v roce 1941 okomentovali častý problém zvukové zpětné vazby při veřejných vystoupení v tom smyslu, že jeho obecným řešením je prostá směrovost mikrofonu. Model 639A byl mj. instalován ve Sněmovně reprezentantů Spojených států amerických, kde kvůli obtížným akustickým podmínkám nebyl žádný jiný mikrofon schopen umožnit dostatečné zesílení. Jeho nástupce 639B z roku 1941 obsahoval šestipolohový přepínač směrové charakteristiky. Mikrofon tak umožňoval nastavení kulové, kardioidní, osmičkové či několika typů hyperkardioidní charakteristiky.
Mezi další mikrofonní technologie patří v neposlední řadě i piezoelektrické mikrofony, jejichž počátky leží v roce 1917, kdy při výzkumu podvodní akustiky využil Paul Langevin poprvé ultrazvukové snímače. V roce 1919 bylo představeno hned několik zařízení, postavených na piezoelektrických krystalech Seignettovy soli: snímače, mikrofony i reproduktory, ovšem problémy s výrobou krystalických materiálů zabránily rozšíření a komerčnímu využití těchto přístrojů.
Tyto mikrofony využívají tzv. přímý piezoelektrický jev, což je vlastnost některých materiálů generovat elektrické napětí v závislosti na vstupní síle či deformaci. Dnes se využívají zejména jako kontaktní mikrofony pro snímání vibrací. Další možné využití se nachází v oblasti systémů aktivního potlačování hluku, kde extrémně tenká piezoelektrická membrána na základě vstupního napětí mění svou akustickou tuhost a tím zamezuje průchodu zvukových vibrací, tato oblast je však v současné době stále ve fázi výzkumů a experimentů.
Jako poslední představenou technologii uvedeme tzv. elektretový mikrofon, což je typ kondenzátorového mikrofonu obsahující permanentně elektricky nabitou hmotu. Díky tomu samotný mikrofon nevyžaduje externí napájení, ovšem jeho zapojení potřebuje aktivní napájený předzesilovač. Tento typ kondenzátorového mikrofonu se rozšířil po vynálezu účinného elektretu (dielektrická látka, schopná udržet trvalou polarizaci i po vymizení vnějšího elektrického pole) v roce 1962. Dnes se používá jak v levných zařízeních, jako jsou PC mikrofony a mobilní telefony, tak ve špičkových mikrofonech pro nejnáročnější profesionální účely.
Kromě již výše zmíněných existují i další technologie snímání zvuku, například laserové mikrofony, křemíkové MEMS, či mikrofonys optickými vlakny a další. Jejich použití je však často velmi specifické a jejich význam pro hudební a zvukovou praxi zanedbatelný. Dále také existovalo a stále existuje nepřeberné množství více či méně významných výrobců a inovátorů, jejich kompletní výčet by však pravděpodobně vyplnil celé toto číslo a ještě by něco zbylo na příště. Byla tudíž představena jen vybraná jména stojící na počátcích jednotlivých technologií.
A jaký mikrofon máte doma vy?
