Niet de eerste microfoon want er werd al meer geëxperimenteerd. Zo was er al de dynamische van Curttris and Redding in de states 1877 en Ernst Siemens in Duitsland met een patent in 1874. Deze waren wat ruis en vervorming betreft beter, maar in die tijd onbruikbaar, omdat de energieafgifte minimaal is en versterkers waren er nog niet. De Hughes microfoon is dus de eerste goed bruikbare microfoon.

De koolmicrofoon is in staat meer wisselstroomenergie af te geven dan er aan geluidsenergie op de trilplaat terecht komt. Deze vermogensversterking bedraagt ca een factor 1000. De koolmicrofoon bestaat uit een membraan dat een gedeeltelijk met koolgruis gevuld bakje afsluit. De geluidstrillingen doen het membraan trillen, waardoor de koolkorrels meer of minder samen gedrukt worden, de overgangsweerstand tussen deze korrels varieert in het ritme van de geluidsgolven. Hierdoor kan een gelijkstroom die door de microfoon wordt gevoerd met wisselspanning worden gemoduleerd.

In de voordracht wordt dieper ingegaan op de diverse uitvoeringen en verbeteringen in de loop van de tijd. Er wordt echter hoofdzakelijk gesproken over het type met de vlakke trilplaat.

De lineaire en niet lineaire vervormingen. Waarbij de laatste begrijpelijk wordt veroorzaakt doordat bij luchtdruk verhoging de trilplaat zich naar binnen beweegt en de koolkorrels samen drukt. Als de trilplaat weer terug gaat moeten de koolkorrels er zelf maar voor zorgen dat zij hun oude positie weer innemen. De trilplaat kan wel duwen maar niet trekken. Een merkwaardige vorm van niet-lineairiteit. Voor een goede spraakoverbrenging is het noodzakelijk dat de microfoon frequenties van 300 tot 3000 Hz zo natuurlijk mogelijk overbrengt. Door zowel de lineaire als de niet-lineaire vervorming zal de frequentiekarakteristiek niet het gewenste verloop hebben.

De vervorming is nogal gecompliceerd. In de eerste plaats is er een membraan, dat door geluidstrillingen in beweging moet komen om aldus de koolmassa te moduleren. Een dergelijk membraan kan in eerste instantie worden opgevat als een massa die bij haar beweging wordt tegengewerkt door een veerkracht en door wrijving.

In een equivalent elektrisch circuit kan dit opgevat worden als een serieschakeling van een capaciteit, zelfinductie en weerstand. Deze schakeling wordt gekenmerkt door een resonantiepiek die vooral hinderlijk kan zijn als deze rond de 1000 hertz ligt. Deze scherpe resonantiepieken moeten we zien te vermijden, storende amplituden kunnen namelijk onaangenaam aandoen en verwarring in de gelederen van de koolkorrels aanbrengen. Men noemt dat wel het ‘Paula-effect’ omdat klanken P, Au en Aa dit verschijnsel sterk in de hand werken.

Door een stabiele vormgeving van de koolkamer en juiste koolvulling kan dit wat ingetoomd worden maar de scherpe klanken blijven bestaan. Deze vervorming is lineair en wordt door de frequentiekarakteristiek veroorzaakt.

Door onverwachte geluiden die sterke componenten bevatten, ontstaan slingeringen met grote amplituden. Men vangt dit op door voor of achter de trilplaat akoestische holtes aan te brengen waardoor een enigszins vlakke karakteristiek ontstaat. Niet lineaire vervormingen geven harmonische vervormingen, vaak ‘klirr-frequentie’s’ genoemd. De verhouding tussen de effectieve waarde van de som van alle hogere harmonischen tot de effectieve waarde van de spreekfrequentie’s wordt aangeduid met de naam ‘Klirr-factor’. Deze is afhankelijk van amplitude en frequentie; hij komt het sterkst in uitdrukking bij lage tonen in de nabijheid van de resonantiepieken. Hier wordt tijdens de lezing uitgebreid over gesproken want ook in moderne microfoons wordt dit toegepast.

Men kan de microfoon die besproken wordt beschouwen als een generator met een emk gelijk aan Ia x ∆R met een inwendige weerstand Ra + ∆R, waarin Ia en Ra de stroom en weerstand van de microfoon in onbesproken toestand voorstellen. ∆R is de verandering van de gelijkstroomweerstand ten gevolge van het bespreken. Wordt deze generator (microfoon) belast met een weerstand Ru dan zal de wisselstroom die aan deze generator onttrokken wordt gelijk zijn aan: ∆I = Ia x ∆R gedeeld door Ra + Ru + ∆R.

Zal ∆R sinusvormig met de tijd veranderen, dan zal ∆I dit ook doen, mits ∆R kleiner is dan
Ra + Ru. Is dit niet het geval, dan is het circuit niet meer lineair. Gemeten wordt de emk van de koolmicrofoon met een constante geluidsdruk van +80dB (0 dB is een geluidsdruk van 2 x 10-4 dyne/cm²).

Om de energie te vergroten worden wel twee of meerdere koolmicrofoons parallel aangesloten of inwendig voorzien van meerdere koolkamers. Om dat te laten horen hadden wij, Gyula en ikzelf, twee vrijwel identieke doventelefoons meegenomen uit 1924 van het merk Acousticon gefabriceerd bij de Dictograph Products Compagny New York.

De demonstratie verliep vlekkeloos en verbaasd keken enkele aanwezigen op toen bleek dat de versterking zo groot was dat bij vol open gedraaide regelweerstand zelfs deze toestellen gingen rondzingen. Voor die tijd dus al goed werkende gehoorapparaten echter zonder aangepaste frequentie-instelling en vergeleken met nu, nogal groot uitgevoerd.

Piet van Schagen.