Pierwszy patent Martinville’a dotyczył fonautografu z płaską powierzchnią do nagrywania i zegarowym napędem obciążnikowym. Bardziej znana jest jednak późniejsza forma wynalazku, wprowadzona na rynek przez Rudolpha Koeniga w 1859 roku. Urządzenie to było napędzane ręcznie, a papier pokryty barwnikiem sadzowym nawijany był na walec. Walec prowadzony był na grubym gwintowanym pręcie w taki sposób, że z każdym obrotem przesuwał się coraz dalej. Powstała w ten sposób linia miała kształt spiralny. Maksymalna długość nagrania uzależniona była od prędkości obrotu walca. Poruszano go szybciej, gdy celem było wyodrębnienie z dużą dokładnością poszczególnych kształtów fal dźwiękowych. Wtedy jednak nagranie było krótkie. Kiedy zaś analizowano dłuższe procesy, np. intonację, prędkość obrotu była znacznie mniejsza. Niektóre z fonautografów wyposażone były w kamerton lub inne urządzenie pozwalające na równoczesne nagrywanie określonej częstotliwości stanowiącej punkt odniesienia.
Kilku innych wynalazców skonstruowało później zmodyfikowane wersje fonautografu, wykorzystujące różne przyrządy do zapisu linii w różnych formatach. Były to próby ulepszenia wynalazku lub przystosowania go do konkretnych celów.