Para la grabación y audición de la señal sonora se utilizaba un fonógrafo de Edison que Menéndez Pidal había adquirido aun antes de la creación del Centro de Estudios Históricos. Desde el punto de vista técnico la inscripción fonográfica tenía puntos de semejanza con la quimográfica pero el fonógrafo permitía, además del registro, la reproducción del sonido. Al realizar la inscripción, la vibración de la voz del sujeto, recogida por una bocina que funcionaba como receptor, se transmitía a un diafragma metálico conectado con una aguja grabadora y a un cilindro giratorio que funcionaba como registrador. En el cilindro giratorio se insertaba otro cilindro de cartón revestido con papel de estaño o con cera sólida. La aguja grabadora recibía las vibraciones del diafragma e inscribía un surco helicoidal sobre la superficie del estaño o de la cera. Para la audición de la secuencia grabada, la propia rotación del cilindro permitía a una aguja reproductora seguir las crestas y los valles del surco, es decir, repetir en sentido inverso los movimientos de la aguja grabadora. Las subidas y bajadas de la aguja reproductora se transmitían al diafragma y, a través de la bocina, a las partículas de aire, imprimiéndoles un movimiento de propagación ondulatoria y generando así ondas sonoras semejantes a las propias de los sonidos del habla.
La grabación fonográfica, que era un registro en profundidad, una incisión vertical de la punta inscriptora sobre el cilindro de cera, fue dando paso a la grabación gramofónica, un registro en extensión que se realizaba con un movimiento horizontal de la aguja sobre un disco plano. En los primeros años 30, el Archivo de la Palabra, otro de los proyectos científicos de Menéndez Pidal, se enriqueció con una importante colección de discos de gramófono, que en parte se adquirieron en el mercado, en parte se recibieron por donación o intercambio con otros archivos extranjeros y en parte se fabricaron y se grabaron en el Centro de Estudios Históricos. Esos discos se reproducían en una victrola La voz de su amo.
Con el estallido de la guerra civil en julio de 1936 comenzó la dispersión de los investigadores del Centro de Estudios Históricos. Los aparatos del laboratorio de fonética, así como los discos del Archivo de la Palabra, se depositaron en el sótano de la casa de Medinaceli y, a partir de su creación en 1939, pasaron a formar parte del patrimonio de instrumental científico histórico del Consejo Superior de Investigaciones Científicas.