Funcionamiento del micrófono

Todo micrófono cumple la misma misión: convertir una onda sonora en una señal eléctrica que pueda amplificarse, procesarse o grabarse. Pero el camino que recorre esa energía dentro del micrófono —de vibración del aire a corriente eléctrica— varía radicalmente según el tipo de transductor que use.

Entender ese proceso interno es la base para comprender por qué un micrófono dinámico suena y se comporta de forma tan distinta a uno de condensador, o por qué unos necesitan alimentación externa y otros no.

Dos etapas de transducción

Un micrófono es un transductor electroacústico: un dispositivo que convierte energía acústica en energía eléctrica. Ese proceso no ocurre de una sola vez, sino en dos etapas sucesivas y claramente diferenciadas:

• Transducción acústico-mecánica: Las variaciones de presión del aire que constituyen la onda sonora hacen vibrar una membrana muy fina llamada diafragma. En esta primera etapa, la energía acústica se convierte en energía mecánica: movimiento físico de un objeto.
• Transducción mecánico-eléctrica: Ese movimiento mecánico del diafragma se convierte, a su vez, en una señal eléctrica variable. Es en esta segunda etapa donde los distintos tipos de micrófono se diferencian entre sí, porque cada uno emplea un mecanismo físico distinto para lograr esa conversión.

El diafragma es, por tanto, el elemento común a prácticamente todos los tipos de micrófono. Lo que cambia de un tipo a otro es qué hay detrás de él y cómo aprovecha su movimiento para generar electricidad.

El micrófono dinámico: inducción electromagnética

El micrófono dinámico de bobina móvil es, junto con el de condensador, el diseño más extendido en el mundo profesional. Su principio de funcionamiento es la inducción electromagnética, el mismo fenómeno físico que describe la ley de Faraday: cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético, se induce en él una corriente eléctrica.

Su construcción interna consta de tres elementos fundamentales:

• El diafragma: Una membrana ligera y rígida, generalmente de poliéster metalizado, que vibra al recibir las ondas sonoras.
• La bobina móvil: Un pequeño cilindro de alambre conductor (habitualmente cobre o aluminio) unido directamente a la parte posterior del diafragma.
• El imán permanente: Una estructura magnética —con piezas polares que concentran y dirigen el campo— dentro de la cual queda suspendida la bobina, sin llegar a tocarla.

Cuando el sonido mueve el diafragma, la bobina se desplaza hacia delante y hacia atrás dentro de la ranura del imán. Ese movimiento dentro de un campo magnético induce en la bobina una corriente eléctrica alterna, cuya forma reproduce fielmente la vibración original del diafragma. Los extremos de la bobina se conectan a un pequeño transformador interno, que adapta la señal —de muy baja impedancia— a la salida balanceada del conector XLR.

Al no depender de ningún componente electrónico activo, el micrófono dinámico es completamente pasivo: no necesita ninguna alimentación externa para funcionar. Esa sencillez mecánica también explica su robustez: soporta bien los golpes, la humedad y las variaciones de temperatura, y tolera niveles de presión sonora muy altos sin distorsionar.

El micrófono de cinta: el mismo principio, otro diseño

El micrófono de cinta (ribbon) se basa exactamente en el mismo principio físico que el dinámico de bobina móvil —la inducción electromagnética—, pero con una construcción distinta que fusiona diafragma y conductor en un único elemento.

En lugar de un diafragma unido a una bobina, el micrófono de cinta utiliza una lámina de aluminio corrugado extremadamente fina (de apenas unas micras de espesor), suspendida entre los dos polos de un potente imán. Esa cinta actúa simultáneamente como diafragma —vibra directamente ante la presión del aire— y como conductor: al moverse dentro del campo magnético, genera por sí misma la corriente eléctrica inducida.

Al ser mucho más ligera que el conjunto diafragma-bobina de un dinámico convencional, la cinta responde con mayor fidelidad a los transitorios rápidos del sonido. A cambio, esa misma ligereza y su bajísima resistencia eléctrica hacen que genere una señal de salida mucho más débil, que necesita preamplificadores con mucha ganancia limpia para trabajar correctamente. Al igual que el dinámico de bobina móvil, el micrófono de cinta pasivo no requiere alimentación externa, y de hecho el phantom power puede destruir la cinta si se aplica por error a un modelo que no está diseñado para recibirlo.

El micrófono de condensador: principio electrostático

El micrófono de condensador (o capacitivo) funciona bajo un principio físico completamente distinto: el principio electrostático. En lugar de generar la señal por movimiento dentro de un campo magnético, la genera a partir de variaciones en la capacitancia de un condensador eléctrico.

Un condensador es, en su forma más simple, dos placas conductoras paralelas separadas por un espacio de aire, cargadas eléctricamente. Su capacidad de almacenar carga —la capacitancia— depende directamente de la distancia entre esas dos placas: cuanto más cerca están, mayor es la capacitancia.

En el micrófono de condensador, una de esas dos placas es el diafragma: una membrana metalizada extraordinariamente fina y ligera, mucho más que la de un micrófono dinámico. La otra es una placa fija llamada electrodo posterior, situada a muy poca distancia detrás del diafragma. Ambas placas se mantienen cargadas eléctricamente gracias a una tensión de polarización constante. Cuando el sonido mueve el diafragma, la distancia entre las dos placas varía, y con ella la capacitancia del conjunto, lo que produce una variación de voltaje proporcional a la vibración del diafragma.

Esa variación de voltaje es extremadamente débil y de altísima impedancia, por lo que el micrófono de condensador siempre incorpora un pequeño preamplificador interno —habitualmente un transistor de efecto de campo (FET)— que adapta la señal a una impedancia manejable antes de enviarla al cable. Este circuito interno, junto con la tensión de polarización de las placas, es lo que hace que el micrófono de condensador necesite siempre una fuente de alimentación externa: el phantom power de +48V es la forma estándar de suministrarla a través del propio cable XLR.

Al depender de un diafragma extremadamente ligero y de un circuito electrónico interno, el micrófono de condensador es más sensible y detallado que un dinámico, pero también más frágil ante la humedad, el polvo y los golpes.

El micrófono electret: una variante sin polarización externa

El micrófono electret es una variante del micrófono de condensador que resuelve de otra forma el problema de la polarización de las placas. En lugar de aplicar una tensión eléctrica constante desde el exterior, una de las placas —o una lámina de material dieléctrico colocada junto a ella— está fabricada con un material electret: un polímero especial capaz de retener una carga eléctrica permanente desde su fabricación, de forma similar a como un imán permanente retiene su campo magnético.

Gracias a esa carga incorporada de fábrica, el micrófono electret no necesita una fuente de polarización externa para que sus placas funcionen como condensador. Sin embargo, sigue necesitando alimentación eléctrica para otro propósito: hacer funcionar el preamplificador FET interno que adapta la señal de altísima impedancia de la cápsula antes de enviarla al resto de la cadena. Esa alimentación puede llegar mediante una pequeña pila interna o mediante phantom power, según el diseño.

El diseño electret es más económico de fabricar que el condensador de polarización externa, lo que lo convierte en la tecnología dominante en micrófonos de bajo coste, micrófonos de solapa (lavalier), micrófonos de diadema y las cápsulas integradas en teléfonos móviles y ordenadores.

Otros principios de transducción

Además de los tres mecanismos dominantes en el audio profesional actual —inducción electromagnética y principio electrostático—, existen otros principios de transducción con aplicaciones más específicas o históricas:

• Micrófono piezoeléctrico: Aprovecha la propiedad de ciertos cristales y cerámicas de generar una tensión eléctrica cuando se deforman físicamente. Es el principio detrás de las pastillas de contacto para instrumentos acústicos, que captan directamente la vibración del cuerpo del instrumento en lugar del sonido transmitido por el aire.
• Micrófono de carbón: El diseño más antiguo, hoy en desuso salvo en aplicaciones muy concretas. Funciona por variación de resistencia eléctrica: una cápsula llena de gránulos de carbón cambia su resistencia al comprimirse con las vibraciones sonoras. Fue el estándar en telefonía durante décadas por su bajo coste y su alta salida eléctrica, aunque con una fidelidad muy limitada.