TECNOLOGÍA ELECTROACÚSTICA [I]. HISTORIA DE LA MICROFONÍA. EL MICRÓFONO DE CONDENSADOR

INTRODUCCIÓN


Si no eres un friki de la tecnología tal vez has comenzado a leer este artículo por simple curiosidad. Bien, pues continúa leyendo, te animamos a adquirir un poco más de esa cultura tecnológica que te ayudará a sobresalir en algunas conversaciones informales, donde determinados conocimientos técnicos dan un toque de distinción y se gana el respeto de la audiencia.

Con este artículo iniciamos una serie de ellos dedicados a la electroacústica, con la historia de la microfonía y el micrófono de condensador como elementos destacados, por ser éste junto con el de bobina móvil o dinámico, de los micrófonos más comunes mundialmente utilizados. En próximas entregas tendremos ocasión de profundizar en otros tipos de micrófonos, sus características y principios de funcionamiento.

Imagen cortesía de pasiondelmusico.com

Si llegaste hasta este artículo por un interés más bien profesional, o de aficionado pero con pretensiones, intuimos que estarás buscando información sobre micrófonos de calidad. Por ello, antes de que tu mente se imbuya en nuestra literatura, te invitamos a informarte y elegir [aquí] entre los mejores micrófonos de condensador, en base a tus necesidades y proyectos que tengas en marcha.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS


Es interesante conocer los antecedentes de las cosas, objetos y materiales que en algún momento pasan por nuestra vida o nos servimos de ellas, algunas tienen historias apasionantes que merecen ser contadas. La historia de hoy puede parecer de corto recorrido en el tiempo, pero es intrínseca a la historia tecnológica de la humanidad, a su necesidad de dar respuesta a todas las limitaciones que fue hallando en su camino.

La necesidad histórica de comunicar

La necesidad humana de comunicar es inherente a su propia existencia. Aunque tenemos cinco sentidos físicos, algunos de ellos como la vista y el oído juegan un importante papel en el intercambio de información. Es obvio, que carecer del sentido de la vista reduce notablemente nuestra capacidad de percepción y de entendimiento de lo que nos rodea, pero carecer del sentido del oído, nos deja indefensos ante un sinfín de sensaciones que los humanos no dejamos de explorar desde que llegamos al mundo, como son los sonidos de la propia Naturaleza: los que nos emocionan, como un corazón palpitando, el llanto de un bebé, el crepitar del fuego, el canto de un ave y su aletear, unas gotas de lluvia golpeando sobre las hojas, el silbido del viento atravesando las ramas de los árboles, el agua discurriendo entre las piedras de un riachuelo…; o los que nos mantienen alerta, como el silbato y traqueteo de un tren, una sirena que se acerca ululante, el gruñir de un animal que intimida, el crujir de un árbol siendo derribado, el atemorizante trueno de una tormenta desatada… Imagínalo, cubre tus oídos con las palmas de las manos y sumérgete por unos instantes en el silencio absoluto. ¿Qué sientes? Tal vez pánico a que ese “sonido” del silencio pudiera llegar a ser real.

¡Existen tantos registros de sonido a lo largo de nuestra existencia!, piensa sino en los mejores pasajes que nuestros ancestros hubieran deseado poder grabar y revivir. Históricamente y hasta hace muy poco tiempo, nada se podía captar, transmitir y conservar para ser escuchado por otras generaciones; formaba parte del presente de cada vida, por eso la historia humana llegó hasta nuestros días mayormente por vía oral, a través de cuentos, leyendas, vivencias… Cuando despegó la imprenta, se convirtió en un increíble soporte para el saber de la humanidad, pero nada comparable a la primera vez que una voz humana pudo ser registrada y reproducida, y casi simultáneamente también la música.

Un narrador de cuentos en El Cairo a principios del siglo XX. Imagen Wikimedia Commons.

Los primeros instrumentos para amplificar la voz

Tanto en tiempos de paz como de guerra, y especialmente durante ésta para transmitir los mensajes militares, los humanos buscaron siempre la forma de desarrollar herramientas que les permitiera comunicar cada vez más lejos y de forma más eficiente.

En la antigüedad se ingeniaron sistemas para enviar señales o códigos visibles a cierta distancia, pero enviar la voz presentaba una limitación importante. Incluso hacer una representación teatral y que todos los asistentes pudieran escuchar con claridad los diálogos, obligaba a los actores a esforzar la voz. Se intentó solucionar mediante artilugios mecánicos que concentraban el sonido; el dispositivo más antiguo que se conoce data del año 600 a.C., consistente en una máscara que incorporaba un cono o bocina que permitía al actor que la llevaba incrementar el volumen de su voz en el anfiteatro.

Hasta la aparición de la electricidad no hubo prácticamente ningún avance importante en los intentos de amplificar la voz. El último experimento de naturaleza mecánica lo realizó el inglés Robert Hooke en 1665, y su invento (el “teléfono de lata”) nos resultará muy familiar, pues consiste en unir dos latas o tazas mediante un hilo o alambre tensado. Al hablar hacia el interior de una de las latas, las vibraciones de la voz se transmiten al hilo que se halla en tensión, y a través de éste llega a la otra lata pudiendo escucharse el mensaje acercando el oído. El dispositivo sólo funciona si el hilo está tensado entre ambos recipientes, pues sólo así puede transmitirse la vibración que se produce al hablar. Muchos recordaremos que de niños construíamos este artilugio utilizando dos recipientes de yogur.

Dibujo de un teléfono de lata del siglo XIX

La primera vez que se utilizó la palabra “micrófono” fue en 1827, cuando el científico e inventor británico Charles Wheatstone la usó para describir un dispositivo mecánico que amplificaba los sonidos. Este aparato estaba construido con unas varillas que transmitían las vibraciones sonoras hasta ambos oídos; tenía un aspecto parecido al de un estetoscopio.

Entre 1850 y 1876 se desarrolló un fuerte despliegue investigador alrededor del teléfono (el término “teléfono” aún no se usaba), un invento que pertenece al menos al ingenio de cinco personas de varios países: el alemán Johann Philipp Reis, el belga-francés Charles Bourseul, el estadounidense Elisha Gray, el italiano Antonio Meucci y el británico Alexander Graham Bell, éste último fue quien consiguió finalmente construir un teléfono funcional que tuvo una aceptación general.

Pero, la verdadera pieza clave del teléfono era el micrófono, sin el cual no podía transmitirse el sonido. A partir de 1850 el maestro e inventor alemán ya citado Philipp Reis, experimentaba en la construcción de un micrófono utilizando como membrana una piel de salchicha y un corcho ahuecado, vinculados a las cuerdas de un violín como elemento receptor. Más tarde mejoraría su invento usando un receptor electromagnético adosado a una caja de resonancia con forma similar a una caja de puros; el micrófono era una caja con una bocina que concentraba el sonido, cuyas vibraciones hacían conducir o interrumpir una corriente eléctrica.

Teléfono de Reis. Ilustración Wikimedia Commons

Tras varios años de trabajo Reis presentó su dispositivo en 1861 (lo llamó “Telephon”), en una conferencia en la Asociación de Física de Frankfurt que tituló “Telefonía con corriente galvánica”; era el primer aparato que podía convertir el sonido en impulsos eléctricos y ser reproducidos a cierta distancia; en la demostración dijo la siguiente frase ante el micrófono: “El caballo no come ensalada de pepino”, y que al principio no fue entendida del otro lado de la línea debido a la dificultad de comprender acústicamente esa frase en alemán, sin embargo el aparato sí podía reproducir la música con mayor claridad. Reis no recibió el entusiasmo esperado, pero dos años después 50 firmas acuñaron su “Telephon” en las unidades que se comenzaron a fabricar en varios países, comenzando a utilizarse por primera vez la palabra “teléfono”.

Aunque Reis había fallecido joven en 1874, se abrió un litigio entre Elisha Gray y Graham Bell por obtener la titularidad de la patente del teléfono. Gray defendía que había sido Reis el verdadero inventor, por lo que Bell no tendría derecho a reclamar la patente para sí, pero el tribunal dictaminó que el invento de Reis no podía considerarse un teléfono real, ganando Bell la lucha por esa patente.

En la década de 1870 a 1880 comienza la verdadera historia del micrófono como instrumento para grabar sonido con el objetivo de reproducirlo después, al ser incorporado al fonógrafo de Thomas Edison.

En 1876 Alexander Graham Bell incluyó en su invento del teléfono un micrófono funcional, fue conocido como “transmisor líquido”. El extremo de una aguja conductora estaba conectada a un diafragma y el otro extremo se introducía en una solución de ácido; las vibraciones de la voz hacían que la aguja variase la resistencia al moverse en el líquido y por tanto la corriente que circulaba por ella.

Micrófono o “transmisor líquido” ideado por Graham Bell en 1876. Ilustración Wikimedia Commons.

Con este micrófono Graham Bell pronunció el 10 de Marzo de 1876 la famosa frase llamando a su ayudante, que se encontraba en otra habitación de su laboratorio. Así describe en su diario aquel suceso:

“Entonces grité a la boquilla la siguiente frase: ¡Señor Watson, por favor venga aquí, quiero verle! Para mi deleite, vino y me confirmó que había escuchado y entendido lo que había dicho”.

Alexander Graham Bell

Alrededor de las mismas fechas, el ingeniero estadounidense de origen británico David Edward Hughes trabajaba en el micrófono de carbón inspirándose en el transmisor líquido de Bell y también en el teléfono de Reis. Se supo después que había otros investigadores en un proyecto similar, y que la invención se disputaría en los tribunales, aunque Hughes rechazó patentar el invento decidiendo donarlo como un regalo al mundo, difundiéndolo públicamente en 1878.

David Edward Hughes, inventor del micrófono de carbón. Imagen Wikimedia Commons

Edison era uno de los que también trabajaban en el desarrollo del micrófono de carbón, un invento que resultó tan exitoso que aún hoy en día se sigue fabricando y utilizando, fundamentalmente en aplicaciones de voz, gracias a que permite captar y cubrir el espectro de frecuencia de la voz humana, aunque no es apto para alta fidelidad, debido a su nivel de ruído y su rango de frecuencias no superior a 4 Khz. Edison litigió sobre la autoría del invento con el estadounidense de origen alemán Emil Berliner, que también trabajó en las invenciones del transmisor telefónico, el gramófono o los discos de vinilo. Finalmente, en 1901 el Tribunal de Apelación de Estados Unidos otorgó a Edison todos los derechos sobre el invento del teléfono de carbón.

El primer micrófono de condensador

El primer micrófono llamado de condensador fue patentado en 1917 por Gerhard Sessler y Jim West, de los laboratorios Bell. Fue un gran descubrimiento para la alta fidelidad y los profesionales del sonido, ya que la respuesta de frecuencia de este tipo de micrófono es plana, lo que permite una calidad de sonido muy alta en todo el espectro de frecuencia audible en comparación con otros.

Prototipo de un micrófono de condensador. Imagen Wikimedia Commons

Enseguida, muchas instituciones comprendieron que este tipo de micrófono aportaba grandes ventajas, como la BBC que los comenzó a utilizar en 1926 para sus emisiones de radio. Sólo dos años después una compañía fundada en Berlin, la Neumann, comenzaría a fabricar un micrófono de condensador para profesionales, como estudios de grabación y radiodifusión. Ese micrófono se llamó CMV3 y fue un éxito desde el primer momento, convirtiéndose en un estándar, ya que consiguió fabricarse en masa hasta finales de la Segunda Guerra Mundial.

En 1947 Neumann lanzó el micrófono de condensador U47 que permitía conmutar la captación del sonido entre cardioide y omnidireccional. Su mayor éxito fue en el campo de la grabación, y de hecho se convirtió en un clásico, especialmente desde que el mismísimo Frank Sinatra se negase a cantar o grabar si no disponía de su U47. Los micrófonos Neumann de condensador evolucionaron en modelos y características, su alianza con Telefunken le permitió una distribución global y un prestigio que perduró. Surgieron modelos como el M49, el U67, U87, U89…

Entretanto, también en 1947, la tecnología del micrófono recibiría otro importante aporte al fundarse en Viena la AKG, una empresa austriaca que se especializó en la fabricación de productos electroacústicos profesionales, especialmente auriculares y micrófonos. Otras empresas siguieron el ejemplo de Neumann o AKG, como la japonesa Audio-Technica Corporation, de Hideo Matsushita, que comenzó a fabricar excelentes cápsulas estereofónicas, micrófonos de condensador para uso en estudios de grabación, entre otros componentes de gran valor tecnológico.

CÓMO FUNCIONA UN MICRÓFONO DE CONDENSADOR


El funcionamiento de este micrófono, también llamado “electrostático”, se basa en las diferencias del campo eléctrico entre dos placas. Una de ellas es fija, y la otra, que es más delgada, está unida a un diafragma. Al vibrar el diafragma ante un sonido, se producen diminutos cambios en la distancia que hay entre las dos placas, en consecuencia se producen diferencias de capacidad entre ellas y por tanto de su carga eléctrica. Esas diferencias pueden amplificarse y transmitirse. Normalmente, se utiliza una fuente de corriente externa para polarizar las placas, aunque en los modernos micrófonos “electrect”, que son una variante del micrófono de condensador, las placas ya son polarizadas durante la fabricación.

Micrófonos de condensador tipo “electrect”. Imagen Wikimedia Commons.

Otra modalidad de micrófono electrostático es el llamado de condensador de radiofrecuencia (no debemos confundirlo con el micrófono inalámbrico, donde simplemente se reemplaza el cable que lo une al amplificador por un enlace de radio). Aquí, tanto el diafragma (la placa móvil) como la placa fija, forman parte de un circuito sintonizado de radiofrecuencia (un oscilador), que emite una señal portadora (como la de una emisora de radio); cuando se mueve el diafragma en presencia de sonido, las variaciones de capacidad del condensador modulan la frecuencia del oscilador o la amplitud de la señal (dependiendo del método de modulación empleado), enviándose esa señal modulada a la salida del micrófono. Para obtener el sonido captado originalmente, se utiliza un detector o un demodulador de frecuencia. Toda esa electrónica puede ir instalada dentro del micrófono, por lo que no se necesitan circuitos externos complejos para su funcionamiento.

Como ya se dijo, los micrófonos de condensador consiguen responder de forma plana en toda la banda de frecuencias audible, es decir, entre 20 Hz y 20.000 Hz, por lo que su fidelidad de sonido es muy alta, muy por encima de los micrófonos de carbón, por ejemplo, que son más aptos para aplicaciones de voz.

Continuará…
En próximos artículos: el micrófono dinámico y piezoeléctrico.

FUENTES DE CONSULTA
– Los micrófonos en acústica – Andrés Roldán
– Conceptos básicos de sonido… – Daniel Mosquera
– Diseño, construcción y medición de un micrófono… – J. F. Maestre
– Historia de los micrófonos – Gary W. Elko y otros
– Revistas y publicaciones técnicas


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