Micrófono

David Edward Hughes inventó el micrófono de carbón en 1870.

El primer dispositivo que permitió una comunicación de calidad fue el micrófono de carbón (entonces llamado transmisor), desarrollado independientemente por David Edward Hughes en Inglaterra y Emile Berliner y Thomas Edison en Estados Unidos. Aunque Edison obtuvo la primera patente (después de una larga disputa legal) a mediados de 1877, Hughes logró demostrar que su dispositivo había sido desarrollado durante años, en presencia de muchos testigos. De hecho, la mayoría de los historiadores lo acreditan con su invención.[8][9][10][11]

El dispositivo de Hughes estaba formado por gránulos de carbón empaquetados sin compactar en un recipiente donde solo podía entrar el aire. Las ondas acústicas ejercían presión sobre las partículas de carbón, que reaccionaban y actuaban como un diafragma ejerciendo una resistencia variable al paso de la corriente eléctrica debido a su contenido en carbono, lo que permitía una reproducción relativamente precisa de la señal de sonido.[12] Hizo una demostración de su aparato a la Real Sociedad de Londres magnificando el sonido de insectos a través de una caja de resonancia. La principal desventaja del dispositivo era que con el tiempo perdía sensibilidad. Contrariamente a lo que hizo el inventor estadounidense Thomas Alva Edison, quien solicitó una patente el día 27 de abril de 1877 para su desarrollo,[13] Hughes decidió no registrar la patente donando su invención como un regalo para el mundo.[14]

El micrófono de carbón fue el prototipo que dio origen, de forma directa, a los micrófonos que existen en la actualidad y fue fundamental en el desarrollo de la telefonía, la radiodifusión y la industria del entretenimiento.[15]

Por su parte, Edison perfeccionó el micrófono de carbono en 1886, simplificándolo, consiguiendo una fabricación de bajo costo, y haciéndolo muy eficiente y duradero. Se convirtió en la base para los transmisores telefónicos usados en millones de teléfonos en todo el mundo.[10][14] Este micrófono fue empleado en la primera emisión de radio de la historia, una actuación en el Metropolitan Opera House en 1910.[16]

El siguiente paso importante en el diseño del transmisor estuvo en manos del inventor inglés Henry Hunnings. Utilizó gránulos de coque entre el diafragma y una placa metálica como soporte. Este diseño se originó en 1878 y fue patentado en 1879. Este transmisor era muy eficiente y podría competir con cualquiera de sus actuales competidores. Su único inconveniente era que tenía una tendencia a perder sensibilidad de captación.[17]

En 1916, los Laboratorios Bell desarrollaron el primer micrófono de condensador.[18]

Con el crecimiento de la industria musical y la radio en los años 1920 se estimuló el desarrollo de los micrófonos de carbón de una calidad mayor. El año 1920 se inició la era de los anuncios comerciales en los medios masivos de comunicación. La mayoría de profesionales en comunicación y los artistas de alto perfil como cantantes y estrellas comenzaron a usar los micrófonos en sus respectivos campos.

Jack Brown entrevista a Humphrey Bogart y Lauren Bacall durante una presentación para los soldados estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial.

En 1923 se construyó el primer micrófono de bobina móvil con un uso práctico. Era denominado el magnetófono de Marconi-Sykes. Desarrollado por el Capitán Henry Joseph Round, fue utilizado en los estudios de la BBC de Londres.[19] Esta versión de micrófono fue mejorada en 1930 por Alan Blumlein y Herbert Holman, quienes desarrollaron el HB1A, el mejor micrófono en su momento.[20] En el mismo año, se lanzó al mercado el micrófono de cinta, otro tipo de micrófono electromagnético, que se cree fue desarrollado por Harry F. Olson mediante el uso de ingeniería inversa en un altavoz antiguo.[21]

En 1931 la Western Electric presentó el primer micrófono dinámico, el modelo 600, serie 618.

A través de los años, estos micrófonos fueron desarrollados por varias empresas, las mayores aportaciones a esta tecnología los hizo la compañía RCA, que introdujo grandes avances en el control de patrón polar, para dar direccionalidad a la captación del micrófono. Debido al auge del cine y la televisión, se incrementó la demanda de micrófonos de alta fidelidad y una mayor direccionalidad. El primer micrófono que se desarrolló para la industria del cine fue el PB17. Era un cilindro de aluminio de 17 pulgadas de largo y 6 pulgadas de diámetro, su estructura estaba magnetizada y utilizaba un electroimán que requería una corriente de seis voltios y un amperio.

Ya en el año 1947 se produce un evento importante para la historia del micrófono: se fundó la AKG en Viena, una empresa austríaca que empezó a fabricar accesorios profesionales de audio, en especial micrófonos y auriculares. Y en 1948 Neumann lanzó el micrófono de válvulas U47, el primer micrófono de condensador con patrón polar conmutable entre cardioide y omnidireccional. Acabó convirtiéndose en todo un clásico para grabar voces desde que se supo que Frank Sinatra se negaba a cantar sin su U47.

En 1962 Hideo Matsushita estableció la empresa Audio-Technica Corporation en Tokio. La compañía lanzó los modelos AT-1 y AT-3MM de cápsulas estereofónicas y empezó a suministrar cápsulas a fabricantes de audio. Posteriormente, en 1978, Audio-Technica lanzó los auriculares de condensador ATH-8 y ATH-7. Estos auriculares ganaron diversos premios. Este año también se produjo el desarrollo y lanzamiento de la Serie 800 de micrófonos, y la creación de Audio-Technica Ltd. en Leeds, Inglaterra

El fabricante Electro-Voice respondió a las demandas de la industria del cine desarrollando el "Shotgun microphone" o "Micrófono Boom" en 1963, que ofrecía una captación de audio con mayor enfoque gracias que era unidireccional.

Durante la segunda mitad del siglo XX el desarrollo en tecnología de micrófonos avanzó rápidamente, cuando los Hermanos Shure lanzaron al mercado los modelos SM58 y SM57. La compañía Milab fue pionera en la era digital al lanzar en 1999 el DM-1001.[22] Las investigaciones más recientes incluyen el uso de fibras ópticas, láser e interferómetros.

Es la parte más delicada de un micrófono. En algunos lugares también recibe el nombre de «pastilla», aunque generalmente este término se refiere al dispositivo que capta las vibraciones en los instrumentos como, por ejemplo, en una guitarra eléctrica. El diafragma es una membrana que recibe las vibraciones sonoras y está unido al sistema que transforma estas ondas en electricidad.

El dispositivo transductor sensible de un micrófono se llama «elemento» o «cápsula». Esta cápsula microfónica puede estar construida de diferentes maneras y, dependiendo del tipo de transductor, se pueden clasificar los micrófonos como dinámicos, de condensador, de carbón o piezoeléctricos.

Protege el diafragma. Evita tanto los golpes de sonido (las “p” y las “b”) como los daños físicos causados por alguna caída.

Es el recipiente donde se colocan los componentes del micrófono. En los de mano, que son los más comunes, esta carcasa es de metales poco pesados, ligeros de portar pero resistentes a la hora de proteger el dispositivo transductor.

Prototipo inicial de un micrófono de condensador

Diagrama del funcionamiento de un micrófono de condensador

El «micrófono de condensador» fue inventado en los Laboratorios Bell en 1916 por Edward Christopher Wente.[23] También llamado «micrófono electroestático» o «micrófono de capacitancia» , en este tipo de micrófonos el diafragma actúa como una placa que «condensa» las vibraciones de las ondas sonoras, que producen cambios debido a la variación de la distancia que hay entre el diafragma y la placa. Hay dos tipos, dependiendo del método de extracción de la señal de audio desde el transductor: micrófonos de polarización de CC, y micrófonos de condensador de frecuencia de radio (RF) o de onda corta.

En un micrófono de polarización de CC, las placas son sesgadas con una carga fija (Q). La tensión que existe entre las placas del condensador cambia con las vibraciones en el aire (de acuerdo con la ecuación de la capacitancia ${\displaystyle {C}={Q \over V}}$, donde Q = carga en culombios, C = capacitancia en faradios y V = diferencia de potencial en voltios). La capacitancia de las placas es inversamente proporcional a la distancia entre ellas para un condensador de placas paralelas. El montaje de placas fijas y móviles se llama un «elemento» o «cápsula».

En el condensador se mantiene una carga casi constante. Con los cambios de capacitancia, la carga a través del condensador cambia muy ligeramente, pero a frecuencias audibles es sensiblemente constante. La capacitancia de la cápsula (alrededor de 5 a 100 pF) y el valor de la resistencia de polarización (100 mO a decenas de GΩ) forman un filtro que es de paso alto para la señal de audio, y de paso bajo para la tensión de polarización. Téngase en cuenta que la constante de tiempo de un circuito RC es igual al producto de la resistencia y la capacitancia.

Dentro del marco de tiempo de la variación de la capacidad (tanto como 50 ms a 20 Hz de una señal de audio), la carga es prácticamente constante y el voltaje a través del condensador cambia instantáneamente para reflejar el cambio en la capacitancia. El voltaje a través del condensador varía por encima y por debajo de la tensión de polarización. La diferencia de voltaje entre el sesgo y el condensador se detecta a través de la resistencia en serie. El voltaje a través del resistor es amplificado para mejorar su rendimiento o para su grabación. En la mayoría de los casos, la electrónica del propio micrófono contribuye a la ganancia de tensión, de forma que el diferencial de tensión es bastante significativo, hasta de varios voltios para niveles de sonido altos. Como se trata de un circuito de muy alta impedancia, la ganancia de corriente solo es la necesaria para modificar la tensión constante de referencia.

Micrófono de condensador con diafragma pequeño, modelo AKG C451B

Utilizan una tensión de RF comparativamente baja, generada por un oscilador de bajo ruido. La señal del oscilador o bien puede ser modulada en amplitud por los cambios de capacitancia producidas por las ondas de sonido al mover el diafragma o cápsula, o la cápsula puede ser parte de un circuito resonante que modula la frecuencia de la señal del oscilador. La demodulación produce una señal de frecuencia de audio de bajo ruido, con una impedancia de fuente muy baja. La ausencia de una tensión de polarización alta permite el uso de un diafragma con la tensión más baja, que puede ser utilizado para lograr la respuesta de frecuencia más amplia debido a una mayor sensibilidad. Los resultados del proceso de polarización de RF en una cápsula de impedancia eléctrica más baja, permite que los micrófonos de condensador de RF pueden funcionar en condiciones climáticas húmedas, que podrían crear problemas en los micrófonos que utilizan una corriente de referencia-DC con superficies aislantes contaminadas. La serie de micrófonos Sennheiser "MKH" utiliza la técnica de empuje de RF.

Los micrófonos de condensador abarcan toda la gama de transmisores de telefonía, así como para otros usos, desde los micrófonos de karaoke de bajo costo hasta los micrófonos de grabación de alta fidelidad. Por lo general, producen una señal de audio de alta calidad y ahora son la elección habitual de laboratorios y estudios de grabación. La idoneidad inherente de esta tecnología se debe a la masa muy pequeña que debe ser movida por la onda sonora incidente, a diferencia de otros tipos de micrófonos que requieren que la onda de sonido realice un mayor trabajo mecánico. Requieren una fuente de alimentación, bien a través de las entradas de micrófono en el equipo como alimentación auxiliar o de una pequeña batería. Esta corriente es necesaria para el establecimiento de la tensión de placa del condensador de potencia, y también es necesaria para alimentar la electrónica de micrófono (conversión de impedancia en el caso de micrófonos electret y polarizadas-DC, demodulación o detección en el caso de micrófonos RF/HF). Los micrófonos de condensador también están disponibles con dos diafragmas que pueden ser conectados eléctricamente para proporcionar una gama de patrones polares (véase más adelante), como cardioide, omnidireccional, y en forma de ocho. También es posible variar el patrón continuamente con algunos micrófonos (por ejemplo el Røde NT2000 o el CAD M179).

Un micrófono de válvula es un micrófono de condensador que utiliza un tubo de vacío amplificador (válvula). Siguen siendo populares entre los entusiastas del sonido procesado por válvulas de vacío.

Primera patente del micrófono electret, presentada por G. M. Sessler (páginas 1 a 3)

Un micrófono electret es un tipo de micrófono condensador inventado por Gerhard Sessler y Jim West en los Laboratorios Bell en 1962. La aplicación de una carga externa descrita anteriormente en los micrófonos de condensador se sustituye por una carga permanente en un material electret, un material ferroeléctrico que ha sido permanentemente cargado eléctricamente o polarizado. El nombre proviene de electrostatic y magnet; una carga estática se mantiene asociada en un electret por la alineación de las cargas estáticas en el material, de la misma forma en que un imán el magnetismo se hace permanente mediante la alineación de los dominios magnéticos en una pieza de hierro.

Debido a su buen funcionamiento y facilidad de fabricación, por lo tanto, de bajo coste, la gran mayoría de los micrófonos hechos hoy en día son micrófonos electret; un fabricante de semiconductores estima que la producción anual es de más de mil millones de unidades. Casi todos los teléfonos celulares, ordenadores, PDA y auriculares-micrófonos son del tipo electret. Se utilizan en muchas aplicaciones, desde la grabación de alta calidad y de solapa, hasta en los micrófonos incorporados en pequeños dispositivos de grabación de sonido y teléfonos. Aunque los micrófonos electret fueron considerados inicialmente de baja calidad, los mejores modelos de estos micrófonos pueden ahora competir con los modelos de condensadores tradicionales en todos los aspectos y pueden incluso ofrecer una mayor estabilidad a largo plazo y la respuesta ultra-plana necesaria para un micrófono de medición. A pesar de no requerir tensión de polarización, como otros micrófonos de condensador, a menudo contienen un sistema integrado preamplificador que requiere de energía (a menudo llamado incorrectamente potencia o sesgo de polarización). Este preamplificador es frecuentemente una alimentación fantasma para el refuerzo de sonido y aplicaciones de estudio. Algunos micrófonos monofónicos diseñados para computadoras personales (PC), a veces llamados micrófonos multimedia, utilizan un conector de 3,5 mm, como se usa por lo general, sin toma de potencia, para los equipos estereofónicos; el conector, en lugar de llevar la señal para un segundo canal, lleva la potencia eléctrica a través de una resistencia de (normalmente) un suministro de 5 V en el ordenador. Los micrófonos estereofónicos utilizan el mismo conector; no hay forma obvia de determinar qué sistema es utilizado por equipos y micrófonos.

Solo los mejores micrófonos electret pueden rivalizar en términos de nivel de ruido y calidad con otros tipos de micrófonos de calidad. Por el contrario, se prestan a la producción en masa de bajo costo con unas prestaciones aceptables, lo que ha propiciado su uso masivo en todo tipo de dispositivos.

Patti Smith cantando en un micrófono dinámico (del tipo cardioide) Shure SM58

Los micrófonos dinámicos (también conocidos como micrófonos magneto-dinámicos) trabajan a través de la inducción electromagnética. Son robustos, relativamente baratos y resistentes a la humedad. Esto, junto con su potencial de alta ganancia antes de la retroalimentación, los hace ideales para su uso en el escenario.

Los micrófonos de bobina móvil utilizan el mismo principio dinámico que es utilizado en un altavoz, pero invertido. Una pequeña bobina de inducción móvil, situada en el campo magnético de un imán permanente, está unida a la membrana. Cuando el sonido entra a través de la rejilla del micrófono, la onda de sonido mueve el diafragma, desplazando la bobina que se mueve en el campo magnético, que a su vez produce una variación de corriente en la bobina a través de la inducción electromagnética. Una sola membrana dinámica no responde linealmente a todas las frecuencias de audio. Algunos micrófonos por esta razón utilizan múltiples membranas para las diferentes partes del espectro de audio y luego se combinan las señales resultantes. Combinar correctamente las múltiples señales es difícil, y los diseños capaces de hacerlo son raros y tienden a ser caros. Por otra parte, existen varios diseños que se dirigen más específicamente a partes aisladas del espectro de audio. El AKG D 112, por ejemplo, está diseñado para responder a los sonidos graves en lugar de los agudos. En la ingeniería de audio, se utilizan a menudo varios tipos de micrófonos al mismo tiempo para obtener el mejor resultado.

Edmund Lowe usando un micrófono de cinta

Los micrófonos de cinta utilizan una cinta delgada de metal (por lo general corrugada), suspendida en un campo magnético. La cinta está conectada eléctricamente a la salida del micrófono, y su vibración dentro del campo magnético genera la señal eléctrica. Los micrófonos de cinta son similares a los micrófonos de bobina (ambos producen sonido por medio de la inducción magnética). Detectan el sonido en un patrón bidireccional (también llamado en forma de ocho, como en el diagrama de abajo) porque la cinta está abierta en ambos lados, y porque tiene poca masa, por lo que responde a la velocidad del aire en lugar de a la presión del sonido. Aunque la parte delantera simétrica y la pastilla trasera pueden ser una molestia en la grabación estéreo normal, el rechazo del lado de alta se puede utilizar ventajosamente mediante la colocación de un micrófono de cinta horizontal, por ejemplo, por encima de los platillos de una batería, de modo que el lóbulo trasero recoge únicamente el sonido de los platillos. Las figuras cruzadas en forma de 8 o pares Blumlein, están ganando popularidad en la grabación estereofónica, y la disposición de la respuesta de un micrófono de cinta con forma de ocho es ideal para esa aplicación.

Otros patrones direccionales se pueden producir confinando un lado de la cinta en una trampa acústica o deflector, lo que permite que el sonido llegue de un solo lado. El clásico micrófono RCA Tipo 77-DX tiene varias posiciones externamente ajustables del deflector interno, lo que permite la selección de varios patrones de respuesta que van desde la "forma de ocho" a "unidireccional". Estos micrófonos de cinta mayores, algunos de los cuales siguen ofreciendo una reproducción de sonido de alta calidad, fueron en su momento muy valorados por esta razón, pero solo podían obtener una buena respuesta de baja frecuencia cuando la cinta permanecía correctamente suspendida, lo que les hizo relativamente frágiles. Los materiales utilizados en la cinta se han modernizado, incluyendo nuevos nanomateriales, lo que ha permitido hacer estos micrófonos más fiables, e incluso mejorar su rango dinámico efectivo en las frecuencias bajas. Las pantallas anti-viento de protección pueden reducir el peligro de dañar una cinta antigua, y también reducir las explosiones sonoras en la grabación. Las pantallas de viento correctamente diseñadas producen una atenuación de agudos insignificante. Al igual que otros tipos de micrófono dinámico, los micrófonos de cinta no requieren alimentación auxiliar; de hecho, este voltaje puede dañar algunos micrófonos de cinta antiguos. Algunos nuevos diseños modernos de micrófonos de cinta incorporan un preamplificador y, por lo tanto, requieren alimentación auxiliar. Los circuitos de los micrófonos de cinta pasiva modernos, es decir, los que no tienen el preamplificador mencionado, están diseñados específicamente para resistir el daño a la cinta y al transformador de alimentación auxiliar. También hay nuevos materiales de cinta disponibles que son inmunes al viento, a las explosiones sonoras y a la alimentación auxiliar.

Micrófono de carbón Ericsson, mostrando su interior

Un micrófono de carbono, también conocido como micrófono de botón, utiliza una cápsula o botón que contiene gránulos de carbón prensado entre dos placas de metal como los micrófonos de Berliner y Edison. Aplicando un voltaje a través de las placas de metal, provoca que una pequeña corriente eléctrica fluya hacia el carbono. Una de las placas, el diafragma, vibra en sintonía con las ondas de sonido incidente, aplicando una presión variable a los gránulos de carbón. El cambio de presión deforma los gránulos, causando que el área de contacto entre cada par de gránulos adyacentes cambie, y esto provoca que la resistencia eléctrica de la masa de gránulos cambie. Los cambios en la resistencia produce un cambio correspondiente en el flujo de corriente a través del micrófono, produciendo la señal eléctrica. Hubo una época en que los micrófonos de carbono fueron usados comúnmente en telefonía; tienen una calidad de reproducción de sonido extremadamente baja y un rango de respuesta de frecuencias muy limitado, pero son dispositivos muy robustos. El micrófono de Boudet, que utiliza bolas de carbono relativamente grandes, fue similar a los micrófonos de botón de carbono granular.

A diferencia de otros tipos de micrófonos, el micrófono de carbono también puede ser utilizado como un tipo de amplificador, usando una pequeña cantidad de energía eléctrica. En su inicio, los micrófonos de carbono se utilizaban como repetidores telefónicos, haciendo posible las llamadas de larga distancia en la era anterior a los tubos de vacío. Estos repetidores trabajan mecánicamente, acoplando un receptor telefónico magnético al micrófono de carbono: la débil señal del receptor era transferida al micrófono, donde era modulada en una fuerte corriente eléctrica, produciendo a su vez una fuerte señal eléctrica para enviar por la línea. Una consecuencia de este efecto amplificador era la oscilación producida por retroalimentación, resultando en un chillido audible en los primitivos teléfonos de pared cuando el auricular se colocaba cerca del micrófono de carbono.

Micrófono piezoeléctrico Electro-Voice Century (hacia 1950)

Un micrófono de cristal o piezo micrófono[24] utiliza el fenómeno de la piezoelectricidad —la capacidad de algunos materiales para producir un voltaje cuando se someten a presión, para convertir las vibraciones en una señal eléctrica—. Un ejemplo de esto es el tartrato de sodio y potasio, que es un cristal piezoeléctrico que funciona como un transductor (en forma de componente extraplano), indistintamente como un micrófono o como un altavoz. Los micrófonos de cristal eran suministrados comúnmente con los equipos de tubos de vacío (válvulas), tales como grabadoras domésticas. Su alta impedancia de salida coincide también con la alta impedancia (típicamente de aproximadamente 10 megaohmios) de la etapa de entrada de los tubos de vacío. Eran difíciles de igualar al comienzo de los equipos transistorizados, pero fueron sustituidos rápidamente por los micrófonos dinámicos durante un tiempo, y más tarde por los pequeños dispositivos de condensador electret. La alta impedancia de los micrófonos de cristal los hizo muy susceptibles a los ruidos parásitos, tanto desde el propio micrófono como desde el cable de conexión.

Los transductores piezoeléctricos se utilizan a menudo como micrófonos de contacto para amplificar el sonido de los instrumentos musicales acústicos, para detectar golpes de tambor, para disparar muestras electrónicas, y para grabar sonido en entornos difíciles, como bajo el agua a alta presión. Las pastillas montadas en guitarras acústicas son generalmente dispositivos piezoeléctricos en contacto con las cuerdas. Este tipo de micrófono es diferente de las pastillas de bobina magnética comúnmente visibles en las típicas guitarras eléctricas, que utilizan la inducción magnética, en lugar del acoplamiento mecánico, para recoger las vibraciones.

Micrófono de fibra óptica Optoacoustics 1140

Un micrófono de fibra óptica convierte las ondas acústicas en señales eléctricas mediante la detección de cambios en la intensidad de la luz, en lugar de detectar cambios en la capacitancia o en campos magnéticos, como con los micrófonos convencionales.[25][26]

Durante su funcionamiento, la luz de una fuente láser viaja a través de una fibra óptica para iluminar la superficie de un diafragma reflectante. Las vibraciones del sonido del diafragma modulan la intensidad de la luz que refleja el diafragma en una dirección específica. La luz modulada se transmite entonces a través de una segunda fibra óptica a un fotodetector, que transforma la luz de intensidad modulada en audio analógico o digital para su transmisión o grabación. Los micrófonos de fibra óptica poseen un alto rango dinámico y de frecuencia, similar al de los mejores micrófonos convencionales de alta fidelidad.

Además, no son influidos por campos eléctricos, magnéticos, electrostáticos o radiactivos (esto se llama inmunidad EMI/RFI). El diseño del micrófono de fibra óptica por lo tanto, es ideal para su uso en áreas donde los micrófonos convencionales son ineficaces o peligrosos, como el interior de turbinas industriales o en el entorno de equipos de resonancia magnética (MRI).

Son robustos, resistentes a los cambios ambientales de temperatura y humedad, y se pueden producir para cualquier direccionalidad o adaptación de impedancia. La distancia entre la fuente de luz del micrófono y su fotodetector puede ser de hasta varios kilómetros sin necesidad de preamplificador o de cualquier otro dispositivo eléctrico, por lo que los micrófonos de fibra óptica son adecuados para la monitorización acústica industrial y la vigilancia.

Se utilizan en áreas de aplicación muy específicas, como la detección de infrasonidos y en la cancelación de ruido. Han demostrado ser especialmente útiles en aplicaciones médicas, permitiendo que puedan comunicarse con normalidad los radiólogos, el personal y los pacientes situados dentro del potente campo magnético y del ambiente ruidoso en las salas con equipos de resonancia magnética, así como en las salas de control a distancia.[27] Otros usos incluyen el monitorizado de equipos industriales y detección, calibración y medición de audio, grabación de alta fidelidad y cumplimiento de los niveles sonoros limitados por la ley.[28]

Los micrófonos láser aparecen a menudo en las películas como gadgets de espionaje, ya que pueden ser utilizados para recoger el sonido a distancia desde el equipo de microfónico. Un rayo láser se dirige a la superficie de una ventana u otra superficie plana que se ve afectada por el sonido. Las vibraciones de esta superficie cambian el ángulo en el que el haz se refleja, permitiendo detectar el movimiento del punto del haz láser, que tras regresar al equipo se convierte en una señal de audio.

En una aplicación más robusta y cara, la luz devuelta se divide y alimenta un interferómetro, que detecta el movimiento de la superficie por los cambios en la longitud del camino óptico del haz reflejado. Se trata de un desarrollo experimental; puesto que requiere un láser extremadamente estable y ópticas muy precisas.

Un nuevo tipo de micrófono láser es un dispositivo que utiliza un haz de láser y humo o vapor para detectar las vibraciones sonoras al aire libre. El 25 de agosto de 2009, la patente de Estados Unidos 7.580.533 expedida para un micrófono de detección de partículas de flujo basado en el acoplamiento de láser y fotocélula, con una corriente en movimiento del humo o vapor en la trayectoria del rayo láser. Las ondas de presión del sonido causan perturbaciones en el humo, que a su vez causan variaciones en la cantidad de luz láser que llega al fotodetector. Un prototipo del dispositivo se demostró en la 127a convención de la Audio Engineering Society en Nueva York del 9 al 12 de octubre de 2009.

Micrófono líquido inventado por Alexander Graham Bell en 1876

Los primeros micrófonos no permitieron reproducir el habla de forma inteligible, hasta que Alexander Graham Bell hizo mejoras incluyendo una resistencia variable entre micrófono y transmisor. El transmisor líquido de Bell consistía en un recipiente de metal lleno de agua con una pequeña cantidad de ácido sulfúrico añadido. Una onda de sonido provocaba que el diafragma se moviera, forzando que una aguja se moviera hacia arriba y hacia abajo en el agua. La resistencia eléctrica entre el alambre y el recipiente era entonces inversamente proporcional al tamaño del menisco de agua alrededor de la aguja sumergida. Elisha Gray presentó el anuncio de una versión con una varilla de bronce en lugar de la aguja. Se presentaron otras variantes y mejoras menores al micrófono líquido (ideadas por Majoranna, Chambers, Vanni, Sykes, y Elisha Gray), y Reginald Fessenden patentó su propia versión en 1903. Estos fueron los primeros micrófonos, pero no eran prácticos para su aplicación comercial. La famosa primera conversación telefónica entre Bell y Watson se llevó a cabo utilizando un micrófono líquido.

Los micrófonos del tipo MEMS ("Microelectromechanical systems" en inglés), también son denominados chips microfónicos o micrófonos de silicio. Un diafragma sensible a la presión se graba directamente en una oblea de silicio mediante técnicas de procesamiento de MEMS, y por lo general se acompaña con un preamplificador integrado. La mayoría de los micrófonos MEMS son variantes del diseño del micrófono de condensador. Los MEMS digitales se han construido integrados en circuitos analógico-a-digital (ADC) en el mismo chip CMOS, haciendo del chip un micrófono digital completo, más fácilmente incorporable a productos digitales modernos. Los principales fabricantes que producen micrófonos MEMS de silicio son Wolfson Microelectrónica (WM7xxx) ahora Cirrus Logic,[29] Analog Devices,[30] Akustica (AKU200x), Infineon (producto SMM310), Knowles Electronics, MemsTech (MSMx), NXP Semiconductors (división comprada por Knowles[31]), Sonion MEMS, Vesper, Tecnologías acústicas AAC[32] y Omron.[33]

Más recientemente, ha aumentado el interés y la investigación en la fabricación de MEMS piezoeléctricos, que suponen un cambio de arquitectura y materiales significativo respecto a los diseños de MEMS existentes, basados en la tecnología del condensador.[34]

Un altavoz es un transductor que convierte una señal eléctrica en ondas de sonido. Funcionalmente, es lo opuesto a un micrófono. Dado que los altavoces convencionales se construyen de forma muy parecida a un micrófono dinámico (con un diafragma, la bobina y el imán), los altavoces en realidad puede trabajar "a la inversa", como micrófonos. El resultado, sin embargo, es un micrófono con mala calidad, respuesta de frecuencia limitada (sobre todo en el extremo superior), y una pobre sensibilidad. En la práctica, los altavoces se utilizan a veces como micrófonos en aplicaciones donde la alta calidad y la sensibilidad no se necesitan, como interfonos, walkie-talkies o videojuegos de chat de voz periféricos, o cuando los micrófonos convencionales son escasos.

Sin embargo, hay al menos otra aplicación práctica de este principio: el uso de un altavoz de tamaño medio colocado muy próximo, frente al pedal del bombo de una batería, para actuar como un micrófono. El uso de altavoces relativamente grandes para transducir fuentes de sonido de baja frecuencia, sobre todo en la producción de música, se está volviendo bastante común. Un ejemplo de un producto de este tipo de dispositivo es el Yamaha SUBKICK, un altavoz de graves de 6,5 pulgadas (170 mm) montado frente a los instrumentos de percusión. Al poseer una membrana relativamente pesada, no es capaz de transducir altas frecuencias, por lo que la colocación de un altavoz delante de un bombo a menudo es ideal para captar el sonido del bombo. Con menos frecuencia, los micrófonos en sí mismos se pueden utilizar como altavoces, casi siempre para reproducir sonidos agudos. Los micrófonos, sin embargo, no están diseñados para manejar la potencias que se requieren habitualmente utilizadas para activar los altavoces. Un ejemplo de tal aplicación fue "súper tweeter" STC 4001, derivado de un micrófono. Este dispositivo fue utilizado con éxito en una serie de sistemas de altavoces de alta calidad de la década de 1960 hasta mediados de los años 70.

La respuesta de un micrófono omnidireccional (o no direccional) se considera generalmente que es una esfera perfecta en tres dimensiones. En el mundo real, este no es el caso. Como con los micrófonos direccionales, el patrón polar de un micrófono "omnidireccional" es una función de la frecuencia. El cuerpo del micrófono no es infinitamente pequeño y, como consecuencia, tiende a interferir en su propio campo con respecto a los sonidos que llegan desde la parte trasera, provocando un ligero aplanamiento de la respuesta polar. Este aplanamiento aumenta a medida que el diámetro del micrófono (asumiendo que es cilíndrico) llega a la longitud de onda de la frecuencia en cuestión. Por lo tanto, el micrófono de diámetro más pequeño da las mejores características omnidireccionales a altas frecuencias.

La longitud de onda del sonido a 10 kHz es poco más de una pulgada (3,4 cm). Los micrófonos de medición más pequeños suelen ser de 1/4" (6 mm) de diámetro, lo que prácticamente elimina la direccionalidad incluso hasta de las frecuencias más altas. Los micrófonos omnidireccionales, a diferencia de los cardioides, no emplean cavidades resonantes, por lo que pueden ser considerados los micrófonos "más puros" en términos de baja coloración; agregan muy poca distorsión al sonido original. Ser sensible a la presión puede requerir una respuesta de baja frecuencia muy plana hasta los 20 Hz o por debajo, por lo que los micrófonos sensibles a la presión también responden mucho menos al ruido del viento y a las oclusivas (velocidad sensible) que los micrófonos direccionales.

Un ejemplo de un micrófono no direccional es el modelo "8-Ball", cuyo diseño es una esfera de color negro.[36]

Un micrófono unidireccional es sensible a los sonidos de una sola dirección. El diagrama anterior ilustra varios de estos patrones. En cada diagrama, el micrófono está orientado hacia arriba. La intensidad del sonido de una frecuencia particular se mide perimetralmente de 0 a 360°. Los diagramas profesionales muestran estas escalas e incluyen varias gráficas con diferentes frecuencias. Los diagramas anteriores solo proporcionan una visión general de las formas típicas de los patrones habituales, y facilitan sus nombres.

Micrófono dinámico supercardioide University Sound US664A

El micrófono unidireccional más común es el micrófono cardioide, llamado así debido a que el patrón de sensibilidad tiene "forma de corazón", es decir, una curva cardioide. La familia de micrófonos cardioides se utilizan comúnmente como micrófonos vocales o del habla, ya que son buenos en el rechazo de los sonidos de otras direcciones. En tres dimensiones, el cardioide tiene la forma de una manzana, centrada alrededor del micrófono que sería el "tallo" de la manzana. La respuesta cardioide reduce la captación trasera y desde los lados, ayudando a evitar la retroalimentación de los monitores. Estos micrófonos son direccionales respecto al gradiente de presión del transductor, por lo que ponerlos muy cerca de la fuente de sonido (a distancias de unos pocos centímetros) se traduce en un refuerzo de los graves. Esto se conoce como el "efecto de proximidad".[37] El SM58 ha sido el micrófono más utilizado para voces en directo durante más de 50 años,[38] lo que demuestra la importancia y la popularidad de los micrófonos cardioides.

Un micrófono cardioide es efectivamente una superposición de un micrófono omnidireccional y de un micrófono en figura en 8. Con esta disposición, las ondas sonoras procedentes de la parte de atrás, la señal negativa del dispositivo con figura en 8, cancela la señal positiva del elemento omnidireccional, mientras que para las ondas de sonido que vienen de la parte delantera, los dos se suman entre sí. Un micrófono hipercardioide es similar, pero con una figura en 8 un poco más grande, lo que produce una zona más estrecha de sensibilidad frontal y un lóbulo menor de sensibilidad trasera. Un micrófono supercardioide es similar a uno hiper-cardioide, excepto en que posee una mayor sensibilidad frontal y una trasera todavía menor. Mientras que cualquier patrón entre el omnidireccional y la figura en 8 es posible mediante el ajuste de su mezcla, las definiciones comunes afirman que un hipercardioide se produce mediante la combinación de ambos en una proporción de 3:1, produciendo sensibilidad nula a 109,5 °, mientras que un supercardioide se genera con una relación 5:3, con sensibilidad nula a 126,9°. El micrófono sub-cardioide no tiene puntos nulos. Se produce con una relación de aproximadamente 7:3, con un nivel de 3-10 dB entre la toma delantera y la posterior.[39][40]

Los micrófonos en "Figura de 8" o micrófonos bidireccionales, reciben el sonido por igual de las partes delantera y posterior del elemento. La mayoría de los micrófonos de cinta son de este tipo. En principio no responden a la presión sonara en absoluto, excepto para el cambio de presión entre la parte delantera y la parte posterior; desde su llegada, el sonido alcanza la parte delantera y la trasera de igual manera, y no hay diferencia en la presión. Por lo tanto, no responden al sonido de esa dirección. En términos matemáticos, mientras que los micrófonos omnidireccionales son transductores escalares que responden a la presión desde cualquier dirección, los micrófonos bidireccionales son transductores vectoriales que responden al gradiente a lo largo de un eje normal al plano del diafragma. Esto también tiene el efecto de invertir la polaridad de salida para los sonidos que llegan desde el lado posterior.

Micrófono de cañón Audio-Technica

El tubo de interferencia de un micrófono de cañón. La cápsula está en la base del tubo.

Un reflector parabólico de Sony, sin micrófono. El micrófono se enfrentaría a la superficie del reflector y el sonido capturado por el reflector rebotaría hacia el micrófono.

Los micrófonos de cañón son altamente direccionales. Su patrón direccional tiene un lóbulo muy estrecho en la dirección hacia adelante y rechaza el sonido de otras direcciones. Tienen pequeños lóbulos de sensibilidad a la izquierda, a la derecha, y en la parte trasera, pero son mucho menos sensibles en la parte trasera que otros micrófonos direccionales. Esto es consecuencia de la colocación del elemento en el extremo posterior de un tubo con ranuras cortadas a lo largo del lateral; la cancelación de ondas elimina gran parte del sonido fuera del eje. Debido a la estrechez de su área de sensibilidad, los micrófonos de cañón se utilizan comúnmente en las cámaras de televisión y de cine, en los estadios, y para la grabación de campo de la vida silvestre. Los micrófonos parabólicos tienen características similares, pero a menudo tienen una respuesta de graves más pobre.

Varios enfoques han sido desarrollados para la utilización eficaz de un micrófono en espacios acústicos no ideales, que a menudo sufren de reflexiones excesivas de una o más de las superficies (límites) que componen el espacio. Si el micrófono se coloca en, o muy cerca de, uno de estos límites, las reflexiones de superficie no son detectadas por el micrófono. Inicialmente esto se hizo mediante la colocación de un micrófono normal adyacente a la superficie, a veces en un bloque de espuma acústicamente transparente. Los ingenieros de sonido Ed Long y Ron Wickersham desarrollaron el concepto de colocar el diafragma en paralelo y hacia la frontera. Hasta que la patente expire,[41] los términos "Pressure Zone Microphone" y "PZM" siguen siendo marcas activas de Crown International, por lo que es preferible utilizar la locución genérica «micrófono de superficie». Mientras que el micrófono de superficie se diseñó inicialmente utilizando un elemento omnidireccional, también es posible montar un micrófono direccional lo suficientemente cerca de la superficie para obtener algunos de los beneficios de esta técnica, al tiempo que conserva las propiedades direccionales del elemento. La marca registrada de Crown de este enfoque se denomina "Phase Coherent Cardioid" o "PCC", pero hay otros fabricantes que emplean esta técnica también.

Los micrófonos tienen una característica eléctrica llamada impedancia, medida en ohmios (Ω), que depende de su diseño. En micrófonos pasivos, este valor describe la resistencia eléctrica de la bobina del imán (o mecanismo similar). En los micrófonos activos, este valor describe la resistencia de salida de los circuitos del amplificador. Por lo general, se establece la «impedancia nominal».[44] La baja impedancia se considera en 600 Ω. La impedancia media se considera entre 600 Ω y 10 kΩ. La alta impedancia es superior a 10 kΩ. Debido a su amplificador electrónico incorporado, los micrófonos de condensador típicamente tienen una impedancia de salida entre 50 y 200 Ω.[45]

La salida de un micrófono dado entrega la misma potencia ya sea de baja o alta impedancia.^{[cita requerida]} Si un micrófono se fábrica en versiones de alta y baja impedancia, la versión de alta impedancia tiene un voltaje de salida más alto para una entrada de presión de sonido dada, y es adecuado para usar con amplificadores de guitarra de tubo de vacío, por ejemplo, que tienen una impedancia de entrada alta y requieren un voltaje de entrada de señal relativamente alto para superar el ruido inherente de los tubos. La mayoría de los micrófonos profesionales son de baja impedancia, alrededor de 200 Ω o menos. El equipo de sonido profesional de tubo de vacío incorpora un transformador que aumenta la impedancia del circuito del micrófono a la alta impedancia y al voltaje necesario para activar el tubo de entrada. También hay disponibles transformadores de adaptación externos que se pueden usar en línea entre un micrófono de baja impedancia y una entrada de alta impedancia.

Los micrófonos de baja impedancia son preferibles a los de alta impedancia por dos razones: una es que usar un micrófono de alta impedancia con un cable largo produce una pérdida de señal de alta frecuencia debido a la capacitancia del cable, que forma un filtro de paso bajo con la impedancia de salida del micrófono.^{[cita requerida]} El otro es que los cables largos de alta impedancia tienden a captar más señales parásitas en forma de interferencias electromagnéticas. No se producen daños si la impedancia entre el micrófono y otros equipos no coincide; lo peor que puede ocurrir es una reducción en la señal o un cambio en la respuesta de frecuencia.

Algunos micrófonos están diseñados para que su impedancia no coincida con la carga a la que están conectados.[46] En este caso, puede alterarse su respuesta de frecuencia y causar distorsión, especialmente a niveles altos de presión sonora. Ciertos micrófonos de cinta y dinámicos son las excepciones a este comportamiento, debido a que los diseñadores presuponen que cierta impedancia de carga forma parte del circuito interno de amortiguación electroacústica del micrófono.[47]

Micrófono digital Neumann D-01 y su interfaz digital Neumann DMI-8 USB de 8 canales

El estándar AES42, publicado por la Audio Engineering Society, define una interfaz digital para micrófonos. Los micrófonos que cumplen con este estándar emiten directamente un flujo de audio digital a través de un conector macho XLR o XLD, en lugar de producir una salida analógica. Los micrófonos digitales se pueden usar con equipos nuevos con conexiones de entrada apropiadas que cumplan con el estándar AES42, o bien a través de un dispositivo de interfaz adecuado. Los micrófonos con calidad de estudio que operan de acuerdo con el estándar AES42 están disponibles en las gamas de varios fabricantes.

Para realizar una medición científica con un micrófono, se debe conocer su sensibilidad precisa (en voltios por cada pascal). Dado que esto puede cambiar en la vida útil del dispositivo, es necesario utilizar micrófonos de medición calibrados con regularidad. Este servicio lo ofrecen algunos fabricantes de micrófonos y laboratorios de pruebas independientes certificados. Todo micrófono de medición calibrado es en última instancia trazable según un patrón primario en un instituto nacional de medición, como el NPL en el Reino Unido, el PTB en Alemania y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en los Estados Unidos, que más comúnmente calibran utilizando un estándar primario de reciprocidad. Los micrófonos de medición calibrados con este método se pueden usar para calibrar otros micrófonos utilizando técnicas de comparación de calibración.

Dependiendo de la aplicación a la que se destinen, los micrófonos de medición se deben probar periódicamente (cada año o varios meses generalmente) y después de cualquier evento potencialmente dañino, como caídas (la mayoría de estos micrófonos vienen en estuches acolchados con espuma para reducir este riesgo) o la exposición a sonidos más allá del nivel aceptable.

Marbella Corella, cantante mexicana con un micrófono.

Como se mencionó en las características hay seis tipos de micrófonos:

• Micrófono omnidireccional
• Micrófono de zona de presión
• Micrófono bidireccional
• Micrófono de gradiente de presión
• Micrófono unidireccional de interferencia, línea, rifle, cañón o semicañón.
• Micrófono parabólico

Se establecen tres grupos:

1. Micrófono de presión
2. Micrófono de gradiente de presión o velocidad
3. Micrófono combinado de presión y gradiente de presión

Los 6 tipos de micrófonos más importantes son:

1. Micrófono electrostático: de condensador, electret, etc.
2. Micrófono dinámico: de bobina y de cinta
3. Micrófono piezoeléctrico
4. Micrófono magnetoestrictivo
5. Micrófono magnético
6. Micrófono de carbón

Micrófono de mano durante un concierto.

Existen seis tipos de micrófonos según su uso:

1. Micrófono de mano o de bastón: Diseñado para utilizarse sujeto con la mano. Está diseñado de forma que amortigua los golpes y ruidos de manipulación.
2. Micrófono de estudio: No poseen protección contra la manipulación, pero se sitúan en una posición fija y se protegen mediante gomas contra las vibraciones.
3. Micrófono de contacto: Toman el sonido al estar en contacto físico con el instrumento. Se utiliza también para disparar un sonido de un módulo o sampler a través de un MIDI trigger.
4. Micrófono de solapa, de corbata o Lavalier. Micrófono en miniatura que posee filtros para evitar las bajas frecuencias que produce el roce del dispositivo con la ropa.
5. Micrófono inalámbrico: La particularidad de este dispositivo es la posibilidad de utilizarlo sin cable. Pueden ser de solapa o de bastón (de mano). No necesitan el cable al poseer un transmisor de FM (más habitual que uno de AM).
6. Micrófono mega direccional: Micrófono con una zona de grabación de 50 cm. Sirve para grabar a una sola persona o fuente desde distancias mayores.