El otro día, al diseñar un conjunto de micrófonos, busqué sin pensarlo una cápsula de micrófono de condensador electret. Para ser estrictamente preciso pedí un paquete de ellas, estos pequeños micrófonos cilíndricos son de altísima calidad para su precio relativamente diminuto.

Sólo al enviar el pedido se me ocurrió una idea por primera vez en mi vida: ¿Qué es un micrófono de condensador electret?

Un micrófono de condensador es bastante fácil de explicar. Es un condensador formado por una lámina conductora muy fina que funciona como diafragma, montada delante de otro conductor, normalmente un trozo de malla. Las ondas sonoras hacen vibrar el diafragma, y estas vibraciones cambian la capacitancia entre el diafragma y la malla.

Si esa capacitancia se incorpora a un circuito RC con una impedancia muy alta y se aplica un voltaje elevado, se coloca una carga casi constante sobre ella. Como la carga se mantiene constante, al cambiar la capacitancia se produce una pequeña fluctuación de voltaje que se puede recuperar como señal de audio del micrófono. Los micrófonos de condensador construidos de esta manera pueden ser de muy alta calidad, pero tienen el inconveniente de necesitar una fuente de alimentación de alto voltaje para suministrar la carga y un amplificador para amortiguar y magnificar el audio.

El micrófono de condensador electret que compré por unos centavos es un micrófono de condensador, así que ¿por qué no hay suministro de alto voltaje? La respuesta viene del material que compone su diafragma, un electret es un material que lleva una carga permanente sin necesidad de una alimentación de alto voltaje para mantenerla. El micrófono electret funciona exactamente igual que cualquier otro micrófono de condensador, pero la carga permanente de su diafragma electret es suficiente para producir una tensión recuperable a través de él. La cápsula contendrá un FET como amortiguador de alta impedancia para proporcionar una salida utilizable con un suministro de CC de una sola pila AA.

Así que habiendo respondido a la pregunta de qué es un micrófono de condensador electret, queda una pregunta más fundamental: ¿qué es un electret? Seguramente no puede ser posible que un material retenga una carga eléctrica indefinidamente, eso es magia, ¿no? Una búsqueda en la web permite encontrar a algunas personas que parecen pensar así, ya que parece que los electrets cuentan con una multitud de “pensadores alternativos” que buscan medios para cosechar esa carga estática como fuente de energía gratuita. Está claro que hace falta algo de información significativa, y para ello nos dirigimos a los muchos profesores de química y física que han puesto sus materiales de curso en línea.

Dipolos, ¿cómo funcionan?

Un dipolo, en sentido químico, es una molécula que posee una diferencia de carga eléctrica entre sus diferentes partes. En un extremo puede haber un grupo funcional con un exceso de electrones, mientras que en el otro puede haber uno con un déficit de electrones. Un ejemplo comúnmente citado de una molécula con esta propiedad es el agua, forma una molécula H-O-H en forma de V, con el oxígeno en su punto con mayor carga negativa y los hidrógenos en sus puntos con mayor carga positiva.

Un sólido formado por moléculas que contienen dipolos no tiene carga estática, porque esos dipolos están alineados en un orden aleatorio tal que no se produce ningún gradiente de carga. Pero si todas las moléculas de un sólido pudieran alinearse de forma que sus dipolos estuvieran en la misma dirección, entonces sus extremos cargados negativa y positivamente estarían dispuestos espalda con espalda. Piense en ellos como una gran pila de baterías en miniatura en serie, con el lado del material hacia el que apuntan sus polos negativos haciéndose rico en electrones y aquel hacia el que apuntan sus polos positivos haciéndose deficiente en ellos.

Sin embargo, es importante subrayar que la analogía de la batería funciona sólo en la medida en que ayuda a visualizar cómo los dipolos se alinean para crear un gradiente de carga unificado, y no para dar la impresión de comportarse como si fueran una batería real. Para que un material electreto posea una carga persistente debe ser también un aislante, ya que si fuera un conductor eléctrico la carga simplemente se conduciría y se neutralizaría. Por lo tanto, no puede fluir ninguna corriente desde un material electret, y los sueños de energía libre de nuestros pensadores alternativos en la web deben quedar inevitablemente en nada.

Electret DIY

Sabiendo ahora qué es un material electret, la siguiente pregunta de cualquier lector de Hackaday que se precie debe ser “¿Cómo puedo hacer uno?”. A lo que la respuesta es sorprendentemente sencilla, y te alegrará saber que tienes la posibilidad de hacerlo tú mismo. Se funde un sólido que contiene moléculas con un dipolo y se deja enfriar y solidificar en presencia de un gran campo eléctrico. Esta descripción de la fabricación de un electreto, escrita por nuestro propio , debería servirle para empezar en su cocina bien equipada, suponiendo que su cocina esté dotada de una fuente de alimentación de 30 kV.

Se puede utilizar una gran variedad de materiales para producir electretos, incluyendo una gran cantidad de polímeros comúnmente disponibles. También hay electretos de origen natural, de los cuales el cuarzo es un ejemplo, y sustancias naturales a partir de las cuales se pueden fabricar, como la cera de carnauba, la cera de abejas y la colofonia. Este PDF tiene una lista de algunos de los materiales y, en particular, de los polímeros (página 5).

Si decides fabricar tú mismo un material de electretos, aparte de replicar un micrófono de pocos centavos con gran esfuerzo, ¿qué uso podrías darle? Una búsqueda en Google Patents arroja una abrumadora mayoría de aplicaciones acústicas, con una larga lista de micrófonos, transductores y audífonos. Sin embargo, hay algunos otros usos, por ejemplo un filtro de aire en el que la carga mantenida por el electreto es suficiente para atrapar las partículas de polvo cargadas en el flujo de aire. En Internet se menciona de pasada su uso como elementos de enfoque para pantallas CRT, y en la página de Wikipedia sobre electret se menciona su uso en fotocopiadoras, pero en ninguna de estas aplicaciones hay mucha más información. Tal vez lo mejor sea considerar la fabricación casera de electret como una de esas curiosidades que uno puede probar porque puede hacerlo.

Si fabrica un electret con éxito, le rogamos que lo escriba y lo envíe a nuestra línea de consejos.

Imágenes de cápsulas de micrófono electret en el banner: Engineer’s Garage.