La Física del Teléfono: De Ondas Sonoras a Señales

Un teléfono es un sistema transductor que convierte energía acústica ↔ energía eléctrica ↔ ondas electromagnéticas. Aquí la cadena física:

1. Acústico → Mecánico (Micrófono)

• Ondas sonoras (variaciones presión, 20 Hz–20 kHz) golpean diafragma (MEMS capacitivo, electret, bobina dinámica, o gránulos carbón en vintage).
• Desplazamiento diafragma x(t) ∝ presión p(t).
• Mic carbón (vintage): Resistencia R(t) varía con compresión → modulación corriente.
• Electret/MEMS (moderno): Capacitancia C(t) varía → modulación voltaje (alta impedancia, necesita buffer FET).
• Dinámico: Bobina se mueve en campo magnético → voltaje inducido v(t) = -N dΦ/dt.

2. Acondicionamiento Señal Eléctrica

• Preamp: Buffer alta-Z, ganancia (20–40 dB), filtro anti-aliasing.
• ADC (Analógico-Digital): Muestreo 8 kHz (banda estrecha), 16/24/48 kHz (banda ancha/fullband), 12–16 bit. Companding μ-law / A-law (G.711) o codecs modernos (Opus, EVS, AMR-WB).
• Packetización: Tramas 20 ms → RTP/UDP/IP → Ethernet/Wi-Fi/Celular.

3. Medios Transmisión

• Línea fija (PSTN): Analógico: banda base eléctrica par trenzado (DC + AC). Digital: DS0 (64 kbps) en jerarquía TDM (T1/E1, SONET/SDH).
• Celular: Modulación RF (OFDMA, SC-FDMA) en espectro licenciado (600 MHz–40 GHz). Ondas EM propagan vía onda suelo, difracción, dispersión, reflexión.
• VoIP: Paquetes sobre IP (fibra, coax, cobre, inalámbrico). QoS (DiffServ, MPLS) prioriza voz.

4. Eléctrico → Mecánico → Acústico (Receptor/Altavoz)

• Receptor (auricular): Armadura balanceada (alta eficiencia, pequeño) o driver dinámico. Desplazamiento diafragma recrea onda presión.
• Manos libres: Driver dinámico (bobina móvil) en caja ventilada. Mayor desplazamiento para SPL.
• Conducción ósea: Transductor piezo acopla a cráneo → cóclea directamente.

5. Capa Red (Conmutación)

• Conmutación circuitos (PSTN): Timeslot 64 kbps dedicado extremo-a-extremo (señalización SS7).
• Conmutación paquetes (VoIP/4G/5G): Multiplexación estadística, buffer jitter, PLC (ocultación pérdida paquetes).

📐 Constantes Físicas Clave

• Velocidad sonido en aire: 343 m/s (20°C).
• Velocidad EM en fibra: ~2×10⁸ m/s (n=1.468).
• Velocidad EM en cobre: ~2×10⁸ m/s.
• Oído humano: 20 Hz–20 kHz, 0 dB SPL umbral, 120 dB dolor.
• Ancho banda telefonía: 300–3400 Hz (banda estrecha), 50–7000 Hz (banda ancha), 20–20000 Hz (fullband).

Conclusión: Teléfono = mic (acústico→eléctrico) + codec (analógico↔digital) + red (conmutación/enrutamiento) + altavoz (eléctrico→acústico). Física: mecánica, electromagnetismo, teoría información, procesamiento señal.