마이크(microphone) 에 관한 기초적인 이야기

[부팀장]

마이크(microphone) 에 관한 기초적인 이야기



마이크는 음향 에너지를 전기에너지로 변환 시키는 기기로 전기 신호 처리의 제 1단계이며 소리의 입구이다. 이러한 마이크의 역할 때문에 소리의 완성에 있어서 최후 까지의 음질을 좌우하는 대단히 중요한 요소이다. 그러므로 우수한 믹서 일수록 마이크의 선택에 신중하며 그 선택 또한 어렵다. 그저 가격이 비싼 마이크가 무작정 좋다고 말할 수도 없으며 각각의 특성을 따져 보고 적절한 곳에 사용하여야 한다.



1. 마이크의 원리

마이크의 원리는 기본적의로 음파의 크기에 따른 진동판의 변화를 전기 신호로 바꾸어 주는 것이다. 그 방식으로는 전기 저항 변화, 자기 변화, 압정 변화, 정전 용량 변화 등으로 구분 된다.

㉠ 전기 저항 변화형 마이크
카본 마이크가 대표적이다. 절연 케이스 내에 카폰 입자를 넣고 그 양단에 운모 막을 배치한다. 음압에 의해 움직이는 이 운모 판은 카본 입자의 전기 저항을 변화 시킨다. 그 결과 카본에 흐르는 전류(전지 또는 다른 전원에서 공급 된다)는 소리의 파형에 비례한 변조를 받는다. 이 전기 변화를 출력으로 사용한다. 대단히 튼튼 하지만, 주파수 범위가 대단히 좁고 지향성을 갖추기가 곤란하므로 별로 사용하지 않는다.
※사용 예 ; 전화기의 송화기 ← 요즘은 별로 사용 하지 않는다.

㉡ 압전형 마이크
어떤 물질에 압력을 가하여 변화 시키면 전압이 발생한다.(피에조 효과) 이러한 물질( 예;수정)을 이용하여 만들어진 마이크이며, 주파수 범위가 한정적이며 무지향성 이다. 크리스털 마이크가 대표적이며 튼튼하고 대량 생산에 적합하여 가격이 싸다.
※사용 예 ; 수중 마이크, 소형 테이프 레코더의 부속 마이크

㉢ 자기 변화형 마이크

ⓐ 리본 마이크 파형의 주름을 잡은 얇은 금속박으로 만든 가는 리본이 그 양 끝이 고정 되어, 강력한 자석의 양 극 사이에 매어 달린다. 음파에 의해 리본이 진동 하면 리본의 양 끝에서 약간의 전압이 발생한다. 특징 ; 음색이 부드럽고 특성이 좋다. 특히 목소리에 대하여 부드러운 맛이 있어 방송용의 낭독등에 적합하다. 콘트라 베이스와 같은 저음 현악기, 우드 베이스 수음등에 사용 하면 독특한 매력이 있는 중후한 음이 얻어 진다. 앞뒤 방향에 민감한 지향성 마이크이다.
사용상 주의점 ; 구조상 충격에 약하다. (입으로 세게 불기만 해도 고장이 난다) 야외용으로는 사용 하지 않는다.(바람에 약하다) 강력한 영구 자석이 사용 되므로 자기 테이프나 손목시계등을 가까이 하지 않는다.
※대표적 모델 ; BEYER M-160, M-260 AIWA VM-17 RCA BK-5B, 77-DX

ⓑ 다이나믹 (dynamic) 마이크
moving coil형 이라고도 하며 원통의 자석 둘레에 가동 코일을 놓고 이 코일을 진동판으로 동작시켜 코일에 발생하는 전류를 이용한 마이크이다. 마이크의 설계에 의해서 각종 지향성의 마이크를 만들 수 있다.
특징 ; 튼튼하고 동작이 안정적이다. 마이크에 별도의 전원이 필요 없다. 취급이 간편하고 기동력이 풍부하다. 비교적 값이 싸다. 부드러운 맛이 있는 자연스러운 음을 내므로 대중음악의 보컬용으로 좋다. 대음량 음원에 대한 순응성이 있어 베이스 드럼 등의 저음 악기용에 널리 사용 된다. 바람에 대한 영향력이 적어 야외 자연 음의 수음이나 인터뷰 등에 이용된다. 진동막이 가볍고 견고한 재질을 사용하여 지향성을 예리하게 만들 수 있어 여러 용도로 널리 사용한다.
※대표적 모델 ; SHURE SM-57, SM-58, SM-63 AKG D-222, D-224 SENNHEISER MD-421, MD-441

ⓒ 정전 용량 (condenser)형 마이크
대단히 얇은 금속박으로 만든 진동판이 아주 작은 틈새를 두고 고정 전극과 마주한 채 콘덴서를 형성한다. 이 콘덴서에는 대단히 높은 저항을 통해서 직류 전압이 가해지고 있다. 소리에 의하여 진동판이 움직이면 콘덴서의 용량이 변하므로 이 전압도 변화 한다. 이것을 음성 신호로 사용 하는 것이 콘덴서 마이크이다. 콘덴서 마이크는 가볍고 강하며 주파수 특성이 좋은 것을 제작할 수 있으며 진동판이 소형이기 때문에 마이크 캡슐의 형상도 아주 작게 만들 수 있다.
특징 ; 전극에 전압을 걸어야 하고 전극이 높은 임피던스 이므로 전극 가까이에 앰프를 설치해야 하므로 마이크에 전원이 있어야 한다. 전원, 접속 점이 많아 다이나믹형보다 기동성이 떨어진다. 주파수 특성이 대단히 좋아 악기 수음에 절대적 이다. 앰프에 FET사용으로 건전지로 작동되어 기동성이 개선 되었고 모양도 작아져 취급이 간편해 졌다. 과도특성이 우수하여 음압이 크지 않은 타악기나 현악기 수음에 적당하며, 목소리에 대해서는 '?i' 발음이 강조되며 바람에 대해서도 잡음이 발생하기 쉬우므로 목소리나 야외 수음에는 부적합하다.
※대표적 모델 ; SONY ECM-50, C-38 NEUMANN U-87, U-89 SENNHEISER MKH-416, MKH-816 SHURE SM-85, SM-87 AKG C-451


2. 마이크의 지향성

소리는 공기의 기압진동이며 이 압력의 변화는 음원에서 전방향으로 균일하게 전파한다. 역으로 어느 한 지점에서 소리의 압력의 변화는 어느 방향에 서나 똑같다. 즉 음압 변화를 감지하는 압력형 마이크는 전 지향성이 된다. 음파가 진행하는 일직선상의 A점과 B점에서 본다면 그 거리에 비례 한 위상차가 생긴다. 한편 소리는 진행 방향을 향하여 어느 속도로 전파된다.이 두 지점의 위상차를 이용한 속도형 마이크는 양지향성 마이크가 된다. 마이크의 지향성은 기본적으로 압력형과 속도형의 조합으로 구성되며 마이크의 종류에 관계없이 설계할 수 있다.

※ 기초 지식 ; 진동판의 주위가 밀폐되고, 한쪽 면만이 음원을 향하는 구조 일때, 모든 방향에서 오는 음압은 진동판을 균일한 힘으 로 움직여 무지향성이 된다. 진동판의 앞뒤에서 균일한 음압이 가해지도록 하면 양 지향성이 된다. 진동판의 앞쪽에 대하여 뒤쪽에 가해지는 음파의 위상이 반대가 되도록 하면 카디오이드 특성이 얻어진다.
㉠ 무지향성(전 지향성) 모든 방향에 균등한 감도를 가지고 있다. 그룹의 소리를 집음 하는데 적합하다. 피드백이 문제가 되기 때문에 스피커에 근접하여 사용하는 것은 권장 할 수 없다. 불필요한 소리를 모두 집음 하기 때문에 잔향이 있는 곳에서의 사용도 적합하지 않다.
㉡ 단일 지향성 (카디오이드형) 심장의 모양과 흡사한 지향 패턴이다. 앞쪽에서의 감도가 최대이고 뒤쪽의 감도는 거의 없다. 하이퍼 카디오이드나 슈퍼 카디오이드는 뒤쪽의 감도가 조금 남아 있지만 앞쪽으로는 좁은 협각의 지향성을 가지고 있으며 옆쪽의 감도는 거의 없다. 스피커로 부터의 피드백을 방지할 수 있고 필요한 곳의 소리만을 수음 할 수 있다. 스튜디오 녹음시 악기 상호간 의 간섭을 방지 할 수 있다.
㉢ 양 지향성 (8자 패턴) 앞쪽과 뒤쪽에 각각 동그란 지향 패턴을 가진다. 좌우와 위아래에 감도가 작은 부분을 가지고 있다. 앞뒤 감도에 차가있는것, 극단적으로 양 옆의 감도가 둔한 것들이 있다. 양쪽에 이야기를 하는 사람이 있는 경우, 악기 녹음시 직접음과 방의 반향음을 조금 가하려 할 때 도움이 되며, 라디오 드라마 녹음 시 정면에서 감도가 내려가는 측면으로 조금만 이동해도 훨씬 멀리 걸어간 것 같은 효과를 낸다.
㉣ 초 지향성 (건 마이크) 특별히 지향성이 예민하여 한 방향(10~20도)의 소리 밖에 수음 되지 않는다. 단일 지향성 마이크 2개를 같은 선상에서 거리차를 두 고 그 출력의 차를 출력하면 지향 페턴이 예민해 진다. 현재 실용 되는 마이크는 가는 파이프의 측면에 좁은 흠(SLIT)을 많이 만들어 놓고 그 파이프의 한쪽에 무지향이나 단일 지향성 마이크를 붙여서 만든 것이다.

※※ 마이크의 지향성은 카메라 렌즈의 지향성과 달리 지향 각도 밖에 있는 소리도 수음 되므로 수음시에는 자신이 원하는 소리 이외의 소리가 얼마나 들어오는지 직접 확인하여야 한다. 지향각 이외의 소리는 음질이 나쁘며 주파수 마다 지향특성이 어떤지 확인 하여야 한다.


3. 마이크의 형상과 용도별 특징

마이크의 모양은 개발된 이래 표준적인 사이즈는 크게 변하지 않았다. 보통의 마이크는 음원에서 30Cm~3M 전후에서 최고의 성능을 발휘하도록 설계되어 있다.

㉠ 핸드 마이크
음원에 근접하여 사용하는 것을 전제로 설계되었으며, 핸들링 노이즈(handling noise)가 없고 팝(pop)노이즈에 강할 것, 근접 효과가 작고 음이 또렷해야 하고 명료도가 높아야 한다.대표적인 마이크인 SM 58은 가수 소리를 명료 하게 수음 하기 위하여 입 가까이에 서 사용하도록 설계되어 주파수 특성이 평탄하지 않다. 근접효과의 상쇠를 위하여 저역을 극단적으로 잘라 버려 떨어진 위치에서 사용하면 저음이 나지 않는다.

㉡ 초소형 마이크
TV 프로그램의 화면상에 마이크를 없애고 싶을 때 초소형의 콘덴서 마이크를 사용 한다. 뉴스나 해설,교육 프로그램등에 사용 된다. 가슴이나 넥타이에 달아도 양호한 음질이 되도록 설계되어 있으며 평탄한 주파수 특성과 무 지향성이 많다.

㉢ 초지향성 마이크
음원에서 어느 정도 떨어진 거리에서 최적의 음질과 S/N 비가 좋아 주위의 잡음이나 울림을 제거하도록 설계되었다. TV나 영화에서 어떠한 마이크라도 화면에 나오는 것이 허용 되지않을때 사용 하며, 가까이 접근이 곤란한 취재 현장이나 새소리 벌레소리 등을 수음할 때 사용 한다.

㉣ PZM (pressure zone mic)
최근에 개발된 마이크로 벽면이나 마루면에 부착하여 반사음에 의한 위상 상쇠를 없애고 어느 정도 떨어진 곳의 음이라도 넓은 주파수 범위에 걸쳐 명료한 수음을 할 수 있다. 또한 마루면과의 거울 효과로 출력이 2배가 되는 이점이 있다. TV 프로그램의 무대 중계나 오페라,스포츠 등의 수음에 사용 된다.(예; 탁구대 밑에 부착)

㉤ 콘택트 (contact) 마이크
특수한 마이크의 일종으로 물체의 진동을 직접 수음 하는 전자형 콘택트 마이크다.(예;기타나 현악기의 몸통에 직접 부착하여 진동 을 수음 한다.)

㉥ 수중 마이크
물속을 전파하는 음 중에서 가청 주파수 대역의 음을 수음하는 마이크로서 수압에 의해 공기중에서 사용 하는 진동판은 사용 할 수 없고 방수 대책도 필요 하므로 압전형이 대부분이며 음향 특성이 물과 비슷한 고무,유기 플라스틱, 기름 등을 넣어 진동판을 구동하는 방식을 사용한다.

㉦스테레오 마이크
스테레오 마이크는 하나의 몸체 내에 두개의 마이크를 수용하여 만든 것으로 보통의 콘덴서형 가변 지향성 마이크로 되어 있으며 XY 마이크와 MS 마이크가 있다.
ⓐ XY 마이크 ;음원에 대하여 두개의 마이크로 각도를 주어 서로 다른 정보를 수음하는 방식이다. (마이크의 배치가 XY모양이다.) 음원의 종류나 그 배열 상태, 음원과의 거리 등에 의해 양 유닛의 각도를 조정하면 스테레오 정위나 퍼짐 등을 변화 시킬 수 있다. 따라서 거리나 위상차에 의한 스테레오 수음이 된다. 간단히 두개의 지향성 마이크로도 같은 수음이 가능하다.
ⓑ MS 마이크 ; mid-side 마이크의 약자로 한쪽 마이크의 유닛을 단일 지향성으로 하고 (mid) 다른 한쪽의 유닛을 양 지향성으로 하여(side) 서로 90도의 각도를 주어 배치 한다. 그래서 이 두 마이크의 합과 차를 각각 L채널과 R채널로 하여 스테레오 신호로 사용 한다. 따라서 음량차에 의한 스테레오 수음이 된다. 두 마이크의 합과 차를 만들어줄 별도의 회로가 필요하여 전용 마이크가 아니면 간단히 구성되지 않는다.

㉧ 무선 (wireless) 마이크
보통의 마이크와 달리 케이블이 없이 마이크 헤드 내에 송신기를 포함시켜 VHF나 UHF 대의 전파로 송신하여 수신기로 수신하는 방식이다. 마이크의 케이블이 없기 때문에 행동이 자유로우며, 스튜디오뿐 아니라 야외 중계나 무대의 오페라, 연극등에 효과적으로 사용된다. 보통 마이크의 송신기는 신호가 약하기 때문에 수신기 쪽에서 2개의 안테나를 사용하여 안정된 쪽의 신호를 취하는 다이버시티 (diversity) 방식을 사용 한다. VHF대 방식보다 UHF대 방식이 신호가 좋으며 고급품이다


4. 마이크의 물리량

㉠ 감도
마이크의 감도는 마이크에 일정한 음압을 가했을 때 출력에 발생하는 전압 또는 기전력으로 표시한다. 일반적으로 오픈 회로(open circuit) 출력 전압을 mV 로 표시하고 있지만 1V = 0dB 의 dB 단위로도 표시한다. 1μbar의 음압을 마이크에 가했을때 마이크의 오픈 회로 출력이 1mV라면 마이크의 감도는 1mV/μbar 또는 -60dB(1V/μbar = 0dB)로 표시한다. (CGS 단위) 앞의 예를 1pa(pascal)=1N/㎡(N=뉴턴의 힘 단위) 의 MKS단위로 표시하면 10mV/pa 또는 -40dB(1V/pa=0dB)로 표시 한다.

㉡ 주파수범위
일정한 전압의 기준 음을 가했을때 출력전압의 주파수 특성은 음색에 관계되는 중요한 특성이다. 보통의 범위는 30Hz 에서 18kHz대의 인간의 가청 주파수 대역에 대하여 만족된다.

㉢ 출력 임피던스
마이크의 출력 임피던스는 프로용이 60,150,250,600Ω 등의 낮은 임피던스이고 일반 아마추어용은 10,50kΩ등 높은 임피던스가 보통 사용된다. 임피던스가 낮으면 약 300m 정도의 긴 길이의 케이블의 사용이 가능하며 높은임피던스의 마이크는 약 50m이상의 케이블의 사용은 곤란하다.

※ 임피던스 ; 회로에 대한 교류 저항치로서 주파수 마다 차이가 있으므로 측정 주파수를 표시하여야 한다. 음향 기기에서 별도의 표시가 없으면 1kHz 에 대한 임피던스이다. 음향 기기의 상호간의 접속에서 임피던스를 같게 하는 것은 매우 중요 하며 그렇지 않으면 신호의 손실이 발생하여 주파수 특성이 나빠지든지 일그러짐이 발생한다.

㉣ 평형과 불평형
평형은 2개의 신호선과 신호선을 감싼 1개의 쉴드로 되어 있고, 불평형은 1개의 신호선과 1개의 쉴드로 이루어져 있다. 마이크에만 한하지 않고 신호의 전송에서 신호선이 독립되어 있는 평평형이 외부의 잡음에 강하고 전송 특성이나 S/N 비도 우수하므로 프로용으로 사용 된다.

참고 서적 ; 방송 기술의 이해, 스테이지 사운드, 사운드 시스탬의 모든 것 등