마이크(Microphone)의 종류와 특성

[관운]

마이크(Microphone)의 종류와 특성

많은 청중들 앞에서 공연을 하거나 혹은 연설을 할 때는 평소에 우리가 낼 수 있는 소리보다 더욱 큰 음량의 소리,

즉 멀리 있는 사람들에게까지 들릴 수 있도록 증폭된 소리가 필요하다.

그 한계를 극복하기 위해 필요에 의해 Microphone과 Amplifier, 또 Speaker가 개발되게 되었다.

그리고 현대생활에서는 전화기, 컴퓨터 등 생각지 못했던 보다 많은 곳에 Microphone과 Amplifier가 사용되고 있다.

이렇듯 우리가 흔히 사용해왔고 또 일상생활에서 자연스럽게 쓰여지고 있으나

명확하게는 알지 못했던 Microphone에 대해 알아보기로 하며, 전체적으로는 Microphone의 원리와 종류,

수음의 형태에 따른 그 각각의 구조 그리고 그 용도에 따라 분류해서 알아보도록 하자.

I. Microphone이란?

Microphone은 음파(Sound wave)를 전기전압(Electrical Voltage)의 형태로 변환해주는 장치이다.

다시 말해 음향에너지를 전기에너지로 바꾸어주는 변환기인 것이다.

1. Microphone의 작동원리

소리에너지(공기분자의 운동에너지-진동)가 마이크의 앞쪽에 설치된 프라스틱 혹은 금속재질의 아주 얇은 진동판을 건드리면 진동판의 떨림으로 인하여 동력이 발생하게 된다. 이는 전자기유도(그림1)를 이용한 발전기의 원리와도 같다.

코일의 자기장 변화로 발생된 전류를 유도 전류라 하면 이 유도전류를 흐르게하는 전위의 차이를 기전력 또는 유도 전압이라 한다.

이 때 큰소리는 큰 떨림으로 커다란 전압을 발생시키게 되고 작은 소리는 작은 떨림으로 작은 전압을 발생시키는 것이다. 이렇게 발생된 전압은 목소리에 대한 전기적 신호로서 Amplifier를 통해 증폭되게 되고 마이크와 반대의 원리를 가진 스피커를 통해 다시 소리에너지로 변환되어 우리에게 들려지게 되는 것이다.

2. Microphone의 발명

실제로 마이크의 발명은 소리를 크게 증폭하기 위해서가 아닌 멀리 있는 사람에게 전할 수 있는 전기신호로의 출발이 더 먼저였다. 이런 필요로 1827년 찰스 휘트라는 사람이 최초로 마이크로폰의 원리를 생각해냈다고 한다. 그러나 1876년 벨에 의해 발명된 전화기의 송수화기가 최초의 마이크로폰이자 스피커라고 한다. 에디슨과 더 많은 발명가들에 의해 카본 마이크가 발전되었고 그 후 많은 종류의 마이크로폰이 개발되어 사용되어 왔다. 현대에는 그 수음부의 형태에 따라 리본, 크리스탈, 다이나믹, 콘덴서 마이크로폰의 4가지 정도의 마이크가 가장 많이 쓰이고 또 그 중에서 성능과 실용성의 측면에서 탁월한 다이나믹 마이크로폰과 콘덴서 마이크로폰이 가장 보편적으로 사용되고 있다.

I. Microphone의 구조와 특성

1. 카본 Microphone

최초의 마이크로폰으로 알려져 있으며 절연 물질로 만들어진 용기의 양단에 두 개의 운모막을 설치하여 직류 전극(+, -)을 각각 연결한다.

용기는 탄소가루로 채워지고 운모막이 진동판 역할을 하게되어 소리의 에너지가 들어오게 되면 극간의 전기 저항이 변하면서 전류를 발생시키게 되는 원리를 이용했다. 내구성이 좋고 감도도 좋지만 주파수 범위가 좁고 잡음이 많아 음질이 매우 좋지 않고 불안정하여 현대에는 전화기를 제외하고는 거의 사용되지 않는다.

2. 크리스탈 Microphone

공기의 압력을 받게되면 판막은 pin으로써 로셀염이나 티탄산 바륨과 같은 크리스탈을 연결하여 받은 압력을 흡수하여 전기 신호로 변환시킨다. 소형 경량에 감도가 매우 높은 편이나 고온 고습에 많은 영향을 받는다. 맞으나 약한 특성을 가진다. 현대에는 전화기 무전기 등에 쓰여지고 있다.

3. 리본 Microphone

리본 마이크포폰은 벨로시티 마이크(Velocity Mic)라고도 하며 떨림판과 무빙코일 대신 주름진 얇은 금속 리본을 자기장 안에 매달아 음파가 리본에 도달하면 리본이 진동하면서 자기장을 형성하고 이에 따라 전압이 유도된다.리본을 사용하므로 음색이 매우 부드럽고 자연스러운 소리를 내며 아주 맑은 고음을 재생하는 장점이 있지만 너무 민감해서 충격이나 급격한 음압의 변화에 약하여 근거리에서 입력이 클 경우 파열음이 많이 발생한다. 또, 리본마이크로폰은 얇은 알루미늄박으로 되어있기 때문에 쉽게 파손되고 소형화가 불가능하여 스튜디오의 녹음용이나 고정밀 음향 측정용, 레코딩용으로만 가끔 사용되어 진다.

4. 다이나믹 Microphone

무빙코일 마이크로폰이라고 하며 다이나믹 스피커와 동일한 구조이다.

진동판에 붙어있는 코일이 영구자석을 감싸고 있는 형태로 진동판에 소리의 에너지가 가해지면 코일이 움직이며 전압을 발생시킨다.

외부전원이 따로 필요 없고, 구조가 단순하기 때문에 외부충격, 온도,습도 등에 잘견디며 강한 소리에도 무리 없이 처리하기 때문에 실내 스튜디오뿐만 아니라 실외 공연장에서도 많이 사용하고 있다. 다이나믹 마이크로폰은 5kHz대의 중고음이 많아 일반적인 녹음에는 무리가 있으나 드럼이나 일렉트릭 기타 그리고 라이브 보컬에는 오히려 최적의 조건으로 작용한다.

다이나믹 microphone의 특징

1) 감도가 낮다. 일반적으로 2mV/Pa 정도의 낮은 감도를 가지고 있어서 높은 증폭이 필요하다.

콘덴서 마이크의 경우는 약 20mV/Pa의 감도를 가진다.

2) 주파수 특성이 좋지 않다. 스피커와 마찬가지로 낮은 주파수에서 공진을 하며 이 공진 주파수 이상에서 사용할 수 있어 저역이 제한된다. 또한 높은 주파수에서도 특성상 굴곡이 있어 평탄한 주파수 특성을 얻기 힘들다. 따라서 측정용 마이크로폰으로 사용할 수 없다.

3) 고유잡음이 없다. 이것은 다이나믹 마이크로폰의 장점으로서 음파가 없으면 출력도 없으므로 잡음의 발생이 전혀 없다. 반면에 콘덴서 마이크는 내부에 증폭회로가 있음으로 인해 일정량의 고유잡음이 있다.

4) 전원이 필요없다. 팬텀 전원이 필요한 콘덴서 마이크로폰과는 달리 전원없이 입력이 가능하며, 증폭을 통해 출력을 얻을 수 있다.

5) 견고하다. 콘덴서 마이크로폰은 온, 습도의 변화에 약하여 다루기 힘든 반면에 다이나믹 마이크로폰은 취급시에 보다 마음 편하게 다룰 수 있다. 날카로운 소리를 원치 않는 브라스나 목관악기, 음압이 큰 앰프를 사용하는 악기나 드럼에 많이 사용되며 특히 근접효과가 적어 가까이 사용하는 가수 목소리나 야외 수음용에 좋다.

5. 콘덴서 Microphone

평면적인 고정전극에 상대하여 얇은 진동막의 전극을 배치, 콘덴서를 형성시켜 직류전압을 가하면 양극간에 전하가 생겨 부하 저항기에 흐르는 전류가 변화한다. 즉, 진동판의 떨림으로 인해 고정판 사이에 아주 미약한 신호가 발생되면 이 신호를 프리앰프에 보내 사용가능한 신호로 바꾸어주는 구조로 되어 있다. 마이크 내부의 콘덴서와 프리앰프를 작동시키기 위해서는 전원이 필요한데 건전지를 넣는 것도 있지만 일반적으로는 외부에서 공급하게 되었다. 통상적으로 48V를 공급하지만 마이크로폰에 따라서는 100V가 넘는 경우도 있다.

콘덴서 마이크로폰은 주파수 특성이 아주 좋아 고품질의 녹음에 아주 적합하나 아주 섬세한 진동판과 전기가 공급되는 내부구조로 인해 온도와 습도에 약하기 때문에 조심스럽게 사용해야하는 단점을 가지고 있다.

콘덴서 마이크의 특징

1) 전원이 필요하다.

2) 주파수 범위가 매우 넓어 부드러운 소리를 제공한다.

3) 대부분 높은 주파수대가 신장되어 있어 섬세한 소리에 적합하다. 날카로운 소리를 원치 않는 부라스나 목관악기, 음압이 큰 앱프를 사용하는 악기나 드럼에 많이 사용되며 근접효과가 적어 가까이 사용하는 가수 목소리나 야외 수음용에 좋다. 1

II. Microphone의 지향성 패턴

다이나믹마이크로폰이나 콘덴서마이크로폰이나 종류와 상관없이 모든 마이크로폰은 소리가 오는 방향에 따라 반응이 다르다.

지향특성 (Polar Patterns)은 0도와 만나는 그래프 중심을 마이크축으로 하고, 0도, 90도, 180도로 구분하여 소리를 수음(pickup)할 때의 마이크 지향성을 동심원 그래프상에 그림으로 나타낸 것이다. 수음패턴은 크게 네가지로 분류할 수있다.

1) 무지향성 패턴(Omni-directional)

사실상 모든 방향에서 똑같은 감도로 음을 포착한다. 그러나 일부 무지향성 마이크로폰에서 원형의 지향특성은 음의 주파수가 스펙트럼의 최상단으로 상승할 때 약간 타원형이 되기도 한다. 자연음등의 섬세한 음을 수음하거나 엠비언스를 수음할때 주로 다용된다. 가격대비 성능이 우수한 슈어사의SM-60이 대표적이다.

2) 양지향성 마이크로폰 또는 8자형 지향성 마이크로폰

0도와 180도에서는 최대, 90도에서는 최소, 그리고 그 두점사이의 각도에서는 다양한 감도로 소리를 받아들인다. 이 패턴은 숫자 8의 고리(lobe)의 사이즈가 서로 연관되어 바캡에 따라 변화한다. 이 종류의 마이크는 현재 거의 콘덴서형 마이크로폰이며 여러 종류의 지향특성을 선택, 사용할 수 있도록 되어 있는 것이 특징이 다. 쌍지향성의 마이크로폰은 핸드용은 없고 고정시켜 사용되는 스탠드형만 있다. 대표적인 것으로는 노이만(Neumann)사의 U87i, U89i, TLM-150 등과 AKG사 의 C414EB가 유명하다. 이것들은 모두 콘덴서형으로여러 종류의 지향특성을 제공한다. 용도는 무지향성 마이크의 예와 마찬가지로 섬세한 음원의 수음 등, 고급용으로 사용되며 토크쇼 등 양쪽에서 수음할 때 효과적으로 사용된다.

3) 단일지향성 또는 카디오이드 마이크

일반적인 대부분의 마이크로폰은 이 형태이며 가장 활용도가 높다. 감도는 0도에서 최대, 180도에서는 최소, 그리고 그 사이에서는 다양한 감도로 소리를 받아들인다. 이 패턴은 그래프에서 90도 아래에 위치한 로브의 크기와 모양이 변함에 따라 변화한다. 전방향이 최대감도이며 후방향이 최소감도이다. 또 지향각이 더욱 좁은 것으로는 고지향성 (Hyper/Su-per cardioid)과 Gun type의 초지향성(Ultra-directional/Lobe) 마이크로폰이 있다.

4) 반원 지향특성 마이크

바운더리(boundary)나 압력(pressure-zone; PZM)마이크에서 볼 수 있다 PZM은 평면 위의 모든 방향과 파장에서 똑같이 잘 수음되므로 그 패턴은 원의 형태를 보이고, 경계선 뒤로부터 오는 소리는 수음하지 못하는 특성이 있다.

마치며...

지금까지 마이크로폰의 종류와 그 구조, 그리고 각 마이크로폰의 특성과 활용에 대해 간단히 알아보았다. 사실 깊게 들어가자면 한 없이 들어가야 하는 학문이 마이크로폰에 대한 테크놀러지이다. 여기서 우리가 크게 감명 깊게 느낄 것은 무엇보다 수음에 대한 우리 인간들의 끊임없는 노력이다.

자연에서 발생되는 혹은 인위적으로 발생되는 ‘소리를 어떻게 하면 더 좋은 신호로 만들어 다시 재생 할 수 있을까’에 관한 우리 인간들의 연구는 계속적으로 발전을 거듭하여, 너무나도 훌륭한 결과물들을 경쟁적으로 내놓았으며 앞으로도 그러할 것이다.

서울종합예술학교 실용음악학부 서형무 교수