마이크의 작동원리

[JAZZ]

작동원리

마이크는 어떻게 소리를 전기적 신호로 바꾸는가?

마이크의 동작 원리

마이크가 소리를 수음하는 방법과 그것을 전기적 신호로 전환하는 마이크의 변환장치는 소리에너지를 전기적인 에너지로 바꿔준다. 다시 말하자면, 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. 마이크의 작동원리는 마이크의 기본성능을 결정한다. 변환장치의 가장 보편적인 형태로는 다이내믹과 콘덴서타입이 있다.

마이크의 선택과 배치에 관한 기술은 사운드 강화 시스템에서 오디오의 질에 주된 영향을 미친다. 공연악기의 음향강화를 위해선 마이크 기술의 몇가지 객관적 조건이 있다. 우선 원하는 악기로부터 적당한 소리의 수음을 최대화 하는 것, 악기로부터 원하지 않는 소리의 수음을 최소화 하는 것이다. 그리고 피드백 이전에 충분한 이득을 제공하는 것이다. 원하는 악기로부터의 적절한 소리란 공간에 적당한 악기 자체의 소리와 소리가 갖는 특성을 의미한다. 원하지 않는 소리란 근접된 악기로 부터의 직접 혹은 주변소리를 의미하며 혹은 무대나 배경 잡음이 해당한다. 피드백 이전에 충분한 이득이란 사운드 시스템 내에서 피드백이나 울림 없이 충분한 수준의 음향강화를 의미한다. 이런 요소들간에 적절한 균형을 유지하는 것은 각 요소들간의 희생이나 양보가 뒤 따른다. 이 자료에서 SHURE의 장비개발 엔지니어들은 이런 목적을 얻기 위해 각각의 악기에 다양한 마이킹 기술을 충고 하고 있다. 이런 기술에 대한 기반을 쌓기 위해 마이크와 악기 그리고 음향적인 환경의 중요한 특성을 이해할 필요가 있다. 훌륭한 사운드를 위한 가장 중요한 마이크의 특성은 작동원리, 주파수 반응 그리고 지향성이다. 그외의 마이크의 특징은 전기적 출력 외관 디자인이다.

심화

마이크의 작동원리라 함은 마이크 내부에 있는 변환기의 형태를 지칭하는 것으로 변환기는 어떤 에너지를 다른 에너지로 바꿔주는 기기를 뜻하며 마이크의 경우에는 소리가 갖고있는 에너지를 전기적인 에너지로 바꾸는 것을 의미한다. 이렇듯, 소리를 채음해 전기적인 신호로 바꿔주는 것이 바로 마이크의 역할인 것이다. 이러한 작동원리는 마이크의 기본적 성능을 결정짓는다. 마이크의 가장 일반적인 형태는 다이내믹과 콘덴서의 2가지 형태이다. 마이크에 사용되는 여러 가지 다른 작동원리 (리본, 크리스탈, 카본등)가 있지만 이러한 형태는 주로 커뮤니케이션 시스템이나 마이크의 발전 단계면에 국한되는 분류로 교회음향 분야에는 이런 분류를 찾아보기 힘들다. 다이내믹 마이크는 축소형 음향구동 전기 발생기 형태를 구성하는 다이어프램/음성코일/마그넷 구조로 이루어져 있다. 음파가 얇은 플라스틱 멤브레인 (다이어프램)에 부딪히면 다이어프램이 진동하고 다이어프램 후면에 있는 소형코일 (음성 코일)이 함께 진동한다. 음성코일 자체는 소형의 영구자석에 의해 형성된 자기장으로 둘러싸여 있는데 이 코일의 움직임이 바로 다이내믹 마이크에 채음된 소리에 상응하는 전기적 신호를 발생시키는 요인이다. 상대적으로 다이내믹 마이크는 간단한 구조로 이루어져 있어서 경제적이면서도 견고하고 음질이 매우 뛰어나 마이크가 사용되는 모든 분야에 우수한 성능을 발휘한다. 특히, 극도로 높은 음압을 견뎌낼 수 있도록 설계되어 있어 다이내믹 마이크에 과부하가 걸리는 일은 거의 일어나지 않는다. 이러한 다이내믹 방식은 일반 음향강화 시스템에 가장 널리 사용되는 형태로서 교회음향 분야에 있어서 그 활용도가 매우 높다. 컨덴서 마이크는 전기적으로 충전된 다이어프램/백플레이트가 소리반응 캐패시터를 형성시키는 구조로 이루어져 있다. 음파는 견고한 “백플레이트” ( 금속 또는 금속코팅된 세라믹) 바로 앞쪽에 장착되어 있는 얇은 금속 또는 금속 코팅된 디이어프램을 진동 시킨다. 전기 용어로 이러한 구조를 캐패시터라고 하는데 (전통적으로 “컨덴서” 라 불림) 전하나 전압을 충전 시킬 수 있다. 캐패시터가 충전되면 다이어프램과 백플레이트 사이의 공간 비율에 따라 그 사이에 전기장이 형성된다. 백플레이트와 관련된 이 다이어프램의 움직임 때문에 둘 사이의 공간이 진동하고 이것이 마이크에 채음된 소리를 전기적 신호로 바꿔주는 것이다. 컨덴서 마이크는 전기적 충전 상태를 유지하기 위해 필요한 구성품들이 있다. “일렉트렛”(electret) 컨덴서 마이크는 영구적으로 충적되어 있는데Teflon™ 과 같은 특수물질이 백플레이트나 다이어프램에 침전되어 있다. 다른 형태의 마이크는 외부 전원으로 충전된다. 모든 컨덴서 마이크에는 일반 마이크 입력 신호에 출력신호가 매치되도록 해주는 부가적 회로가 포함되어 있어서 모든 컨덴서 마이크는 건전지나 “팬텀파워” (마이크 자체 케이블을 통해 전원을 공급하는 방법)로 일정량의 전원이 공급되어야 한다. 이런 부가적인 회로 때문에 컨덴서 마이크는 다음과 같은 2가지의 잠재적 제약을 받는다. 첫째, 회로로부터 발생미세한 소음이 발생하고, 둘째, 회로가 견딜 수 있는 최대 신호 레벨이 한정돼있다는 것이다. 하지만 뛰어난 회로 설계로 잡음 레벨이 낮으며 넓은 다이내믹 범위를 갖는다. 컨덴서 마이크는 다이내믹 마이크보다 훨씬 더 복잡하며 다소 가격이 비싼 편이다. 그러나, 컨덴서 마이크는 높은 감도를 꾸준히 유지할 수 있고 특히, 고주파 대역의 음을 부드러우면서 보다 자연스럽게 재생한다. 평탄한 주파수 응답과 확장된 주파수 범위를 보다 쉽게 얻을 수 있을 뿐 아니라 성능을 저하시키지 않고 소형으로 제작이 가능하다. 컨덴서 마이크를 사용할지 다이내믹 마이크를 사용할지를 결정하는 요인은 음원과, 신호가 도달하는 최종 위치뿐 아니라 마이크의 설치방법에 달려있다. 실무적인 견지에서 볼 때, 만약 마이크를 큰 강당이나 실외와 같이 열악한 환경에서 사용할 것이라면 다이내믹 마이크를 사용하는 편이 나을 것이고 사원, 소규모 강당, 또는 극장과 같이 음향 환경을 조절할 수 있는 곳에서는 몇몇 음원에 대해 고품격의 음질이 요구되는 경우, 컨덴서 마이크를 사용하는 것이 좋다.

-참조-

㉠ 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 ?鰥坪? 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