마이크의 주파수 응답 특성

마이크의 주요 특성 중 주파수 응답(특성)에 관한 이야기를 하고자 합니다.
마이크는 제조사, 타입, 크기 등 종류별로 정말 많은, 다양한 특성을 갖고 있습니다.
이러한 특성에 대한 기준에 관한 이론을 설명하고자 합니다.

마이크의 주파수 응답 (특성)

주파수 응답 개요

주파수의 특성은 마이크로폰이 동일한 레벨(오차범위 ±3dB)로 재생할 수 있는 주파수 범위입니다. – 마이크도 표준화된 기준으로 작동하도록 설계되어 있기 때문에 이러한 설명으로 표현하는 부분입니다.

왜 이러한 레벨 기준(오차범위 ±3dB)을 정해놓았는지에 대한 설명은 조금 더 공학적인 분야에서 설명해야 하므로 이 부분은 지금은 생략하고자 합니다. (수학적 표현과 공식과 계측에 관한 이야기가 마구 나올 수 있습니다)

주파수 특성 커브는 각 주파수에 대한 마이크의 출력 레벨을 데시벨로 나타낸 그래프입니다. 주파수 특성을 표현한 마이크의 정축(마이크 헤드 기준 중앙) 주파수 응답 곡선은 일정한 정축 입력 신호를 가했을 때 가청 주파수 범위의 출력을 측정한 것 입입니다.

마이크에 일정한 다양한 레벨로 신호를 전달할 때 표현되는 주파수(음색) 반응을 나타냈다는 내용입니다. 각 마이크마다 동일한 신호를 가했을 때 구현되는 음색이 전부 다릅니다. 이러한 표현을 정의하고 정리한 것을 주파수 반응(응답)이라고 합니다. 신호를 가하고 돌아오는 반응을 보는 것이기 때문에 ‘응답’이라고 표현하는 것입니다.

사람의 가청 주파수 전체 범위인 20 ~ 2,000Hz 주파수 범위에 걸쳐서 출력 레벨(dB)을 일반적으로 그린 이 응답 곡선은 마이크가 특정 주파수에 어떻게 반응하는지에 대한 중요한 기준 데이터와 여러 가지 판단할 할 수 있는 중요한 단서를 제공해 줄 수 있습니다. – 위에서 언급한 내용을 좀 더 정리해서 표현한 내용입니다.

하지만 이러한 측정 결과나 데이터값이 마이크의 선택이나 성질을 표현하는 데 있어, 절대적인 기준은 될 수 없습니다. 왜냐하면 마이크가 어떻게 소리를 내는지를 결정하는 데는 수치로 표현할 수 없는 다양한 다른 변수들이 존재하며, 이들 중 일부는 측정에 대한 정확한 기준조차도 없기 때문입니다.

게다가 소리는 보이지 않은 현상 중 하나이며 이를 받아들이고 판단하는 주체는 사람이기 때문인데, 사람이 받아들여서 표현하는 방식은 사람 개인마다 기준이 달라서 표준을 정의하기 힘들기 때문입니다. 다만 어느 정도 공론화되고 객관화된 다수의 데이터를 바탕으로 절대적인 기준은 세울 수 없지만 어느 정도의 통념화된 기준은 세울 수 있기 때문에 이를 만들고 적용하게 되는 것입니다. (이러한 기준이 없이는 이론을 체계화하고 응용하고 개발, 발전할 수 없기 때문입니다)

이러한 이유로. 모든 음향적 판단은 표면화된 기준하에서 사용자(사람)의 귀에서 비롯된 감각과 느낌, 생각으로 최종 판단해야 합니다.

주파수 응답 응용

보통 말하기를 모든 주파수에 동일하게 반응하도록 설계된 마이크는 균일한 주파수 응답을 보인다고 말하며 표현하는데 이와 같은 마이크의 특성은 고른 주파수 응답 곡선이 정축에서 측정되었고 전체적으로 만족스러운 응답을 보이게 됩니다.

또한 오디오 스펙트럼의 고, 중, 또는 저주파수를 강조하거나 또는 강조하지 않도록 만들어서 마이크에 특정한 음의 특성을 부여할 수 있는 경우가 있는데

이는 정축을 벗어나 측정되었을 때 특정 주파수에 민감하거나 불규칙한 곡선을 보일 수도 있으며,

이러한 신호의 변형이 정축을 벗어난 음향이 유입되는 형태로 마이크에 전달되는 곳에서 작동될 때, 마이크의 소리에 영향을 미칠 수 있어서

유입된 신호가 다른 정상적으로 마이크를 통해 들어와야 할 신호와 합쳐져서 음질 변화를 초래하기도 합니다. 이런 경우 축을 벗어난 주파수 응답이 정축 곡선과 함께 표시되기도 합니다.

만약 악기를 정확하고 자연스럽게 녹음하려면 사용하는 마이크의 주파수 특성이 악기의 주파수 범위보다 넓어야 하는데

일반적으로 그래프는 1kHz의 출력 레벨을 0dB로 표시하고 이 레벨을 중심으로 다른 주파수의 출력 레벨을 나타냅니다. 이때 마이크는 음원의 60~90cm 앞에 놓고 측정합니다.

주파수의 특성이 평탄한 마이크는 원음과 거의 동일한 음색을 재생하고 5~10kHz 사이의 레벨이 높은 마이크는 악기의 하모닉스를 크게 재생하므로 드럼과 기타 앰프에 사용하면 선명도가 개선되고 어택과 댐핑이 뚜렷해집니다.

또한 한편 원거리 음원에 대한 마이크의 주파수 특성을 함께 설명하자면 마이크 정면으로는 주로 직접음이, 측면과 후면으로는 수많은 반사음이 전해집니다. 직접음에 대한 주파수 특성을 프리 필드 특성이라 하고 측면과 후면의 반사음에 대한 주파수 특성을 확산 필드 특성이라고 합니다.

이상적인 마이크라면 레벨만 다를 뿐 주파수 특성은 거의 비슷해야 하지만 대부분의 마이크들은 두 주파수 특성에 약간의 차이를 보이고 있으며, 특히 무지향성 마이크의 확산필드 특성은 프리필드에 비해 고음이 현격히 떨어집니다. 그러므로 필요에 따라 이퀄라이저를 사용하기도 합니다.

울림에 관하여

보통 울림이라고 하면 마이크에서 수음 하고자 하는 직접적인 음원 소스(직접 음)외에 간접적으로 수음되는, 여러가지 주파수 특성을 가진 수음 되는 음원 들을 이야기 합니다.

이러한 울림을 긍정적으로 이용하기도 하지만 지금은 부정적 관점에서 이야기하는 소음에 관하여 다루고자 합니다.

마이크 사용 주체(사용자) 가 원하는 소리를 제외한 나머지 불필요한 소리를 ‘소음’이라고 정의하는데요, 울림은 이러한 소음의 일종으로 분류되기도 합니다.

예를 들어, 스튜디오 부스 내에서 가수 녹음 시 발생되는 에어컨, 전기 장치, 조명 등의 소음, 기타 원인들로 인해 발생하는 소음, 공간 구조로 인해 발생하는 소음 등이 울림의 원인이 됩니다.

일단 울림을 제거하기 위한 가장 우선적인 방법은 울림의 원인을 파악하고 제거 하는 것이 가장 우선적인 부분이고, 그다음은 이하의 여러 가지 방법으로 울림을 줄이거나 제거할 수 있습니다.

▪ 충격 방지 받침을 사용하여 진동 표면과 마이크 스탠드로부터 마이크를 분리
– 바닥 진동에 의한 울림 현상 발생 시 물리적으로 바닥 울림을 차단하기 위한 방법

▪ 제한적인 저주파수 응답을 보이는 마이크를 선택 – 되도록 저주파수 특성이 적은 마이크 사용

▪ 저주파수 차단 필터를 사용하여 광범위한 주파수에 반응하는 마이크의 응답을 제한
– 마이크의 특성은 최대한 살리고 사용 시 불필요한 주파수 대역대를 제한하는 방법

▪ 기타 소음의 특성을 파악하여 해당 음압, 주파수를 분석한 후 보완하거나 제거하는 방법을
고민하여 적용합니다.

근접효과

대부분의 마이크에서 발생하는 또 다른 저주파수(Low Frequency) 부스트 현상으로 근접 효과 가 있습니다. 근접효과란, 말 그대로 마이크와 음원 간의 거리에 따른 현상으로 마이크 헤드와 음원간의 거리가 30cm 이내로 근접 할때 저주파수가 부스트 되는 현상의 발생을 말합니다.

악기나 다른 음원 특성보다는 주로 사람의 음성으로 인한 발생이 많습니다. 악기나 다른 음원보다 사람에 의해 주로 더 많이 발생하는 이유는, 사람의 호흡 기관과 발성 기관이 동일하여 호흡 하면서 노래하거나 말하기 때문에 소리의 발생 행위 (노래, 연설 등) 시 공기의 전달 세기도 함께 직접 마이크로 전달됩니다.

이에 따라 전달되는 공기와 소리의 음색이 혼합된 주파수 분포 중 공기의 전달로 인한 저주파수의 전달이 더 크게 작용하고 이러한 작용이 근접효과를 더 부각하게 만듭니다. 이러한 저주파수의 증가는 마이크와 음원 간의 거리에 비례하여 나타나며 일정 거리 이상으로 멀어지면 감쇠됩니다.

마이크 지향 특성에 의해서도 차이가 나타납니다. 물리적인 특성에 의한 발생인데요, 아무래도 수음 각도에 따른 특징이 상대적으로 적은 카디오이드 특성의 마이크보다, 넓은 수음 반경 특성이 있는 양방향 마이크 또는 무지향 마이크에서 다소 크게 발생합니다.

이러한 효과를 줄이기 위해 마이크에 저주파수 차단 필터 스위치가 있는 경우 사용하면 음원 수음 단계에서 차단에 도움이 됩니다. 하지만 대부분 이러한 스위치는 고가의 콘덴서 마이크에 부착되어 있는 경우가 많습니다. (자본주의적 논리입니다)

그리고 마이크 종류에 따라서도 달라집니다. 마이크의 특성에 다룬 내용으로 큰 음압과 공기 저항에 강한 다이내믹 계열의 마이크가 아무래도 근접 효과에도 좀 더 유리하고,

넓은 주파수 특성과 수음력이 높은 콘덴서 마이크의 경우에 평소 음원을 수음하는 데는 유리하지만 근접효과 발생에 대해서는 좀 더 불리합니다. 그래서 고급형 콘덴서 마이크에 위에서 언급한 필터와 패드 스위치가 달려있는 이유입니다.

이런 스위치가 없다면, 운용 수단 (음향 콘솔, 각종 툴) 에 내장되어 있는 이퀄라이저에서 조정하여 없애거나 감쇠시킬 수 있습니다.

저주파수 또는 그 외 주파수 대역대가 근접 효과로 인하여 부각되어 발생할 경우 해당 주파수 대역대를 ‘컷’하여 원하는 만큼 조정하거나

대부분의 근접효과는 저주파수에 고른 분포를 보이기 때문에 ‘로우컷 필터’를 사용하여 원하는 대역대 이하를 완만하거나 급한 커브로 없애줄 수 있습니다.

보통 조정할 때 150Hz~200Hz를 중심 주파수 기준으로 설정하고 청감 혹은 스펙트럼 분석을 활용하여 조정해주면 쉽게 조정할 수 있습니다.

근접효과와 이와 관련한’ㅍ’, ‘ㅂ’의 팝핑을 줄이거나 제거하는 또 다른 방법은 윈드스크린 또는 팝 필터를 사용하거나 아까도 언급한 마이크 지향 특성을 다변화하여 사용하는 방법이 있습니다.

하지만 이러한 근접 효과가 마냥 불필요한 것은 아닙니다. 지금은 다양한 방법과 장비의 사양이 과거와는 다르게 발전하였고 디지털 편집 기술의 발달로 인해 음원을 원하는 대로 조정할 수 있기 때문에 문제가 없지만

과거에는 마이크와 물리적 특성으로만 소리를 조정하고 만들 수 있었기 때문에 이러한 근접효과의 특성도 소리를 만드는 데 긍정적으로 이용하기도 하였습니다.

특히 근접효과는 저주파수에 특정화된 성질이 있기 때문에 이를 이용하여 유난히 얇은 특성의 음색을 지닌 보컬 음색을 보완하거나 EDM 계열의 DJ 음악에서 일부러 저음을 부각 시키고자 할 때 오랫동안 즐겨 사용해 왔습니다.

이렇듯 마이크의 특성에 따른 선택은 엔지니어, 제작자, 아티스트의 가장 중요한 역할을 하는 주요 작업 도구였습니다.

이처럼 마이크의 다양한 특성을 이해하고 사용에 접근해야 보다 세밀하고 풍성한 결과를 얻을 수 있기 때문에 기본 단계의 이론을 알고서 음원 제작을 시작해야 여러 가지로 도움을 얻을 수 있을 것입니다.