마이크의 개요와 분류

마이크의 개요와 작동 방식에 따른 분류에 대해서 이야기하고자 합니다.

보통 마이크라고 흔히 불리는 마이크로폰은 소리를 전송하거나 녹음하기 위한 기술적으로 중요한 장치이며 녹음, 방송, 라이브 공연 등 미디어 분야 외에도 군사, 통신 분야 등과 같은 다른 다양한 음향 응용 분야에서도 중요한 역할을 하고 있으며 최근에는 유튜브 등 온라인 디지털 콘텐츠 제작 분야 등에서도 다양하게 활용되고 있습니다.

개요

마이크의 개념은 19세기 중반인 1827년, Charles Wheatstone 경에 의해 개발된 “Sound Magnifier”라 불리는 단순한 음성 증폭 장치를 통해 마이크로폰의 초기 형태로 등장하였습니다. 그리고 Thomas Edison이 1877년에 카본 마이크를 개발하였으며, 이것이 이후 전화와 녹음 기술에 중요한 역할을 담당하였습니다.

이후 1916년에 콘덴서 마이크, 1920년에 다이내믹 마이크 등의 개발을 거쳐 지금의 현대에는 디자인과 기능이 발전된 초소형 핀, 무선, 디지털 오디오 방식 등의 마이크들의 개발로 이어져 왔고 가전제품, 스마트폰, 자동차, 산업용 장비 등 다양한 분야에도 중요한 역할로 활용되고 있습니다.

분류

마이크는 소리(음향, 파동) 에너지를 전기 에너지(오디오 신호)로 변환시켜 주는 장치이기 때문에, 모든 음향 시스템의 구성 흐름 중에 가장 선두에 구성되어 역할을 담당하는 장치입니다.

기본 동작 원리는 소리의 진동이 마이크의 진동판을 통해 운동에너지로 변환되고, 이로 인해 미세한 교류 전압이 생성되어 그 전기 (오디오 신호)를 음향 장비로 입력하여 각 장비의 역할에 따라 활용되는 원리입니다. 일반적으로 마이크는 다음과 같은 에너지 변환 방식에 따라 분류되고 있습니다.

다이내믹 마이크

다이내믹 마이크는 원리적으로 출력 신호를 만드는데 전자기유도를 사용하여 작동합니다. 전자기유도란, 전기적으로 전도성 금속이 자계의 자속선을 자를 때, 특정 양과 방향의 전류가 금속 내부에서 발생하는 것을 말합니다.

다이내믹 마이크의 내부 설계 구성은 일반적으로 0.35mm 두께의 견고한 마일러 진동판과, 진동판에 붙어 있는 것은 높은 레벨의 자계(Magnetic Field) 내부에 정교하게 매달려 있는, 정밀하게 감겨 있는 전선심(Coil)으로 구성되어 있습니다.

이러한 구성에 의해 소리가 진동판 표면을 진동시키면 소리의 음량과 주파수(음색)에 비례하여 전선 심(Coil)이 옮겨져서, 코일이 영구 자석이 공급하는 자속선을 자르게 됩니다.

이런 과정을 통해 특정 크기와 방향의 아날로그 전기 신호가 코일과 출력 단자를 통해 유도되는 원리로 마이크가 작동하게 됩니다.

이를 좀 더 쉽게 요약하자면 다이내믹 마이크의 작동은 진동판이 소리에 따라 진동하면 코일도 움직이게 되고 이로 인해 코일에 전압이 유도되며 이 전압의 크기는 진동판에 전달되는 음향 에너지와 비례하게 되는 것입니다.

이와 같은 방식으로 제작되는 마이크의 구조는 단순하기 때문에 외부 충격, 온도, 습도 등에 잘 견디며 높은 음압에도 무리 없이 작동합니다.

이런 특성으로 인해 방송국, 스튜디오 등과 같은 실내 환경뿐 아니라 야외 라이브 공연 현장에서도 광범위하게 사용되고 있습니다.

우리가 흔히 보게 되는 대표적인 핸드(헬드) 형 마이크 형태로 디자인된 마이크들의 대표적인 제품들로는 SHURE SM57, 58과 SENNHEISER E835 등이 있습니다.

리본마이크

다이내믹 마이크와 동일하게 리본 마이크도 전자기유도 법칙에 따라 비슷한 원리로 작동합니다. 과거의 리본 디자인은 매우 얇은 알루미늄 리본 진동판을 사용했는데 주로 폭을 따라 주름져 있으며 강한 자기장 내부에 매달려 있습니다.

진동판 앞뒤의 음압 변화가 진동판을 움직이고 자속선을 절단하여, 소리의 음량과 주파수(음색)에 비례하여 발생되는 전류를 리본에 유도합니다.

다이내믹 마이크와 같이 코일을 수차례 감아서 발생한 큰 출력과는 달리 리본 마이크의 출력은 작은 신호를 일으키기 때문에, 그 신호를 입력 단계에서 바로, 직접 수용하기는 어려워서 출력 신호와 임피던스를 증가시켜 줄 수 있는 전압 증폭용 변압기가 사용되어야 합니다.

리본의 특성에 의해 주파수 특성이 평탄하여 어쿠스틱 악기나 클래식 악기, 때론 보컬용으로는 우수하지만 타악기 등과 같은 음압이 큰 악기에서의 사용은 신호 일그러짐이 발생될 수 있기 때문에 주의해야 합니다.

초기에 개발된 알루미늄 재질 형태의 리본마이크는 기술의 변화에 따라 몇몇 마이크 제조사들이 소형화와 재질 개선을 가져왔습니다. 이중 베어다이내믹社의 몇 가지 제품은 전통적인 리본마이크보다 훨씬 작은 2인치 격자 공에 들어가는 작은 캡슐을 만들 수 있는 희토 자석을 사용하여 마이크를 제작하였고 플라스틱 주둥이가 리본 상단에 부착되어 과도한 공기 유입을 막아주는 필터 역할을 할 수 있도록 설계되어 있습니다.

또한 두 개의 추가 필터와 격자가 구성되어 강한 공기 주입이나 바람에 의한 리본의 손상 가능성을 줄여주기 때문에 야외 나 다양한 환경에서의 사용이 가능하도록 개선되었습니다. 또한 리본 기술의 발전으로 알루미늄 재질의 약점을 보완하기 위해 폴리에스테르 재질의 리본을 개발하게 되었습니다.

원리 면에서는 전통적인 리본 마이크와 동일하며 고리 모양 자석들이 진동판의 앞뒤에 놓여서 자성 흐름을 만들고 이로 인해 전자기적인 유도 과정을 가능하도록 합니다.

콘덴서 마이크

콘덴서 또는 캐패시터 마이크는 다이내믹이나 리본 마이크에 사용되는 전자기 원리보다는 정전기의 원리에 의해 작동됩니다. 기본 적으로 콘덴서 마이크의 캡슐은 두 개의 매우 얇은 판으로 이루어져 있는데 유동성 진동판과 고정 후판, 이 두 판이 축전기 역할을 합니다.

이에 따라 전하를 저장하는 콘덴서의 두 전극을 응용한 원리로 작동하며, 한 극은 고정판 다른 한 극은 진동판으로 작용하며 전달되는 소리에 따라 진동판과 고정판 사이의 간격이 변하고 이에 따른 정전용량이 생성됩니다.

캡슐의 전기 용량은 값이 고정된 두 판의 구성과 표면적, 판 사이의 절연체 또는 (공기 의미의 고정된 값의) 물질, 그리고 두 판 사이의 거리에 의해 결정되며 이 거리는 음압에 따라 비례적으로 변합니다.

이를 바탕으로 세부적인 동작을 설명하면, 일반적으로 콘덴서 캡슐의 판들은 축전기 충전을 위해 극성이 있는 전압을 공급하는 안정적인 직류 전원의 양쪽에 연결됩니다.

전원의 양(+) 극에 연결된 판으로부터 전자들이 나와 높은 값을 저항을 통해 음(-) 극으로 충전된 판으로 밀려가게 됩니다. 전력이 공급되면, 캡슐의 전하(양극판과 음극판의 전자 수의 차)는 캡슐의 전기 용량과 극성을 갖는 전압의 곱과 같아집니다.

일단 이렇게 안정 상태에 빠르게 도달되면, 더 이상 눈에 띄게 저항을 통과하는 전류의 흐름을 없게 되고 이 시점에서 장치가 비로소 마이크의 역할을 시작할 수 있게 됩니다.

이 시점에서 전달되는 소리에 따라 진동판의 전기 용량이 변하게 되는데 두 판 사이의 간격이 줄어들면, 전기 용량이 증가하고 간격이 늘어나면 전기 용량이 감소하게 됩니다.

두 판사이에 정전용량과 미세한 신호를 증폭시켜 주는 (프리 앰프) 장치를 작동시키려면 전원이 필요하며 이때 필요한 전압을 분극전압이라고 하며 다른 명칭으로는 팬텀파워라고도 합니다. 이러한 전압의 공급은 보통 콘솔에서 48V로 공급하며, 마이크의 기종에 따라 100V가 필요한 경우도 있습니다.

최근 콘덴서들은 트랜지스터 형태를 많이 사용하고 있는데 과거 모델과 복각된 모델들 중에는 진공관 형태를 사용하는 기종도 있습니다. 이런 마이크는 진공관 특유의 음향적 특색을 갖고 있어 이를 선호하는 사용자들에게 높은 가치를 평가받기도 합니다.

콘덴서 마이크는 다이내믹, 리본과 다르게 전극을 이용한 마이크 특성으로 인해 진동판의 모양과 크기에 제한을 받지 않으며 진동판이 얇고 가볍습니다. 특히 소리의 세밀한 변화에도 신속하에 대응하며 넓은 주파수 대역을 갖고 있습니다.

콘덴서 계열의 마이크 중에 일렉트릿 마이크라는 기종이 있는데, 이 마이크는 진동판 자체에 영구적으로 정전기가 생성되어 있어 진동판을 움직이는데 전원이 필요하지 않은 특징이 있습니다. 하지만 일반 콘덴서와 같이 미세한 신호를 증폭시켜줘야 하는 점은 동일하기 때문에 증폭기가 여전히 필요합니다.

지금까지 마이크의 대략적인 개요와 작동방식에 따른 분류에 관하여 이야기하였습니다.

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