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마이크로폰

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목차

1. 개요

마이크로폰은 소리를 전기 신호로 변환하는 장치로, 1876년 토머스 에디슨의 탄소봉 마이크로폰 발명 이후 다양한 기술 발전을 거쳤다. 탄소 마이크로폰, 콘덴서 마이크로폰, 다이내믹 마이크로폰, 리본 마이크로폰 등 여러 종류가 있으며, 동작 원리 및 지향성에 따라 분류된다. 마이크는 음향을 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서이며, 지향성, 감도, 주파수 응답 등 다양한 특성을 가진다. 과학적 측정에는 교정된 측정 마이크가 사용되며, 다양한 분야에서 활용된다.

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마이크로폰
개요
종류변환기
기능소리를 전기 신호로 변환
기타
약칭마이크, 영어: mike, mic

2. 역사

마이크에 가까이 있는 보아


소리를 더 효과적으로 전달하고 증폭시키려는 노력은 오래전부터 있어왔다. 초기에는 메가폰과 같은 기계적인 장치가 사용되었으나, 19세기 후반 전기 기술이 발전하면서 소리를 전기 신호로 바꾸는 마이크로폰 개발이 본격적으로 시작되었다.

최초의 상업적으로 실용적인 마이크로폰은 1876년 토머스 에디슨이 발명한 탄소 마이크로폰으로 여겨진다.[82] 비슷한 시기 영국의 데이비드 에드워드 휴즈 역시 독자적으로 탄소 마이크로폰을 개발하여 시연했으며,[7][8][9] 이는 초기 전화기, 라디오 방송, 음반 녹음 기술 발전에 중요한 기여를 했다.[11]

이후 벨 연구소를 중심으로 다양한 방식의 마이크로폰 개발이 활발히 이루어졌다.[82] 1916년에는 웨스턴 일렉트릭에서 콘덴서 마이크로폰이 개발되었고,[13] 1923년에는 다이내믹 마이크로폰(무빙 코일 방식)[14][15]과 리본 마이크로폰[16] 등 오늘날에도 널리 사용되는 주요 마이크로폰 기술들이 등장했다.

20세기 중반 이후 텔레비전과 영화 산업의 발달은 고성능, 고지향성 마이크로폰에 대한 수요를 증가시켰다. 이에 따라 샷건 마이크로폰과 같은 특수 목적 마이크로폰이 개발되었으며,[17] 슈어 브라더스(Shure Brothers)의 슈어 SM58, 슈어 SM57과 같은 상징적인 모델들이 출시되면서 마이크로폰 기술은 더욱 발전하였다.[18]

2. 1. 초기 역사

알렉산더 그레이엄 벨 이전에 여러 발명가들이 원시적인 마이크(초기에는 트랜스미터로 불림)를 만들었지만, 최초의 상업적으로 실용적인 마이크로폰은 1876년 10월 토머스 에디슨이 개발한 탄소봉 마이크로폰이다. 초기 마이크로폰 개발의 상당 부분은 벨 연구소에서 이루어졌다.[82]

더 많은 사람에게 효과적으로 말하기 위해서는 사람의 목소리를 증폭시킬 필요가 있었다. 이를 위해 사용된 초기 장치 중 하나는 음향 메가폰이었다. 기원전 5세기 고대 그리스에서는 원형극장의 배우들이 목소리를 음향적으로 증폭시키기 위해 뿔 모양의 입구가 달린 극장 가면을 사용했다. 1665년 영국의 물리학자 로버트 훅(Robert Hooke)은 양 끝에 컵이 달린 팽팽한 철사로 만든 "연인들의 전화"(lovers' telephone)를 발명했는데, 이는 공기가 아닌 다른 매질을 통해 소리를 전달하려는 초기 실험이었다.[4]

1856년 이탈리아 발명가 안토니오 메우치(Antonio Meucci)는 자기장 속에서 전선 코일을 움직여 전류를 생성하는 방식의 다이내믹 마이크로폰을 개발했다. 이 방식은 전화 기술에서 오랫동안 사용되었다. 메우치는 1857년 자신의 장치에 대해 "진동하는 진동판과 그것을 감싸는 나선형 전선이 있는 전기화된 자석으로 구성되어 있다. 진동하는 진동판은 자석의 전류를 변화시키며, 이 변화가 전선의 다른 쪽 끝으로 전달되어 수신 진동판의 유사한 진동을 생성하고 단어를 재생산한다"고 기록했다.[5]

1861년 독일 발명가 요한 필립 라이즈(Johann Philipp Reis)는 진동 막에 부착된 금속 스트립을 이용하여 간헐적인 전류를 생성하는 초기 음향 송신기, 즉 라이즈 전화(Reis telephone)를 만들었다. 이후 1876년 알렉산더 그레이엄 벨과 엘리샤 그레이는 "액체 송신기"(liquid transmitter) 설계를 통해 더 나은 결과를 얻었다. 이 설계에서는 진동판이 산성 용액 속의 전도성 막대에 부착되었다.[6] 하지만 이러한 초기 시스템들은 음질이 매우 좋지 않았다.

데이비드 에드워드 휴즈(David Edward Hughes)는 1870년대에 탄소 마이크로폰을 발명했다.


음성 통화를 제대로 가능하게 한 최초의 마이크로폰은 느슨한 접촉 방식의 탄소 마이크로폰이었다. 이는 영국의 데이비드 에드워드 휴즈(David Edward Hughes)와 미국의 에밀 베를리너(Emile Berliner) 및 토마스 에디슨(Thomas Edison)이 각각 독립적으로 개발했다. 비록 에디슨이 긴 법적 분쟁 끝에 1877년 중반 최초의 특허를 획득했지만, 휴즈는 이미 몇 년 전에 많은 증인들 앞에서 작동하는 장치를 시연했기 때문에 대부분의 역사가는 휴즈를 탄소 마이크로폰의 발명자로 인정한다.[7][8][9] 베를리너가 개발한 마이크로폰은 알렉산더 그레이엄 벨의 전화기에 사용되면서 상업적 성공을 거두었고, 이후 베를리너는 벨의 회사에 고용되었다.[10] 탄소 마이크로폰은 전화 기술뿐만 아니라 초기 방송 및 녹음 산업 발전에도 중요한 역할을 했다.[11] 토마스 에디슨은 1886년 탄소 버튼 송신기를 개발하여 탄소 마이크로폰을 더욱 개선했다. 이 개선된 마이크로폰은 1910년 뉴욕 메트로폴리탄 오페라 하우스에서 열린 최초의 라디오 방송에 사용되기도 했다.[12]

이후 마이크로폰 기술은 계속 발전하여 1916년 웨스턴 일렉트릭의 E.C. 웬트가 최초의 콘덴서 마이크로폰을 개발했고,[13] 1923년에는 최초의 실용적인 무빙 코일 마이크로폰(마르코니-사이키스 마그네토폰)이 H. J. 라운드(Captain H. J. Round)에 의해 개발되어 런던 BBC 스튜디오의 표준 장비가 되었다.[14][15] 같은 해 리본 마이크로폰도 소개되었는데, 이는 해리 F. 올슨(Harry F. Olson)이 리본 스피커의 원리를 응용한 것으로 알려져 있다.[16]

2. 2. 탄소 마이크로폰의 발명과 발전



탄소 마이크로폰(Carbon microphone)은 진동판과 금속 원판 사이에 탄소 알갱이가 들어있는 방식으로, 음파에 의해 진동판이 떨리면 탄소 알갱이를 누르는 압력이 변하고 이에 따라 전류 저항이 바뀌면서 소리를 전기 신호로 변환한다.[82]

실용적인 음성 통화를 가능하게 한 최초의 마이크로폰은 바로 이 탄소 마이크로폰이었다. 1870년대 영국의 데이비드 에드워드 휴즈(David Edward Hughes)와 미국의 에밀 베를리너(Emile Berliner) 및 토머스 에디슨(Thomas Edison)이 각자 독립적으로 개발에 성공했다. 에디슨은 긴 법적 분쟁 끝에 1877년 중반 최초로 특허를 획득했지만, 휴즈가 이미 몇 년 전에 여러 증인 앞에서 작동하는 장치를 시연했기 때문에 대부분의 역사가는 휴즈를 탄소 마이크로폰의 실제 발명자로 인정한다.[7][8][9]

에밀 베를리너가 개발한 마이크로폰은 알렉산더 그레이엄 벨(Alexander Graham Bell)의 전화기에 채택되면서 상업적으로 큰 성공을 거두었고, 이후 베를리너는 벨의 회사에 합류했다.[10] 토머스 에디슨 역시 1886년에 탄소 알갱이를 버튼 형태로 압축한 '탄소 버튼 송신기'(carbon button transmitter)를 개발하여 탄소 마이크로폰의 성능을 개선했다.

탄소 마이크로폰은 초기 전화 시스템뿐만 아니라 라디오 방송과 음반 녹음 산업 발전의 중요한 토대가 되었다.[11] 실제로 1910년 뉴욕 메트로폴리탄 오페라 하우스(Metropolitan Opera House)에서 열린 공연을 라디오로 처음 중계할 때 사용된 것도 바로 이 탄소 마이크로폰이었다.[12] 이후 여러 방식의 마이크로폰이 등장하면서 일부 구형 전화기 송화기를 제외하고는 점차 사용되지 않게 되었다.

2. 3. 20세기 이후의 발전

험프리 보가트, 잭 브라운, 로렌 바콜이 제2차 세계 대전 중 RCA Varacoustic MI-6203 리본 마이크로폰으로 해외 주둔 군인들에게 방송하는 모습.


1916년, 웨스턴 일렉트릭의 E.C. 웬트(E.C. Wente)는 최초의 콘덴서 마이크로폰을 개발하며 마이크로폰 기술의 새로운 장을 열었다.[13] 1923년에는 최초의 실용적인 무빙 코일 마이크로폰, 즉 다이내믹 마이크로폰이 만들어졌다. H. J. 라운드(Captain H. J. Round)가 개발한 마르코니-사이키스 마그네토폰(Marconi-Sykes magnetophone)은 런던 BBC 스튜디오의 표준 마이크로폰으로 자리 잡았다.[14][15] 다이내믹 마이크는 전자기 유도 원리를 이용한다. 음파가 진동판(다이어프램)을 진동시키면, 진동판에 부착된 코일이 영구 자석 주변에서 움직이며 자속의 변화를 일으킨다. 이 변화가 코일에 기전력을 발생시켜 음성 신호를 만들어낸다. 1930년에는 앨런 블룸라인(Alan Blumlein)과 허버트 홀먼(Herbert Holman)이 HB1A 모델을 출시하여 당시 최고의 성능을 보여주었다.

같은 해인 1923년에는 리본 마이크로폰도 소개되었다. 이는 해리 F. 올슨(Harry F. Olson)이 리본 스피커의 원리를 마이크로폰에 적용한 것으로 알려져 있다.[16] 여러 회사, 특히 RCA는 리본 마이크로폰의 패턴 제어 기술을 발전시켜 마이크로폰에 지향성을 부여하는 데 크게 기여했다. 텔레비전과 영화 기술이 발전하면서 고음질과 높은 지향성을 가진 마이크로폰의 필요성이 커졌고, 이에 일렉트로-보이스(Electro-Voice)는 1963년 아카데미상을 수상한 샷건 마이크로폰을 개발하여 대응했다.[17]

G. M. 세슬러(Gerhard M. Sessler) 등이 발명한 최초의 포일 일렉트릿 마이크 특허 문서(1-3페이지)


20세기 후반에는 슈어 브라더스(Shure Brothers)가 슈어 SM58과 슈어 SM57과 같은 상징적인 마이크로폰을 출시하며 개발이 더욱 가속화되었다.[18]

한편, 1962년 벨 연구소의 게르하르트 세슬러(Gerhard Sessler)와 짐 웨스트는 일렉트릿 마이크를 발명했다.[21] 이는 콘덴서 마이크의 일종이지만, 외부 전압 대신 영구적인 전하를 가진 일렉트릿 소재를 사용한다. 일렉트릿은 강유전체 물질로, 영구 자석처럼 영구적인 전기 분극 상태를 유지한다.

일렉트릿 마이크는 뛰어난 성능과 쉬운 제조 공정 덕분에 가격이 저렴하여 오늘날 가장 널리 사용되는 마이크 유형이 되었다. 연간 생산량이 10억 개를 넘을 것으로 추정될 만큼 대량 생산되고 있다.[22] 고품질 녹음용 마이크부터 라펠 마이크, 소형 녹음 장치, 전화기, 개인용 컴퓨터(PC), 헤드셋 등에 내장되는 마이크까지 다양한 용도로 활용된다. MEMS 마이크가 널리 보급되기 전에는 거의 모든 휴대전화, 컴퓨터, PDA 및 헤드셋 마이크가 일렉트릿 방식이었다. 일렉트릿 마이크 자체는 분극 전압이 필요 없지만, 내장된 마이크 프리앰프를 구동하기 위해 전원이 필요한 경우가 많다. 스튜디오에서는 팬텀 파워를 통해 전원을 공급받고, PC용 마이크는 스테레오 연결에 일반적으로 사용되는 3.5mm 플러그를 사용하는데, 이 경우 두 번째 채널 신호 대신 링(ring) 부분이 전력 공급에 사용되기도 한다.

3. 동작 원리 및 종류

마이크는 공기 중이나 물 속의 소리를 포착하여 전기적 신호로 바꾸는 전기 음향 변환기이다. 가장 일반적인 방식은 음파에 따라 진동하는 얇은 막(진동판)을 이용하여 전기 신호를 생성하는 것이다.

마이크는 주로 소리를 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서 원리(예: 콘덴서, 다이내믹)와 소리를 받아들이는 방향에 따른 지향성(예: 무지향성, 단일지향성)에 따라 분류된다. 때로는 진동판의 크기,[65] 용도, 또는 마이크의 주요 축 방향(사이드 어드레스 또는 엔드 어드레스)과 같은 다른 특성에 따라 구분하기도 한다. 사이드 어드레스는 마이크 몸체 측면에서 소리를 받아들이는 방식이며, 엔드 어드레스는 마이크 끝부분(축 방향)에서 소리를 받아들이는 방식으로, '펜슬 마이크'라고도 불린다.

오늘날 오디오용으로 널리 쓰이는 마이크로는 전자기 유도 원리를 이용하는 다이내믹 마이크로폰과 정전용량 변화를 이용하는 콘덴서 마이크로폰이 대표적이다. 진공관 증폭기를 사용하는 진공관 마이크로폰은 콘덴서 마이크의 한 종류이다.[23] 그 외에도 리본 마이크, 카본 마이크, 압전 마이크, MEMS 마이크 등 다양한 종류가 있으며, 각각 고유한 특성과 장단점을 가지고 특정 용도에 맞게 선택된다.

3. 1. 콘덴서 마이크로폰

'''콘덴서 마이크로폰'''(Condenser microphoneeng)은 축전기(콘덴서)의 정전용량 변화를 이용하여 소리를 전기 신호로 바꾸는 마이크이다. 1916년 벨 연구소의 E. C. Wente가 처음 발명했으며,[83] '''축전기 마이크로폰'''(capacitor microphoneeng), '''정전 마이크로폰'''(electrostatic microphoneeng)이라고도 부른다.

구조적으로는 얇은 진동판(다이어프램)과 고정된 금속판(배극, 백플레이트)이 서로 마주 보는 형태로 축전기를 이룬다. 음파가 진동판을 떨게 하면 진동판과 고정 전극 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 축전기의 정전용량이 변화한다. 이 정전용량의 변화를 이용하여 음성 신호를 전기 신호로 변환한다. 캡슐 자체의 출력 임피던스가 매우 높기 때문에, 일반적으로 신호 임피던스를 낮추기 위한 전치 증폭기(프리앰프) 회로가 마이크 내부에 포함된다. 임피던스 변환 소자로는 진공관이나 전계 효과 트랜지스터(FET) 등이 사용된다.

콘덴서 마이크는 주파수 특성이 평탄하고 넓으며 감도가 높아 미세한 소리까지 잘 잡아내는 장점이 있다. 따라서 스튜디오 녹음이나 음향 측정 등 고음질이 요구되는 환경에서 널리 사용된다. 특히 보컬, 현악기, 금관악기 등의 녹음에 자주 쓰인다.

하지만 구조적으로 충격에 약하고 습기에 민감하며, 작동을 위해 외부에서 직류 전원을 공급해야 한다는 단점이 있다. 초기에는 전원 공급의 불편함 때문에 주로 음악 녹음용으로 사용되었으나, 고체 회로 기술의 발달로 마이크 내부에 전치 증폭기를 내장하고 팬텀 전원과 같이 마이크 케이블을 통해 전원을 공급하는 방식이 일반화되면서 방송용으로도 널리 쓰이게 되었다.

트랜스를 이용한 팬텀 전원 공급 방식의 예. 믹서의 마이크 입력 트랜스 중점과 GND 사이에 직류를 인가한다


콘덴서 마이크의 전원 공급 방식은 다양하다.

  • 팬텀 전원(Phantom Power): 가장 일반적인 방식으로, 믹서나 마이크 프리앰프에서 마이크 케이블의 밸런스 연결 단자(HOT, COLD)와 접지(GND) 사이에 동일한 전압(주로 48V)을 공급한다.[70] 마이크 내부의 프리앰프는 이 전원을 사용하여 작동한다.
  • 배터리: 마이크 본체에 건전지를 넣어 사용하는 방식이다.
  • 외부 전용 전원: 특히 진공관을 사용하는 마이크의 경우, 히터 전력과 높은 애노드 전압을 공급하기 위해 별도의 전용 전원 장치를 사용하기도 한다.[72]
  • 플러그인 파워(Plug-in Power): PC 사운드 카드나 휴대용 녹음기 등에서 사용하는 방식으로, 주로 3.5mm 스테레오 잭을 통해 수 V 정도의 낮은 전압을 공급한다.


콘덴서 마이크에는 다이어프램에 직류 전압을 직접 가하는 'DC 바이어스 방식' 외에도, 반영구적으로 전하를 가진 일렉트릿 소자를 사용하는 '일렉트릿 방식'이 있다. 또한, 진공관을 증폭 소자로 사용하는 '진공관 마이크'도 콘덴서 마이크의 한 종류이다.[23]

3. 1. 1. 일렉트릿 콘덴서 마이크로폰

1962년 벨 연구소의 Gerhard Sessler와 Jim West가 개발한 방식으로, 콘덴서 마이크로폰의 일종이다.[84] 이 마이크로폰은 반영구적으로 전하를 축적하는 고분자 화합물인 일렉트릿(electret) 소자를 다이어프램, 배극 또는 백 챔버에 사용하기 때문에 이런 이름이 붙었다. 배극에 일렉트릿 소자를 사용하는 방식(백 일렉트릿 방식)은 다이어프램 재질에 제약이 없어 특성 면에서 유리하며, 이 방식을 사용한 스튜디오용 마이크로폰도 많이 존재한다.

일렉트릿 방식은 다이어프램에 외부 전압을 가할 필요가 없어 바이어스 전원이 필요 없다는 장점이 있다. 이로 인해 전치 증폭기가 간단해지면서 저렴한 가격으로도 고성능을 구현할 수 있게 되었다. 또한 소형화가 용이하여 오늘날 대부분의 소형 마이크로폰이 이 방식을 채택하고 있다. 예를 들어 거의 모든 휴대 전화, 컴퓨터, PDA, 헤드셋 등에 널리 사용된다.

범용 전자 부품으로 전계 효과 트랜지스터(FET)를 사용한 임피던스 변환기를 내장한 일렉트릿 콘덴서 마이크(ECM) 모듈도 판매되고 있어, 각종 제품에 널리 사용될 뿐만 아니라 직접 제작도 비교적 쉽게 할 수 있다. 저렴한 헤드셋이나 마이크 등은 대부분 이 유형이다.

그러나 2010년대 이후, 진동판과 변환/증폭 회로를 하나의 칩으로 만든 실리콘 마이크(MEMS[69] 마이크)가 등장했다. MEMS 마이크는 지향성은 없지만 넓은 주파수 대역에 감응하고 내구성이 높으며 소비 전력이 적다는 장점 때문에 스마트폰과 각종 디지털 기기에 대량으로 탑재되었다. 성능이 지속적으로 향상되면서 기존의 ECM 마이크는 점차 시장에서 사용 빈도가 줄어들고 있다.

3. 2. 다이내믹 마이크로폰

'''다이내믹 마이크로폰'''(Dynamic microphone) 또는 '''동적 마이크로폰'''은 전자기 유도 방식을 이용하는 마이크로폰이다. 상대적으로 가격이 저렴하고 습기에 강하며, 내구성이 좋아 무대 등에서 널리 사용된다.

구조는 알루미늄 진동판(다이어프램)에 코일이 붙어 있으며, 이 코일이 영구 자석의 N극과 S극 사이에서 움직이는 형태이다. 이 때문에 '''가동코일 마이크로폰'''(moving-coil microphones)이라고도 부른다.

작동 원리는 다음과 같다. 음파가 마이크로폰의 진동판에 닿으면 진동판이 음파에 따라 진동하게 된다. 이때 진동판에 붙어 있는 코일도 함께 영구 자석의 자기장 안에서 움직이게 되는데, 이 움직임으로 코일 내부에 자속 변화가 생기고, 이로 인해 기전력, 즉 유도 전류가 발생한다. 음파의 변화에 따라 유도 전류의 크기와 방향이 변하면서 이것이 음성 신호(전기 신호)가 되는 것이다.

다이내믹 마이크로폰은 구조가 간단하고 별도의 전원(건전지 등)이 필요 없다는 장점이 있다. 또한, 튼튼하고 습기에 강하며 큰 소리가 입력되어도 소리 왜곡이 적다. 하지만 코일을 포함한 진동계의 질량이 커서 높은 주파수(고음역)의 소리에는 잘 반응하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 마이크를 손으로 잡을 때 발생하는 마찰음이나 손의 움직임으로 인한 기계적 진동 소리가 쉽게 유입될 수 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 마이크 내부 부품을 방진재로 지지하거나, 기계적으로 진동을 상쇄하는 장치를 추가하기도 한다. 일반적으로 콘덴서 마이크보다 음질 특성은 다소 떨어지는 것으로 평가받지만, 사용 편의성과 내구성, 특유의 음색 덕분에 무대 공연이나 PA 시스템, 드럼이나 기타 앰프 소리 녹음 등 마이크가 다소 거칠게 다뤄질 수 있는 환경에서 많이 사용된다.

다이내믹 마이크로폰은 스피커 중 다이내믹 스피커와 구조가 거의 동일하다. 이 때문에 이론상 다이내믹 마이크에 전기 신호를 입력하면 소리가 나는 스피커처럼 작동하고, 반대로 다이내믹 스피커에 소리를 입력하면 마이크처럼 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 하지만 각 기기는 본래 설계된 목적에 맞게 최적화되어 있어, 반대로 사용하면 주파수 특성이나 효율이 크게 떨어지고, 특히 마이크에 강한 전기 신호를 보내면 영구적인 고장을 일으킬 수 있어 일반적으로 스피커 대용으로 사용하지는 않는다. 다만, 일부 인터폰이나 무전기 등에서는 부품 수를 줄이기 위해 다이내믹 스피커를 마이크로 겸용하는 경우가 있다. 또한, 야마하(Yamaha)의 "SUBKICK"처럼 다이내믹 스피커 유닛을 베이스 드럼의 소리를 녹음하는 특수 마이크로 활용하는 응용 사례도 존재한다.

3. 3. 리본 마이크로폰

리본 마이크를 사용하는 에드먼드 로


'''리본 마이크로폰'''(Ribbon microphoneeng)은 다이내믹 마이크의 한 종류로, '''리본 벨로시티 마이크로폰'''(ribbon velocity microphoneeng)이라고도 부른다. 영구 자석 사이에 리본 모양의 얇은 금속막(주로 알루미늄박이며, 최근에는 내구성이 높은 탄소나노튜브[66]를 사용하기도 한다)을 배치한 구조이다.

음파가 마이크로폰에 닿으면 리본 모양의 도체가 음파에 따라 진동하고, 이 진동이 영구 자석의 자기장 속에서 전자기 유도 현상을 일으켜 기전력, 즉 음성 신호(유도 전류)를 발생시킨다. 리본 진동체는 양쪽의 음압 차이로 진동하며, 리본의 진동 속도와 출력 전압은 공기 입자의 속도에 비례한다. 이러한 원리로 인해 '속도형 마이크'(velocity microphone)로 분류되기도 한다.

리본 마이크로폰은 진동계가 가벼워 움직임이 민첩하므로, 낮은 음역부터 높은 음역까지 고른 감도를 가지며 넓은 주파수 대역에 잘 반응한다. 음질이 부드럽고 음색이 좋은 것이 장점이다. 그러나 리본 양면이 공간에 노출된 구조상, 리본 면에 수직인 양방향에서 오는 소리에만 높은 감도를 보이는 양지향성(figure-of-eight) 특성을 가지며, 다른 방향의 소리는 잘 받아들이지 못한다. 또한, 리본이 매우 얇고 미세한 주름이 있어 사람의 숨소리와 같은 파열음('팝 노이즈')이나 외부 진동에 취약하며, 구조가 섬세하여 취급에 주의가 필요하다. 일반적으로 크기가 크고 무거우며, 출력 임피던스가 낮고 음성 신호를 전류로 변환하는 효율도 낮은 편이다.

1935년경부터 방송용으로 널리 사용되었으나, 구조적 취약점과 취급의 어려움으로 인해 1965년경 콘덴서 마이크로폰이 보급되면서 사용 빈도가 줄어들었다. 한때 생산이 거의 중단되기도 했지만, 최근 몇 년 사이 특유의 섬세하고 부드러운 음질이 재평가되면서 다시 주목받고 있다. 현재는 고가 모델부터 비교적 저렴한 모델까지 다양하게 생산되며, 음성 녹음이나 일본 전통 악기(和楽器), 현악기 등의 수음에 주로 사용된다.

3. 4. 카본 마이크로폰

웨스턴 일렉트릭(Western Electric) 이중 버튼 카본 마이크로폰


카본 마이크로폰은 가장 초기 형태의 마이크로폰이다. 카본 버튼 마이크로폰(때로는 단순히 버튼 마이크로폰이라고도 함)은 베를리너(Berliner) 및 에디슨(Edison) 마이크로폰과 같이 두 개의 금속판(전극) 사이에 압축된 탄소 과립(분말)을 포함하는 캡슐 또는 버튼을 사용한다. 한쪽 판인 진동판은 입사하는 음파와 함께 진동한다.

금속판에 전압이 인가되면 탄소를 통해 작은 전류가 흐른다. 진동판의 진동은 탄소에 가변적인 압력을 가하게 되고, 이 압력 변화는 과립을 변형시켜 인접한 과립 쌍 사이의 접촉 면적을 변화시킨다. 이로 인해 과립 덩어리의 전기 저항이 변하고, 마이크로폰을 통해 흐르는 전류의 변화를 일으켜 전기 신호를 생성한다.[25]

카본 마이크로폰은 구조가 매우 견고하지만, 음질이 매우 낮고 주파수 응답 범위가 매우 제한적이며 소리가 왜곡되기 쉽다는 단점이 있다. 그러나 다른 마이크로폰 유형과 달리, 소량의 음향 에너지를 사용하여 더 많은 양의 전기 에너지를 제어하는 일종의 증폭기로도 사용할 수 있다.[25] 이 특징 덕분에 카본 마이크로폰은 초기 전화 중계기로 사용되어 진공관 이전 시대에 장거리 전화 통화를 가능하게 했다. 브라운의 릴레이[26]라고 불리는 이 중계기는 자기 전화 수화기를 카본 마이크로폰에 기계적으로 결합하여 작동했다.

초기에는 전화기에서 흔히 사용되었으며, 다이내믹 마이크로폰이 발명되어 보급될 때까지 레코드 녹음이나 방송국에서 아나운서 및 음악 수음용으로도 사용되었다. 다이내믹 마이크가 보급된 후에도 유선·무선 대화 전달용으로 충분한 음질을 제공하고 증폭 없이 사용할 수 있는 경우가 있어 흑전화(600형 전화기)나 공중전화, 무선기의 송화기에 널리 사용되었다. 오늘날에는 거의 사용되지 않는다.

상대적으로 큰 탄소 구체를 사용한 부데(Boudet) 마이크로폰은 과립형 카본 버튼 마이크로폰과 유사했다.[25]

3. 5. 압전 마이크로폰

'''압전 마이크로폰'''(Piezoelectric microphoneeng) 또는 '''크리스탈 마이크로폰'''(Crystal microphoneeng)은 압전기 효과를 이용하는 마이크이다. 과거 로셸염을 사용한 것에서 크리스탈 마이크라는 이름이 유래했으며, 최근에는 세라믹을 이용한 것이 많아 '''세라믹 마이크'''라고도 불린다.

음파에 의해 진동판이 진동하면, 강유전체 등으로 만들어진 압전 소자에 압력이 가해져 압전 효과에 의해 전압이 발생하는 원리를 이용한다. 즉, 공기의 진동(음성)으로 압전 소자를 진동시켜 전기적인 음성 신호를 얻는다.

작은 크기로 높은 감도를 얻을 수 있는 장점이 있지만, 출력 전력이 작고 습기에 약하다는 단점이 있다. 3~5kHz 대역에서 피크를 가지는 독특한 주파수 특성을 나타내는데,[73] 이는 무선 통신 등 제한된 대역폭에서의 명료도를 높이는 효과가 있어 스피치용으로 적합하다. 이러한 특성을 살려 무선 통신 장비나 콘크리트 마이크 등에 사용되고 있다. 고분자 화합물을 재료로 사용하기도 하며, 일부 라펠 마이크에는 여전히 크리스탈(로셸염)이 사용되기도 한다.

3. 6. 기타 마이크

옵토어쿠스틱스(Optoacoustics Ltd.) 1140 광섬유 마이크로폰


'''광섬유 마이크'''는 기존 마이크처럼 정전 용량이나 자기장의 변화를 감지하는 대신 빛의 세기 변화를 감지하여 음파를 전기 신호로 변환한다.[28][29] 작동 원리는 레이저 광원에서 나온 빛이 광섬유를 통해 이동하여 반사형 진동판(다이어프램) 표면을 비추는 방식이다. 다이어프램의 소리 진동은 특정 방향으로 반사되는 빛의 세기를 변화시키고, 이 변조된 빛은 두 번째 광섬유를 통해 광검출기로 전송된다. 광검출기는 세기가 변조된 빛을 아날로그 또는 디지털 오디오 신호로 변환한다. 광섬유 마이크는 높은 다이내믹 레인지와 넓은 주파수 대역을 가지며, 전기장, 자기장, 정전기장, 방사선장의 영향을 받지 않아 전자기 간섭(EMI/RFI)에 강하다. 이러한 특성 덕분에 가스터빈 내부나 자기 공명 영상(MRI) 장비 환경처럼 기존 마이크 사용이 어렵거나 위험한 곳에 이상적이다. 또한, 견고하고 온도 및 습도 변화에 강하며, 마이크와 광원/광검출기 사이의 거리가 수 킬로미터까지 가능하여 산업 및 감시 음향 모니터링에도 적합하다. 초저주파 모니터링, 소음 제거, 의료 분야(특히 MRI실 내 의사소통)[30], 산업 장비 모니터링, 오디오 보정 및 측정, 하이파이 녹음, 법 집행 등 다양한 분야에서 활용된다.[31]

'''레이저 마이크'''는 레이저 광선을 이용하여 음파에 의한 공기의 진동을 감지하는 방식이다. 레이저 빛이 음성 진동에 의해 흔들리는 것을 수광 소자로 검출하여 소리 신호를 복원한다. 도플러 효과를 이용하거나 간섭계를 이용하는 등 여러 방식이 있다. 기존 마이크를 사용하기 어려운 환경이나 상황에서 유용하며, 관찰이나 도청 시에는 대상물이나 현장의 창문 등을 진동판으로 이용하기도 한다.

'''액체 마이크'''는 초기의 마이크 형태로, 알렉산더 그레이엄 벨이 개발한 액체 송신기가 대표적이다. 소량의 황산을 첨가한 물을 금속 컵에 채우고, 음파에 의해 진동판이 움직이면 바늘이 물속에서 위아래로 움직여 전기 저항이 변하는 원리를 이용했다. 엘리샤 그레이 등 여러 발명가들이 개선을 시도했으나, 명료한 소리를 재현하기 어렵고 상업적으로 실용화되지는 못했다. 벨과 왓슨 사이의 최초 전화 통화에 이 액체 마이크가 사용되었다.

MEMS 마이크 Akustica AKU230


'''MEMS 마이크'''(Micro-Electro-Mechanical System Microphone)는 마이크 칩 또는 실리콘 마이크라고도 불린다. 실리콘 웨이퍼 위에 미세 가공 기술을 이용하여 압력 감지 다이어프램을 직접 만드는 방식으로 제작되며, 일반적으로 통합된 프리앰프가 함께 제공된다.[32] 대부분 콘덴서 마이크 설계의 변형이며, 디지털 MEMS 마이크는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 회로를 같은 CMOS 칩에 내장하여 디지털 출력이 가능하므로 현대 디지털 기기와의 통합이 용이하다. 주요 제조사로는 Wolfson Microelectronics(현 Cirrus Logic), Analog Devices(InvenSense 인수), Akustica, Infineon, Knowles Electronics, Memstech, NXP Semiconductors(Knowles에 사업부 매각)[35], Sonion MEMS, Vesper, AAC Acoustic Technologies,[36] Omron[37] 등이 있다. 2010년대 이후 스마트폰 등 디지털 기기에 널리 탑재되면서 기존의 일렉트릿 콘덴서 마이크(ECM)를 대체하고 있으며, 성능 향상이 지속되고 있다.[69] 최근에는 기존 콘덴서 방식과 다른 구조와 재료를 사용하는 압전 MEMS 마이크에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.[38]

'''플라즈마 마이크'''(또는 이온 마이크)는 이온화된 기체인 플라즈마 아크를 이용하는 실험적인 마이크이다. 음파가 플라즈마 주변의 압력을 변화시키면 플라즈마의 온도와 전도도가 변하게 되고, 이 전도도의 변화를 감지하여 음성 신호를 얻는다.[39] 오디오테크니카 등이 연구 중이며, 특정 주파수 대역에서는 노이즈 특성이 고르지 않지만 가청 주파수 대역에서는 비교적 평탄한 특성을 보이는 것으로 알려져 있다.[74]

4. 지향성

마이크로폰은 소리를 받아들이는 방식, 즉 지향성에 따라 분류될 수 있다. 지향성은 마이크가 특정 방향의 소리에 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내는 특성으로, 크게 전방향성, 단방향성, 양지향성으로 나뉜다.

아래는 다양한 마이크 지향성 패턴을 보여주는 예시이다. 이 그림들은 특정 주파수의 소리에 대해 마이크 정면(0°)을 기준으로 각 방향에서의 감도를 나타내는 극성 패턴(eng) 또는 픽업 패턴(eng)이다.

각 지향성 패턴의 구체적인 특징과 용도는 하위 섹션에서 자세히 설명한다.

4. 1. 전방향성 (무지향성)

전방향성(Omnidirectionaleng) 혹은 무지향성(Non-directionaleng)은 이름 그대로 방향에 관계없이 '''모든 방향(360도)'''에서 들어오는 소리를 동일한 감도로 받아들이는 마이크의 특성을 의미한다.[41] 이론적으로 완벽한 무지향성 마이크는 모든 주파수 대역에서 동일한 감도를 가져야 하지만, 실제로는 고주파수 영역으로 갈수록 지향성이 약간 생기는 경향이 있다. 음원의 각도를 θ, 감도를 r이라고 할 때, 이상적인 전방향성 마이크의 감도는 '''r = 1'''로 표현할 수 있다.

이 방식은 구조가 비교적 단순하여 저가형 마이크에서 흔히 찾아볼 수 있다. 하지만 모든 방향의 소리를 받아들이기 때문에 주변 소음이나 스피커에서 나오는 소리까지 함께 증폭시켜 하울링 현상에 매우 취약하다는 단점이 있다. 따라서 라이브 공연 무대와 같이 모니터 스피커를 가까이 사용하는 환경에는 부적합하다. 반면, 마이크에 입을 가까이 댈 때 저음이 부각되는 근접 효과가 거의 없고 바람 소리에도 비교적 강한 편이다.

이러한 특성 덕분에 방송 인터뷰( ENG )용 마이크로 널리 사용되며, 주변 소리를 포함한 현장감을 담아야 하는 합창, 오케스트라 녹음이나 소리 측정용 마이크 등으로도 활용된다.

전방향성 마이크는 주로 압력(Pressure) 방식으로 작동한다. 마이크 다이어프램이 한쪽 면만 소리에 노출되어, 특정 방향이 아닌 주변의 전체적인 음압 변화를 감지하여 전기 신호로 변환하기 때문에 방향에 따른 감도 차이가 거의 없다.[41]

4. 2. 단방향성

단방향성(eng) 혹은 지향성은 마이크로폰이 특정 방향의 소리에 더 민감하게 반응하고 다른 방향의 소리는 감쇠시키는 특성을 의미한다. 즉, 일부 범위 내에서만 소리를 효과적으로 수음하는 방식이다. 단방향성 마이크는 주변 소음을 줄이고 원하는 음원만 선명하게 포착하는 데 유용하다.

단방향성 패턴에는 여러 종류가 있으며, 가장 대표적인 것은 카디오이드이다. 이 외에도 카디오이드를 기반으로 변형된 서브카디오이드, 하이퍼카디오이드, 슈퍼카디오이드 등이 있다. 각 패턴은 지향 각도와 후면 감도 등에서 차이를 보인다.

아래는 주요 단방향성 패턴의 예시이다. 각 다이어그램에서 마이크는 위쪽(0°)을 향하고 있으며, 특정 주파수에 대한 음의 세기를 각도에 따라 보여준다.

  • 단일지향성 (카디오이드, eng): 지향성 마이크 중 가장 기본이 되는 형태로, 지향 패턴의 단면이 심장 모양을 닮아 그리스어로 심장을 뜻하는 'Cardio'에서 유래한 이름이다. 심장형이라고도 부른다. 마이크 정면(0°)에서 가장 감도가 높고 측면(90°, 270°)에서는 감도가 약 6dB 감소하며, 후면(180°)에서는 감도가 가장 낮아 거의 소리를 수음하지 않는다. 이러한 특성 덕분에 특정 방향의 소리 외에는 잘 잡아내지 못하므로 피드백(하울링)이나 주변 소음, 소리의 원치 않는 겹침 현상에 강하다. 주로 무대 연설이나 악기 소리 확성 등 PA 시스템이나 녹음 환경에서 널리 사용된다.
  • 사용 시 주의점: 마이크 후면부(꼬리 부분)의 감도가 매우 낮으므로, 무대 위에서 플로어 모니터 스피커를 배치할 때는 마이크의 꼬리 부분이 모니터를 향하도록 해야 하울링을 최소화할 수 있다. 이어모니터를 사용하는 경우에는 하울링 발생 가능성이 상대적으로 적다.
  • 수학적 표현: 이상적인 카디오이드 패턴의 감도(r)는 음원의 각도(θ)에 대해 `r = 0.5 * (1 + cos θ)`로 표현될 수 있다. 이는 무지향성(r=1)과 양지향성(r=cos θ) 패턴을 동일한 비율로 합친 것과 같다.
  • 구현 원리: 마이크 캡슐 후방에 음향 저항이 있는 통로를 만들어 후면에서 들어오는 소리가 다이어프램에 도달하는 것을 지연시키거나 상쇄시켜 구현한다.

  • 초지향성 (슈퍼카디오이드, eng): 카디오이드보다 더 좁은 정면 지향 각도를 가지며 측면(약 126°)에서의 감쇠가 가장 크다. 이 때문에 주변 소음 차단 효과가 뛰어나고 하울링에 매우 강하다. 단, 카디오이드와 달리 후면(180°)에도 약간의 감도를 가지는 작은 로브(lobe)가 존재한다.
  • 사용 시 주의점: 후면 로브 때문에 마이크 헤드 바로 뒤쪽에서 오는 소리도 약간 픽업될 수 있다. 따라서 마이크 스탠드에 장착할 때 발생하는 진동이나, 모니터 스피커를 마이크 바로 뒤에 배치하는 것은 피해야 한다. 모니터 스피커는 후면 감도가 가장 낮은 지점(약 126° 또는 234°)을 향하도록 배치하는 것이 좋다.

  • 하이퍼카디오이드 (eng): 슈퍼카디오이드보다 정면 지향 각도가 더 좁고 측면(약 110°)에서의 감쇠가 더 크다. 후면 로브는 슈퍼카디오이드보다 더 크며, 후면(180°) 감도도 더 높다. 측면 소음 차단 능력이 뛰어나지만 후면 소음에는 상대적으로 취약하다. 무대 등에서 측면 소리를 효과적으로 차단해야 할 때 유용하다.

  • 서브카디오이드 (eng): 와이드 카디오이드라고도 불리며, 무지향성과 카디오이드의 중간적인 특성을 가진다. 카디오이드보다 정면 지향 각도가 넓고 측면 및 후면 감쇠는 적다. 주변의 자연스러운 현장감을 어느 정도 포함하면서 주 음원을 포착하고자 할 때 사용될 수 있다.


이 외에도 단일지향성보다 지향 특성을 더 예민하게 만든 협지향성, 예민지향성(울트라카디오이드 등) 마이크도 존재한다.[40]

4. 3. 양지향성

양지향성(Bi-directional영어) 마이크는 마이크의 앞면과 뒷면, 양쪽 방향에서 오는 소리를 동일하게 잘 받아들이는 특성을 가진다. 지향성을 그림으로 나타냈을 때 숫자 '8' 모양과 비슷하여 '8자형' 패턴이라고도 불린다.

주로 리본 마이크가 이러한 양지향성 패턴을 가지는 경우가 많다. 양지향성 마이크는 소리의 압력(음압) 자체보다는 마이크 진동판 앞뒤의 압력 차이에 반응하여 소리를 감지한다. 이 때문에 마이크의 측면에서 오는 소리는 진동판 앞뒤에 거의 동시에 도달하여 압력 차이가 거의 없으므로, 측면 방향의 소리에 대한 감도는 매우 낮다. 또한, 마이크 뒤쪽에서 오는 소리는 앞쪽에서 오는 소리와 비교했을 때 위상이 반대로 기록되는 특징이 있다.

수학적으로 표현하면, 마이크 정면을 0도로 했을 때 각도(θ)에 따른 감도(r)는 cos θ 함수로 나타낼 수 있다. 즉, 정면(0°)과 후면(180°)에서는 감도가 최대가 되고, 측면(90°, 270°)에서는 감도가 0이 된다. 이러한 특성 때문에 마이크를 사이에 두고 마주 보고 대화하는 두 사람의 목소리를 녹음하거나, 특정 악기의 소리와 함께 공간의 잔향을 함께 담고 싶을 때 유용하게 사용된다.

양지향성 마이크는 진동판 양쪽의 음압 차이, 즉 공기 입자의 속도 변화에 비례하여 신호를 생성하기 때문에 '속도형 마이크'(velocity microphone영어)로 분류되기도 한다.

5. 마이크 사용 기술

최적이 아닌 음향 공간에서 마이크를 효과적으로 사용하기 위한 기술 중 하나로 경계면 효과(boundary effect)를 활용하는 방법이 있다. 이는 마이크를 벽이나 바닥 같은 경계면에 가깝게 배치하여, 표면에서 반사되는 소리가 직접 도달하는 소리와 거의 동시에 마이크에 도달하도록 하는 원리이다. 이를 통해 마이크는 반구형에 가까운 극성 패턴을 가지게 되어 소리의 명료도를 높일 수 있다. 초기에는 일반 마이크를 표면에 붙이거나 음향적으로 투명한 폼 블록 안에 넣어 사용하기도 했다. 사운드 엔지니어 에드 롱(Ed Long)과 론 위커셤(Ron Wickersham)은 마이크의 진동판을 경계면과 평행하게 배치하는 방식을 고안했다.[53] 이 기술을 적용한 대표적인 예가 크라운 인터내셔널의 상표인 압력 영역 마이크로폰(Pressure Zone Microphone, PZM)이다. 또한, 지향성 마이크를 경계면에 가깝게 설치하여 지향성은 유지하면서 경계면 효과의 이점을 얻는 기술도 있으며, 크라운 인터내셔널은 이를 위상 일관 카디오이드(Phase Coherent Cardioid, PCC)라는 상표로 부른다.

5. 1. 응용 분야별 설계

최적이 아닌 음향 공간에서 마이크를 효과적으로 사용하기 위해 여러 방법이 개발되었다. 이런 공간은 종종 표면(경계면)에서 과도한 반사를 겪는데, 마이크를 경계면 중 하나에 또는 매우 가깝게 배치하면 반사음이 직접음과 거의 동시에 도달하여 마이크가 반구형 극성 패턴을 가지게 되고 명료도가 향상된다. 초기에는 일반 마이크를 표면에 인접하게 두거나 음향적으로 투명한 폼 블록 안에 배치했다. 사운드 엔지니어 에드 롱(Ed Long)과 론 위커셤(Ron Wickersham)은 진동판을 경계면에 평행하게 하고 경계면을 향하도록 배치하는 개념을 개발했다.[53] 이 기술을 이용한 압력 영역 마이크로폰(Pressure Zone Microphone)과 PZM은 크라운 인터내셔널의 상표이다. 경계면 마이크로폰은 처음에 무지향성 요소를 사용했지만, 지향성 마이크를 표면에 충분히 가깝게 장착하여 요소의 지향성을 유지하면서 기술의 이점을 얻는 것도 가능하다. 크라운의 이 방식에 대한 상표는 위상 일관 카디오이드(Phase Coherent Cardioid) 또는 PCC이다.

  • 라발리에 마이크(lavalier microphone): 핸즈프리 작동을 위해 설계된 소형 마이크로, 몸에 착용한다. 초기에는 목에 거는 끈으로 고정했지만, 현재는 클립, 핀, 테이프, 자석 등으로 옷에 부착하는 경우가 많다. 코드는 옷 안으로 숨겨 무선 송신기에 연결하거나 벨트에 고정하여 휴대용으로 사용하거나, 믹서에 직접 연결하여 고정식으로 사용한다. 흔히 "타이핀 마이크"라고도 불리며, 소형 무선 송수신기를 휴대하여 음향 장비로 소리를 전송하는 무선 타입이 증가하고 있다.

  • 무선 마이크(wireless microphone): 케이블 대신 무선 또는 광 신호로 오디오를 전송한다. 일반적으로 소형 무선 송신기(radio transmitter)를 사용하여 근처 수신기로 신호를 보내지만, 송신기와 수신기가 서로 시야 내에 있다면 적외선을 사용할 수도 있다. 신호 전송에 전파, 적외선, 가시광선 등 전자파를 이용한다.

  • 접촉식 마이크(contact microphone): 공기 중의 소리 진동 대신 고체 표면이나 물체의 진동을 직접 감지한다. 작은 물체나 곤충(insect)처럼 매우 낮은 수준의 소리를 감지하는 데 사용될 수 있다. 보통 자기(움직이는 코일) 트랜스듀서, 접촉판, 접촉 핀으로 구성된다. 접촉판을 진동하는 표면에 직접 놓고, 접촉 핀이 진동을 코일로 전달한다. 달팽이 심장 박동이나 개미 발걸음 소리를 감지하는 데 사용된 사례가 있다. 휴대용 버전도 개발되었다. 악기 등에 부착하여 사용하는 클립온 마이크(clip-on microphone)와는 구별되는데, 클립온 마이크는 공기 진동을 포착하는 마이크이며, 연주를 방해하지 않도록 소형 콘덴서 마이크 형태가 많다. 콘택트 픽업(contact pickup)이라고 불리는 장치도 있는데, 이는 공기 진동이 아닌 음원의 진동을 직접 전기 신호로 변환하므로 마이크로폰과는 구별된다.

  • 인후 마이크(throat microphone): 접촉식 마이크의 일종으로, 사람의 목에 직접 고정하여 성대의 진동을 통해 음성을 감지한다. 주변 소음이 심한 환경에서도 화자의 목소리만 명확하게 전달할 수 있어 휴대 전화, 무선 통신, 오토바이 운전자나 차량 운전자의 통신 등 소음 환경에서 작은 소리를 확실히 포착해야 할 때 사용된다.


소니(Sony)의 파라볼릭 반사경(parabolic reflector). 마이크는 반사경 표면을 향하고, 반사경에 의해 포착된 소리는 마이크로 향하게 됩니다.

  • 파라볼릭 마이크(parabolic microphone): 파라볼릭 반사경(parabolic reflector)을 사용하여 위성 안테나(satellite dish)처럼 멀리 있는 음파를 모아 마이크 수신기에 집중시키는 방식이다. 전방 감도가 매우 뛰어나 수십 미터 떨어진 소리도 감지할 수 있다. 주로 자연 소리 녹음, 야외 스포츠 경기 중계, 도청(eavesdropping), 법 집행(law enforcement), 스파이 활동(espionage) 등에 사용된다. 설계상 저주파 응답이 좋지 않아 일반적인 녹음 작업에는 잘 사용되지 않는다.

  • 스테레오 마이크(stereo microphone): 하나의 장치에 두 개의 마이크를 통합하여 스테레오 음향 신호를 생성한다. 두 개의 개별 마이크를 사용하는 것이 비실용적인 방송(broadcast)이나 현장 녹음(field recording)에 자주 사용된다. 일부 모델은 두 채널 간의 커버리지 각도를 조절할 수 있다. 마이크 요소의 중심 위치를 동일 축에 조합하는 XY 스테레오 방식이나 MS 스테레오 방식이 대부분이다. 서라운드 수음용[76]이나 VR 영상 유행에 따른 VR 음향 마이크[77]도 등장했다. 바이노럴 녹음용 더미 헤드 마이크도 스테레오 마이크의 일종이다.

  • 소음 제거 마이크(noise-canceling microphone): 시끄러운 환경에서 주변 소음을 줄이도록 설계된 고지향성 마이크이다. 항공기(aircraft) 조종석 헤드셋의 붐 마이크나 시끄러운 콘서트(concert) 무대에서 공연하는 보컬리스트용으로 사용된다. 두 개의 다이어프램에서 수신된 신호(하나는 주 소스 근처, 다른 하나는 주변 소음 감지용)를 서로 다른 전기적 극성으로 결합하거나 전자적으로 처리하여 주변 소음을 상쇄한다. 다른 방식으로는 마이크 측면과 후면에 열린 포트를 이용해 하나의 다이어프램으로 소음을 줄이는 디자인도 있다. 단일 다이어프램을 사용하는 크라운 인터내셔널의 소음 제거 헤드셋 디자인은 여러 유명 가수들이 사용했다.[54] 일부 소음 제거 마이크는 인후 마이크 형태를 띠기도 한다. 근접 마이크(close-talk microphone) 또는 노이즈 리덕션 마이크(noise reduction microphone)는 입에 매우 가까이 대고 사용하는 것을 전제로 설계되어 목소리 외의 소리를 잘 포착하지 않도록 한 마이크이다. 소형 마이크 유닛 2개를 내장하고 역상으로 접속하여, 입과의 거리에 따른 위상차를 이용해 목소리는 포착하고, 멀리서 오는 동상의 주변 잡음은 상쇄시키는 방식도 있다.

  • 보컬 마이크(vocal microphone)[75]: 사람의 목소리(음성, 즉 노래나 말소리) 녹음에 사용된다. 사람 음성 대역폭의 소리를 잘 포착하도록 선택된다. 무대 보컬용으로는 내구성이 좋고, 바람 소리에 강하며, 저음역을 줄인(roll-off) 단일지향성 마이크가 적합하다.

  • 인스트루먼트 마이크(instrument microphone): 악기 소리 녹음용 마이크이다.[75] 사람 목소리보다 넓은 주파수 대역을 포착할 수 있어야 하며,[75] 특정 고음역 또는 저음역 소리를 더 잘 포착할 수 있어야 한다.[75]

  • 바운더리 마이크(Boundary Microphone) 또는 PZM(Pressure Zone Microphone): 벽이나 바닥 등에 부착하는 마이크이다. 표면에 부착하면 반사음의 간섭이 줄어들어 감도가 높아진다. 소형화를 위해 일렉트릿 콘덴서 마이크 형태가 많다. 바운더리 마이크는 평판 중앙에 무지향성 마이크를 내장한 구조이며, PZM은 판에 약간의 틈을 두고 마이크를 부착하여 반사된 소리를 포착하는 구조이다. 지향성은 반구형이며, 눈에 잘 띄지 않는 장점이 있다. 벽면에 매립하는 타입도 있다.

  • 내후성/수중 마이크: 야외나 습기가 많은 장소, 심지어 얕은 물 속에서 사용하도록 개발된 마이크이다. 수중 마이크(hydrophone)는 물속에서 사용하는 것을 전제로 하며, 해양 생물 생태 조사 등에 활용된다.

  • 컨실드 마이크(concealed microphone): 두꺼운 벽면에 부착하여 벽 너머의 소리를 들을 수 있는 고감도 마이크이다. 경찰이나 탐정 등이 정보 수집이나 범죄 수사에 이용한다.

  • 헤드셋 마이크: 헤드셋에 통합된 마이크로, 주로 통신용으로 사용된다.

  • 스탠드 마이크: 책상 위에 놓고 사용하는 마이크이다. PTT(Push-to-Talk) 스위치가 부착된 경우가 많으며, 무선 통신에 적합하도록 컴프레서나 필터 회로 등이 내장되기도 한다. 바닥에 세우는 마이크 스탠드에 설치된 마이크를 지칭하는 속칭으로도 쓰인다.

5. 2. 스테레오 마이크 기술

원래 스테레오 녹음은 개별 마이크 2개를 2개의 스탠드에 설치하거나, 스테레오 바에 설치하여 1개의 스탠드에 통합하는 방식이었으나, 하나의 주축(몸체)에 2개의 마이크 요소를 통합하여 1개의 마이크처럼 사용할 수 있게 한 스테레오 마이크가 개발되었다. 마이크 요소의 중심 위치를 동일 축에 조합하는 XY 스테레오 방식이나 MS 스테레오 방식이 대부분이다. 전자는 마이크 요소(다이어프램)의 각도를 조절할 수 있고, 일부 핸디 레코더용 마이크는 바깥쪽으로 기울여 AB 스테레오 방식으로 전환할 수 있는 것도 있다. MS 스테레오 방식은 각 마이크의 신호 레벨을 간편하게 조절할 수 있는 장점이 있다. 노이만(Neumann) SM69, 산켄(Sanken) CMS-2 등 유명한 기종이 많다.

이 외에도 다양한 스테레오 마이크 기술이 존재한다.

  • ORTF 방식: 마이크 간에 20cm 이내의 거리를 유지한 라디오 프랑스(ORTF) 방식은 같은 마이크 2개를 스탠드에 설치하는 방식으로 대응되는 경우가 많지만, SCHOEPS MSTC64U나 이와 거의 같은 외관을 가진 Superlux S502 같은 제품도 생산되고 있다.
  • 바이노럴 수음: 헤드폰 청취를 전제로 하며, 인간의 머리 또는 가슴 부분을 모방한 배플의 귀 부분에 마이크 요소를 삽입한 "더미 헤드 마이크"를 사용한다. 이 역시 스테레오 마이크의 일종이다.
  • 더미 헤드 파생 방식: 직경 20cm의 구체 양단에 마이크 요소를 배치한 KFM6(SCHOEPS), BS-3D(T.H.E.Audio)는 더미 헤드 방식에서 파생된 바운더리 마이크라고 할 수 있다.


더욱 발전된 형태로 서라운드 수음용[76]이나 VR 영상의 유행에 따라 등장한 VR 음향 마이크[77]도 있다. 용도로는, 소형·경량이 특징인 펜슬 타입이나 테이블 스탠드용은 물론, 더 작은 크기가 요구되는 라베리아 마이크(타이핀 마이크), 1개의 위상관에 정리할 수 있는 스테레오 샷건 마이크 등 다양하며, 기동성이 중요한 핸디 레코더나 비디오 카메라, 스마트폰, 디지털 일안 레플렉스 카메라용 등 매우 다채롭다.

5. 3. 전원 공급

능동 회로가 포함된 마이크로폰, 특히 대부분의 콘덴서 마이크로폰은 내부의 능동 부품을 작동시키기 위해 전원이 필요하다. 초기에는 진공관 회로와 별도의 전원 공급 장치를 사용했으며, 여러 핀으로 구성된 케이블과 커넥터를 이용했다. 이후 반도체 증폭 기술이 발전하면서 전력 요구량이 크게 줄어들었고, 오디오 신호와 전력을 동일한 케이블과 커넥터로 전송하는 것이 실용화되었다.[55]

1960년대 유럽을 중심으로 여러 전원 공급 방식이 개발되었다. 대표적인 두 가지 방식은 독일 DIN 표준으로 정의되었는데, 하나는 DIN 45595 표준의 T 전원(Tonaderspeisung)이고, 다른 하나는 DIN 45596 표준의 팬텀 전원(Phantom Power)이다. 1980년대 이후로는 팬텀 전원이 훨씬 더 널리 사용되고 있는데, 이는 팬텀 전원을 지원하는 오디오 입력 단자에 전원이 필요한 마이크(주로 콘덴서 마이크)와 전원이 필요 없는 마이크(다이내믹 마이크로폰 등) 모두를 연결할 수 있기 때문이다.[55]

DSLR 카메라, 캠코더와 같은 소비자 가전제품에서는 3.5mm 폰 플러그 커넥터를 사용하는 마이크로폰에 "플러그인 파워"(Plug-in Power) 방식이 더 일반적으로 사용된다. 팬텀 전원, T 전원, 플러그인 파워 방식은 모두 국제 표준 IEC 61938에 기술되어 있다.[55]

콘덴서 마이크로폰은 일반적으로 직류 전원을 필요로 한다. 전원 공급 방식에는 마이크 본체에 건전지를 넣는 방식, 외부의 전용 전원 장치를 이용하는 방식, 그리고 믹싱 콘솔이나 마이크 프리앰프 등에서 마이크 케이블을 통해 전원을 공급하는 팬텀 전원 방식이 있다. 팬텀 전원은 일반적으로 48V의 직류전압을 사용하며, 소비 전류는 최대 14mA이다.[70] 이 전압은 규정된 저항값을 가진 블리더 저항을 거쳐 밸런스 연결 단자의 HOT(+) 및 COLD(-) 핀과 GND(접지) 핀 사이에 인가된다. 마이크 프리앰프 입력단의 트랜스나 커패시터는 이 직류 전압 성분을 제거하여 오디오 신호만 증폭기로 전달한다.[71]

일반적으로 다이내믹 마이크로폰에 팬텀 전원을 인가하는 것은 회로 손상의 원인이 될 수 있어 금지된다. 하지만 일부 다이내믹 마이크는 팬텀 전원이 인가되어도 문제없도록 설계되기도 한다(예: HOT와 COLD가 동일 전위가 되도록 전압 인가, 커패시터를 직렬로 연결하여 무빙 코일에 전압이 인가되지 않도록 설계). 21세기 들어서는 팬텀 전원으로 구동되는 소형 증폭기를 내장한 "액티브 리본 마이크로폰"이나, 신호 경로에 삽입하여 증폭하는 "인라인 프리앰프" 등 콘덴서 마이크 외의 방식에서도 팬텀 전원을 요구하는 경우가 생기고 있다.

증폭기에 진공관을 사용하는 마이크 모델은 대개 외부 전용 전원 장치에 의존한다. 이 전원 장치는 내장 증폭기, 진공관 히터 전력, 애노드 전압 등을 공급하며, 신호선과 별도의 회로를 통해 높은 전압을 전달한다. 예를 들어 DPA(구 B&K)의 일부 제품은 3극 XLR 타입 커넥터 외에 4극 또는 7극 커넥터를 사용하여 각각 130V, 190V의 애노드 전압을 공급하기도 했다.[72]

PC 연결용 마이크, 민생용 휴대용 녹음기, 가정용 비디오 카메라, 아마추어 무선용 마이크 등에서는 "플러그인 파워"나 "연결 케이블 공급" 방식이 사용된다. 이 방식은 수V에서 십수V 정도의 낮은 전압을 사용하며, 연결 방식도 불균형(unbalanced)인 경우가 많다.

어떤 방식이든 전원 공급 회로는 미약한 오디오 신호를 왜곡시키는 노이즈의 원인이 될 수 있으므로, 임피던스 정합과 노이즈 대책 설계가 필수적이다.

5. 4. 연결 및 커넥터

Samson 마이크로폰(USB 커넥터)


마이크로폰 연결에는 다양한 종류의 커넥터가 사용되며, 가장 일반적인 종류는 다음과 같다.

  • XLR 단자: 주로 전문가용 마이크로폰에 사용되는 수나사형 커넥터이다.
  • 약 2.54cm (6.35mm) 폰 커넥터: 비교적 저렴한 악기용 마이크로폰에서 흔히 볼 수 있다. 일반적으로 불균형(unbalanced) TS(팁-슬리브) 방식을 사용한다. 예를 들어, 하모니카 마이크로폰은 기타 앰프와 연결하기 위해 고임피던스 약 2.54cm TS 커넥터를 사용하는 경우가 많다.
  • 3.5 mm 미니 폰 플러그 (1/8 인치 미니 플러그라고도 불림): 주로 TRS(팁-링-슬리브) 스테레오 방식이지만, TS 모노 방식도 있다. 프로슈머급 카메라, 휴대용 녹음기, 컴퓨터용 마이크로폰 등에 널리 사용된다.
  • USB: PC에 직접 연결할 수 있는 방식이다. USB 연결 마이크는 내부에 프리앰프와 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 갖추고 있어, 마이크로 들어온 소리를 디지털 오디오 데이터로 변환하여 USB 인터페이스를 통해 전송한다. 전원은 USB를 통해 공급받는 경우가 많다.


이 외에도 일부 마이크로폰은 휴대용 장비 연결을 위해 5핀 XLR이나 미니 XLR 같은 다른 종류의 커넥터를 사용하기도 한다. 옷깃에 부착하는 라펠 마이크 중 일부는 무선 송신기(예: 라디오 팩)에 연결하기 위해 각 제조사의 독자적인 규격의 커넥터를 사용한다. 2005년 이후에는 컴퓨터 기반의 소프트웨어에 직접 녹음할 수 있도록 USB 연결 기능을 갖춘 전문가급 마이크로폰도 등장하기 시작했다.

6. 특성 및 측정

마이크는 제조사와 모델에 따라 고유한 전기적, 음향적 특성을 가지며, 이는 마이크의 성능과 용도를 결정하는 중요한 요소이다. 이러한 특성을 이해하고 측정, 평가하는 것은 사용 목적에 맞는 마이크를 선택하고 활용하는 데 필수적이다.

주요 특성으로는 마이크가 소리를 전기 신호로 변환하는 효율을 나타내는 감도, 감지할 수 있는 소리의 주파수 범위를 보여주는 주파수 응답, 특정 방향의 소리에 대한 민감도를 나타내는 지향 특성, 마이크의 전기적 저항값인 출력 임피던스, 처리할 수 있는 소리의 최소 크기와 최대 크기 범위를 의미하는 다이내믹 레인지, 신호 대비 잡음의 비율인 SN비, 왜곡 없이 받아들일 수 있는 최대 소리 크기인 최대 입력 음압 레벨, 마이크 자체가 발생하는 잡음 수준인 자체 잡음 등이 있다. 이러한 개별 특성에 대한 자세한 내용은 하위 섹션에서 다룬다.

특히 마이크의 임피던스는 옴(Ω) 단위로 측정되는 주파수에 따른 전기적 특성으로, 연결하는 프리앰프와의 관계에서 중요하다. 일반적으로 신호 손실을 최소화하고 최적의 성능을 얻기 위해, 마이크의 출력 임피던스보다 훨씬 높은 입력 임피던스를 가진 프리앰프에 연결하는 임피던스 브리징 방식을 사용한다.[56] 내부에 증폭회로가 있는 콘덴서 마이크 등은 보통 50~200Ω 정도의 낮은 출력 임피던스를 가진다.[56][58]

노이만 D-01 디지털 마이크와 노이만 DMI-8 8채널 USB 디지털 마이크 인터페이스


또한, 오디오 공학회에서 제정한 AES42 표준은 마이크용 디지털 인터페이스 규격이다. 이 표준을 따르는 디지털 마이크는 아날로그 신호 대신 XLR 커넥터 등을 통해 디지털 오디오 데이터를 직접 출력하여, 해당 규격을 지원하는 장비와 연결된다.

과학적 측정이나 정밀한 음향 분석 등 특정 분야에서는 마이크의 특성을 정확히 파악하고 성능을 유지하기 위해 정기적인 측정 및 교정 과정이 필요하다.

6. 1. 주요 특성

마이크는 구조의 차이로 인해 소리에 대한 고유한 특성 응답을 가진다. 이러한 응답 차이는 균일하지 않은 위상 및 주파수 응답을 생성한다. 또한 마이크는 음압에 대해 균일하게 민감하지 않으며, 왜곡 없이 서로 다른 음압 레벨을 수용할 수 있다. 과학적 응용 분야에서는 더 균일한 응답을 가진 마이크가 바람직하지만, 음악 녹음에서는 마이크의 불균일한 응답이 원하는 소리의 특색을 만들어낼 수 있기 때문에 반드시 그렇지 않다. 마이크 사양에 대한 국제 표준(IEC 60268-4)이 있지만,[59] 이를 준수하는 제조업체는 많지 않다. 따라서 서로 다른 측정 기술이 사용될 수 있으므로, 제조사가 제공하는 데이터를 비교할 때는 주의가 필요하다.

=== 감도 ===

감도는 마이크가 음향 압력을 출력 전압으로 변환하는 정도를 나타낸다. 감도가 높은 마이크는 더 많은 전압을 생성하므로 믹서나 녹음 장치에서 증폭이 덜 필요하다. 이것은 실용적인 문제이지만 마이크의 품질을 직접 나타내는 것은 아니다. 실제로 '감도'라는 용어보다는 "변환 이득"이나 "출력 레벨"이 더 적합할 수 있는데, 실제 감도는 일반적으로 자체 잡음 수준에 의해 결정되기 때문이다.

측정 단위로는 국제 표준 방식(선호)과 이전의 미국 방식이 있다. 국제 표준은 1 Pa의 음압에서 출력되는 전압을 밀리볼트(mV)로 나타낸다(mV/Pa). 이 값이 클수록 감도가 높다. 또한, 기준 레벨을 1 V/Pa로 하여 데시벨로 표시하기도 하는데(예: -60 dB), 이 경우에도 값이 클수록 감도가 높다 (-60 dB가 -70 dB보다 감도가 높음).[80]

=== 주파수 응답 ===

주파수 응답은 마이크가 감지할 수 있는 주파수 범위와 각 주파수에서의 감도를 나타낸다. 일반적으로 주파수 응답 다이어그램은 마이크 정면(축상, 0°)에서 들어오는 소리에 대해 특정 주파수 범위(보통 20 Hz ~ 20 kHz)에 걸쳐 데시벨(dB) 단위로 감도를 표시한다.

텍스트로는 "30 Hz ~ 16 kHz ±3 dB"와 같이 표현될 수 있다. 이는 명시된 주파수 사이에서 응답이 비교적 평탄하며 진폭 변화가 ±3 dB를 넘지 않음을 의미한다. 그러나 이 정보만으로는 응답 곡선이 얼마나 부드러운지, 또는 어느 주파수 대역에서 변화가 발생하는지 알 수 없다. 단순히 "20 Hz ~ 20 kHz"와 같이 허용 오차(dB) 없이 표기된 주파수 범위는 큰 의미가 없다.

지향성 마이크의 주파수 응답은 음원과의 거리 및 음원의 기하학적 형태에 따라 크게 달라진다. IEC 60268-4 표준은 주파수 응답을 '평면 진행파'(음원에서 매우 멀리 떨어진 상태) 조건에서 측정하도록 명시하지만, 이는 실제 적용에 어려움이 있다. 근접해서 사용하는 마이크(close-talking microphone)는 다양한 음원과 거리에서 측정될 수 있지만, 표준화된 측정 방법이 없어 제조사 간 데이터 비교가 어렵다.

=== 지향 특성 ===

지향 특성은 마이크가 특정 방향에서 들어오는 소리에 대해 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타낸다. 이는 보통 마이크 정면(0°)을 기준으로 각도에 따른 감도 변화를 원형 차트로 표시한다. 자세한 내용은 마이크로폰#지향성에 의한 분류에서 다룬다.

=== 자체 잡음 ===

자체 잡음(Self-noise) 또는 등가 입력 잡음(Equivalent Input Noise)은 아무런 소리가 없는 상태에서 마이크 자체가 생성하는 잡음 수준을 의미한다. 이는 마이크가 포착할 수 있는 가장 작은 소리의 한계를 나타내며, 특히 조용한 소리를 녹음할 때 중요한 지표가 된다.

자체 잡음은 주로 dB(A) 단위로 표시되는데, 이는 인간의 청각 특성을 고려하여 가중치를 적용한 데시벨 값이다(예: "15 dBA SPL", 여기서 SPL은 20마이크로파스칼 기준 음압 레벨). 이 수치가 낮을수록 잡음이 적어 좋다. 일부 제조사는 ITU-R 468 노이즈 가중치를 사용하기도 하는데, 이는 실제 노이즈 인지에 더 가깝다고 여겨지지만 dB(A) 값보다 약 11~14 dB 높게 측정된다.

일반적으로 조용한 마이크는 20 dBA SPL 또는 468 가중치 32 dB SPL 정도의 자체 잡음 수준을 가진다. 특수 목적용 초저잡음 마이크(예: 브뢴 & 켜 4179)는 0 dB SPL에 가까운 값을 가지기도 한다. 최근에는 스튜디오/엔터테인먼트 시장에서 노이만 및 Røde와 같은 제조사들이 5~7 dBA 수준의 낮은 자체 잡음을 광고하는 마이크를 출시하고 있다. 이는 때때로 캡슐과 전자회로의 주파수 응답을 조정하여 A-가중치 곡선 내의 잡음을 낮추는 방식으로 달성될 수 있으며, 이 경우 광대역 잡음은 오히려 증가할 수도 있다.

=== 최대 입력 음압 레벨 ===

최대 입력 음압 레벨(Maximum Sound Pressure Level, Max SPL)은 마이크가 심각한 왜곡 없이 받아들일 수 있는 가장 큰 소리의 압력 수준을 나타낸다.

사양에는 종종 특정 총 고조파 왜곡(Total Harmonic Distortion, THD) 수치(예: 1%)를 기준으로 한 최대 SPL 값이 명시된다 (예: "140 dB S.P.L. at 1 kHz, 1% THD"). 하지만 1% THD는 실제로는 매우 낮은 수준의 왜곡이며, 특히 짧고 높은 피크 음에서는 거의 감지하기 어렵다. 실제로 문제가 되는 것은 신호가 찌그러지는 클리핑(clipping) 현상이며, 이는 훨씬 더 귀에 거슬린다. 일부 마이크의 경우 클리핑이 발생하는 음압 레벨은 명시된 최대 SPL 값보다 훨씬 높을 수 있다.

=== 출력 임피던스 ===

출력 임피던스는 마이크 출력 단자에서 측정되는 전기적 저항값으로, 옴(Ω) 단위로 표시된다. 이는 주파수에 따라 변하는 전기적 특성이다. 프리앰프를 선택할 때 마이크의 출력 임피던스를 고려해야 한다.

일반적으로 신호 전압을 최대한 손실 없이 전달하기 위해 임피던스 브리징(impedance bridging) 방식을 사용한다. 이 방식에서는 마이크의 출력 임피던스가 연결되는 프리앰프의 입력 임피던스보다 훨씬 낮아야 한다 (실제로는 프리앰프 입력 임피던스가 마이크 출력 임피던스의 최소 10배 이상 되는 것이 권장됨). 이렇게 하면 신호 감쇠를 최소화할 수 있다.[56]

임피던스 값에 따라 일반적으로 저임피던스(600 Ω 미만), 중간 임피던스(600 Ω ~ 10 kΩ), 고임피던스(10 kΩ 이상)로 분류된다. 수동형 마이크(다이내믹 마이크 등)의 임피던스는 내부 코일의 임피던스와 관련이 깊다. 반면, 증폭회로가 내장된 능동형 마이크(콘덴서 마이크 등)는 내부 증폭기의 출력 임피던스를 나타내며, 일반적으로 50 Ω ~ 200 Ω 사이의 낮은 값을 가진다.[56][58] 역사적으로 600 Ω 임피던스를 가진 마이크가 많았으나, 현대적인 설계에서는 250 Ω이나 50 Ω 등 더 낮은 출력 임피던스를 가지는 경향이 있다.

=== 다이내믹 레인지 ===

다이내믹 레인지는 마이크가 왜곡 없이 포착할 수 있는 가장 작은 소리(자체 잡음)와 가장 큰 소리(최대 입력 음압 레벨) 사이의 범위(차이)를 나타낸다. 단위는 데시벨(dB)이다. 단순히 "120 dB"와 같이 다이내믹 레인지 값만 제시되는 경우, 자체 잡음과 최대 SPL 값을 각각 아는 것보다 정보가 부족할 수 있다.

=== SN비 ===

SN비(Signal-to-Noise Ratio)는 신호(Signal)의 크기와 잡음(Noise)의 크기 비율을 나타낸다. 단위는 데시벨(dB)이며, 이 값이 클수록 잡음의 비율이 낮아 우수한 성능으로 간주된다. 이는 값이 작을수록 좋은 "등가 잡음 레벨"과는 다른 개념이다. 일반적으로 콘덴서 마이크가 다이내믹 마이크보다 SN비가 유리한 경향이 있다.

=== 다이어프램 ===

다이어프램(Diaphragm)은 소리의 진동을 감지하는 얇은 막이다. 일반적으로 두께가 수 마이크로미터(μm)에 불과하여 매우 가볍고, 이로 인해 소리에 대한 응답 속도가 빠르고 깨끗한 음질을 내는 데 기여한다. 다이어프램의 진동을 제어하기 쉬운 구조는 비교적 평탄한 주파수 특성을 얻는 데 유리하다.

다이어프램이 마이크 본체의 축에 대해 어떻게 배치되어 있는지에 따라 사이드 어드레스(side-address) 방식과 엔드 어드레스(end-address) 방식으로 나뉜다.

  • 사이드 어드레스: 다이어프램이 마이크 축에 대해 직각으로 부착되어 마이크 옆 방향에서 소리를 주로 받아들인다. 대구경 다이어프램을 사용하기 용이하다.
  • 엔드 어드레스: 다이어프램이 마이크 축과 같은 방향으로 부착되어 마이크 끝(정면) 방향에서 소리를 주로 받아들인다. 보컬 녹음 등에서 마이크 축을 향해 소리를 내는 방식으로 사용된다. 다이어프램 크기는 작아지는 경향이 있지만 마이크를 소형화하기에 유리하다.

6. 2. 측정 및 교정

일부 마이크로폰은 스피커 테스트, 소음 수준 측정 및 기타 음향 경험의 정량화를 위해 사용된다. 이러한 마이크로폰은 교정된 압전 변환기이며, 일반적으로 주파수에 대한 절대 감도를 명시하는 교정 증명서와 함께 제공된다. 측정 마이크로폰의 품질은 종종 '클래스 1', '타입 2' 등으로 지정되는데, 이는 마이크로폰 사양 자체가 아니라 관련 소음계 규격을 참조하는 것이다.[60] 측정 마이크로폰 성능을 기술하기 위한 더 포괄적인 표준[61]이 최근 채택되었다.

측정 마이크로폰은 일반적으로 음압의 스칼라 센서이며, 물리적 크기에 따른 산란 특성에 의해서만 제한되는 무지향성 응답을 보인다. 음향 인텐시티(음향 강도) 또는 음향 출력 측정에는 압력 기울기 측정이 필요하며, 이는 일반적으로 최소 두 개의 마이크로폰 어레이를 사용하거나 열선풍속계를 사용하여 수행된다.

마이크로폰을 이용한 과학적 측정을 위해서는 마이크로폰의 정확한 감도(볼트/파스칼)를 알아야 한다. 마이크로폰의 감도는 시간이 지남에 따라 변할 수 있으므로, 측정용 마이크로폰은 정기적인 교정이 필요하다. 이러한 교정 서비스는 일부 마이크로폰 제조업체나 독립적인 공인 시험소에서 제공한다. 모든 마이크로폰 교정은 궁극적으로 영국의 영국 국립물리연구소 (NPL), 독일의 독일연방 물리기술연구소 (PTB), 미국의 미국 국립표준기술연구소 (NIST)와 같은 국가 측정 기관에서 관리하는 1차 표준에 소급 적용될 수 있어야 한다. 교정은 주로 상호 교정법(reciprocity calibration)을 이용한 1차 표준 교정을 통해 이루어진다. 이렇게 교정된 측정용 마이크로폰은 다른 마이크로폰을 교정하기 위한 기준(working standard)으로 사용될 수 있으며, 이때는 비교 교정(comparison calibration) 기법이 활용된다.

응용 분야에 따라 측정용 마이크로폰은 주기적으로(일반적으로 매년 또는 수개월마다) 교정을 받아야 하며, 떨어뜨리거나 허용 수준 이상의 소음에 노출되는 등 마이크로폰에 손상을 줄 수 있는 사건이 발생한 후에도 점검 및 재교정이 필요하다. (대부분의 측정용 마이크로폰은 이러한 위험을 줄이기 위해 완충재가 포함된 케이스에 보관된다.)

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[56] 웹사이트 Should I Match Impedances of My Microphone to My Mixer? https://service.shur[...] Shure 2022-05-23
[57] 서적 Microphones Illiffe Press for BBC 1963-01-01
[58] 서적 Audio Engineering for Sound Reinforcement https://books.google[...] Hal Leonard Corporation 2002-01-01
[59] 기술 보고서 Sound System Equipment – Part 4: Microphones https://webstore.iec[...] 2018-09-12
[60] 문서 IEC Standard 61672 and ANSI S1.4
[61] 문서 IEC 61094
[62] 웹사이트 Joerg Wuttke – Microphones and Wind http://www.filmebase[...]
[63] 웹사이트 Rycote Cyclone http://rycote.com/mi[...]
[64] 문서 「マイクロフォン」の方が英語に近いが、『学術用語集』 電気工学編 では「マイクロホン」が正式表記になっている。
[65] 문서 概して口径が小さくなるほど高域の周波数特性が伸び、等価雑音レベルは増加する。コンデンサーマイクでは成極電圧を高くする事で感度を上げ相対的にノイズを低減させる事が可能で、ファントム電源48Vを昇圧する機能を持つCO-100KやC617(Josephson Engineering)といった小口径ダイヤフラムマイクも存在する。
[66] 문서 2008年にSHUREが買収したCROWLEY AND TRIPP社が実用化。KSM313、353として販売継続されている。
[67] 문서 特殊な例として、非対称・非円形ダイヤフラムを用い共振を抑制したFlamingo Magic Ear(Violet Design)、非平面ダイヤフラムにより20～50kHzの超音波域に共振周波数を設け、100kHzまでの収音を可能にしたCO-100K(NHK技研とサンケンの共同開発)といった製品がある
[68] 문서 SENNHEISERのMKHシリーズが著名だが商品化は1950年(昭和25年)STAXが既に行っている。同社製品にはやはり「高周波バイアス方式」を応用したレコード針も存在した。参照ページ[http://www.stax.co.jp/Japan/rekishi-J.html]
[69] 문서 Micro Electronics Mechanical Systemsの略、デジタル出力を持つ製品もある。
[70] 문서 ポータブルレコーダーではファンタム電源に充分な電流を供給出来ないものがあり、消費電流の大きいマイクロフォンを使用した場合瞬間的な大音量が再現出来ない、歪みが増加するなど影響がある。
[71] 문서 수Hz의 초저음도 함께 감쇄되지만, 로우컷의 필터가 상용되는 인성 녹음 용도에서는 영향은 거의 없다. 다만 다이나믹 마이크나 리본 마이크에서는 수Hz의 로우컷조차 불리하다고 보는 견해도 있으며, GRACE DESIGN제 프리앰프에서는 통상의 트랜스 비탑재 회로에 더해 콘덴서를 사용하지 않는 시그널 패스도 설치하고 있다.
[72] 문서 DPA4041T2 및 S. 전용 파워 서플라이/프리앰프의 HMA5000 사양서(다만 원어판)에 따른다. 2013년 현재 생산 종료.
[73] PDF mouser사 카탈로그 특성례 http://www.mouser.co[...]
[74] 웹사이트 Audio-Technica 이오닉 마이크 및 특허 정보 https://www.audio-te[...]
[75] 웹사이트 What is the difference between a vocal and instrument mic and can you use one in place of the other? https://carvinaudio.[...]
[76] 문서 산켄의 WMS-5
[77] 문서 SENNHEISER의 AMBEO VR Mic
[78] 웹사이트 Ｑ＆Ａ 01:와이어리스 마이크와 라디오 마이크의 차이는? https://www.radiomic[...]
[79] 문서 콘덴서 타입의 마이크와 3핀 XLR 케이블 1본으로 통신하며, 샘플링 주파수 384kHz까지의 디지털 신호에 더해 클럭, 10V의 팬텀 전원에 제어 신호까지 공급하는 AES42 규격이 제정되어 있으며, 전용 디지털 인터페이스와 조합하는 방법으로 SCHOEPS, NEUMANN, SENNHEISER가 제품화. 직접 입력에 96kHz 샘플링까지 대응한 휴대용 레코더가 AETA, SoundDevices에서 발표되어 있으며, 복수의 출력을 묶어 멀티 채널의 디지털 음성을 송출하는 인터페이스 단체도 NEUMANN, RME 제품이 있다. 이상의 ΔΣ 변조에 대응하지 않는 마이크와는 별도로, 휴대전화나 소형 비디오 카메라용 전자 부품으로서 소형 마이크 유닛을 실리콘 칩에 삽입 앰프와 ΔΣ 컨버터를 조합한 「디지털 실리콘 마이크(3.25MHzPDM)」도 유통되고 있다.
[80] 문서 1 Pa = 94 dBSPL
[81] 뉴스 How Should 'Microphone' be Abbreviated? http://www.nytimes.c[...] 뉴욕 타임스 2010-07-29
[82] 서적 Alexander Graham Bell: an inventive life Kids Can Press 1999
[83] 웹사이트 Bell Laboratories and The Development of Electrical Recording http://www.stokowski[...] Stokowski.org (Leopold Stokowski site) 2016-08-27
[84] 저널 Self-biased condenser microphone with high capacitance


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