마이크로폰

마이크로폰(영어: microphone)은 마이크(영어: mike, mic, /ˈmaɪk/)라고도 하며, 음파를 전기적인 에너지 변환기나 센서로 전달하여 소리를 같은 파형의 전기 신호로 변환해 주는 장치를 통칭하는 말이다.
마이크로폰은 라디오 및 텔레비전 방송, 컴퓨터 녹음 장치, VoIP, 초음파 검사와 같은 비가청 목적, 전화, 테이프 리코더, 영화 제작, 라이브, 녹음 오디오 엔지니어링, 보청기 등 많은 분야에서 쓰인다.

역사

몇몇의 초기 발명자들은 알렉산더 벨 이전에 원시 마이크(뒤에 트랜스미터라고 불림)를 만들었다. 그러나 최초의 상업적인 실용 마이크로폰은 1876년 10월 토머스 에디슨이 착안한 탄소봉 마이크로폰이었다. 많은 초기 마이크로폰 개발자들의 설계는 벨 연구소에서 이루어졌다.

동작 원리

마이크는 공기 중, 물 속의 소리를 잡아내는 장치로 이를 전기적 신호로 변환해 준다. 가장 흔한 방식은 얇은 막을 만드는 것을 통해 균형잡힌 전기적 신호를 만들어 내는 것이다. 오늘날 오디오용으로 쓰이는 대부분의 마이크로폰으로는 전자기 발생 (동적 마이크로폰), 용량 변환 (축전기 마이크로폰) 등이 있다.

콘덴서 마이크로폰

콘덴서 마이크로폰(Condenser microphone)은 축전기의 정전기 용량이 변하면, 두 전극 사이에 축적된 전하가 변하는 것을 이용한 것이다. 1916년에 벨 연구소에 E. C. Wente가 발명한 것이 처음이다. 축전기 마이크로폰(capacitor microphone), 정전 마이크로폰(electrostatic microphone)이라고도 부른다.
지름 10~20mm의 얇은 진동판에 같은 모양의 고정 전극을 적절한 거리로 마주보게 하여 축전기의 형태를 이룬다. 음파에 의한 막의 진동에 따라 전극 사이의 간극이 변하면서 이것이 정전기 용량이 변하게 된다. 이 정전기의 용량으로 음성 전류를 뽑는다.
이 마이크로폰은 주파수 특성이 우수하고, 안정된 것을 만들기 쉬운 좋은 장점이 있으나, 축전기의 전압을 걸어주기 위한 직류 전원이 필요한 점 때문에 초기에는 음악용으로 사용되는 정도였다. 이후 고체회로의 발달로 마이크로폰 내에 내장시켜 소형전지로 작동할 수 있게 하면서 방송용으로도 많이 사용하게 되었다. 내구성이 매우 약해서 바닥에 떨어뜨릴때 망가지기 쉬운 단점도 있다.

일렉트릿 콘덴서 마이크로폰

일렉트릿 콘덴서 마이크로폰(Electret condenser microphone)은 1962년 벨 연구소의 Gerhard Sessler와 Jim West가 개발한 방식으로 콘덴서 마이크로폰의 일종이다. 반영구적인 전하를 지닌 재료(일렉트릿, electret)를 사용하여 이 이름이 붙여졌다.
이 마이크로폰은 바이어스 전원이 필요 없기 때문에 전치 증폭기가 간단해지면서 저렴한 가격에 고성능을 낼 수 있다. 소형화도 가능하기 때문에, 오늘날 대부분의 소형 마이크로폰이 이 방식을 사용하고 있다. 예를 들어 거의 모든 휴대 전화와 컴퓨터, PDA 및 헤드셋에 주로 이용되고 있다.

다이내믹 마이크로폰

다이내믹 마이크로폰(Dynamic microphone) 또는 동적 마이크로폰은 전자기 유도 방식을 이용한 방식이다. 상대적으로 저렴하고 습기에 강하고, 내구성이 좋고 성능이 좋아 무대에 널리 쓰인다.
다이내믹 마이크로폰은 알루미늄의 진동판에 코일이 붙어 있으며, 이 코일이 영구 자석의 N극과 S극 사이에서 움직이는 형태이다. 그래서 가동코일 마이크로폰(moving-coil microphones)이라고도 부른다.
음파가 마이크로폰에 닿으면 진동판이 음파에 따라 진동을 하게 되고, 이 때 코일이 진동파의 진동에 따라 움직인다. 코일이 영구 자석 안에서 움직이기 때문에 이 때 유도 전류가 발생한다. 음파에 따라 유도 전류가 변하여 음성 전류가 발생된다.

리본 마이크로폰

리본 마이크로폰(Ribbon microphone)은 영구 자석 사이에 리본 모양의 알루미늄판이 있는 형태이다. 리본 벨로시티 마이크로폰(ribbon velocity microphone)라고도 부른다.
음파가 마이크로폰에 닿으면 리본 모양의 알루미늄이 음파에 따라 진동을 하는데, 영구 자석의 자기장 속에서 진동하면서 유도 전류가 음성 전류 형태로 발생한다.
리본 마이크로폰은 낮은 음역에서 높은 음역까지 고른 감도를 가지며, 음색이 좋으나, 정방향에서 오는 음파 밖에 받지 못하는 결점이 있다. 1935년 경부터 방송용으로 많이 이용되었으나, 1965년경 콘덴서 마이크로폰에 밀려 사용이 줄었다.

카본 마이크로폰

카본 마이크로폰(Carbon microphone) 또는 탄소 마이크로폰은 진동판과 금속의 원판 사이에 탄소 알갱이가 들어있는 방식이다. 토머스 에디슨이 1876년 10월에 발명한 초기 방식의 마이크로폰이다. 이후 여러 방식의 마이크로폰의 등장으로 일부 전화기의 송화기에만 사용되면서 오늘날에는 거의 사용되지 않고 있다.
음파의 진동에 따라 진동판이 진동을 하면, 진동판이 탄소 알갱이를 누르게 되는데 탄소 알갱이를 누르는 강도에 따라 전류에 변화가 생기며 이것으로 음성 전류가 발생한다.

압전 마이크로폰

압전 마이크로폰(Piezoelectric microphone) 또는 크리스탈 마이크로폰(Crystal microphone)은 압전기 효과를 이용한 방식이다. 작은 크기에서 높은 성능을 낼 수 있는 장점이 있으나, 습기에 약한 단점이 있다.
음파의 진동에 따라 진동판이 진동을 하면, 뒤에 있는 결정의 앞면과 뒷면에 양전기(+)와 음전기(-)가 발생하는 압전기 현상이 발생한다. 결정에 전기장을 가해주어 결정에 변형을 일으키는 역압전효과를 일으킬 수도 있다.

마이크로폰 지향 패턴

마이크로폰은 지향성(소리를 잡아낼 수 있는 범위)에 따라 크게 전방향성, 단방향성, 양지향성으로 나뉜다.

전방향성

전반향성(Omnidirectional) 혹은 무지향성(Non-directional)은 방향의 범위 기준이 없이 사방에서 소리를 잡아낸다. 일반적으로 저가형에서 가장 많이 볼 수 있는 방식이나, 하울링에 매우 약한 단점이 있기 때문에 인근에 모니터와 스피커를 두면 안된다. 일부 합창이나 오케스트라를 녹음할 때 사용되기도 한다.

단방향성

단방향성(Unidirectional) 혹은 지향성은 일부 범위 내에서만 소리를 잡아내는 방식이다. 보통 카이오이드 방식을 기본으로 하여, 서브카디오이드, 하이퍼카디오이드, 수퍼카디오이드 등이 있다.

단일지향성, 초지향성

단일지향성(Cardioid)은 지향성 마이크 중 가장 기본이 되는 형식이다. 지향 패턴의 단면이 심장을 닮았다고 하여 그리스어로 심장을 뜻하는 Cardio를 따서 카디오이드(Cardioid) 또는 심장형이라고도 부른다. 마이크의 꼬리 부분을 제외한 부분에서 소리를 잡아낸다. 때문에 모니터와 스피커 특히 플로어 모니터의 경우 반드시 마이크가 꼬리 부분이 가리키도록 놓아야한다. 이어모니터의 경우 하울링 현상이 적은 편이다.
초지향성(Supercardioid)은 지향성 마이크보다 더 좁은 범위에서만 소리를 잡기 때문에 하울링에 매우 강하다. 단, 초지향성은 마이크의 헤드 뒷쪽에도 약간 픽업이 되기 때문에 헤드 뒷쪽에 자극을 주거나(마이크 스탠드에 마이크를 꽂는 경우)나, 마이크의 꼬리 부분이 모니터와 스피커를 가리키지 않도록 해야한다.

양지향성

양지향성(Bi-directional)은 마이크의 전면부와 후면부의 소리를 잡아내는 방식이다. 일부 리본 마이크로폰이 전면부와 후면부에 진동판을 가져 양지향성을 띄는 방식을 가지기도 한다.