마이크로폰

마이크로폰() 또는 마이크(, ) 또는 마이크(mike)는 소리를 전기 신호로 변환하는 트랜스듀서이다. 마이크로폰은 전화, 보청기, 콘서트 홀 및 공공 행사를 위한 전관방송, 영화 제작, 라이브 및 녹음된 오디오 엔지니어, 녹음과 재생, 양방향 라디오, 메가폰, 라디오 및 텔레비전 방송과 같은 많은 응용 분야에서 사용된다. 또한 컴퓨터 및 휴대 전화와 같은 다른 전자 장치에서 소리 녹음, 음성 인식, VoIP 및 초음파 센서 또는 노크 센서와 같은 다른 목적으로도 사용된다.

오늘날에는 음파의 공기 압력 변화를 전기 신호로 변환하는 다양한 방법을 사용하는 여러 유형의 마이크로폰이 사용된다. 가장 일반적인 것은 자기장 내에 코일이 매달려 있는 다이내믹 마이크로폰, 진동하는 다이어프램을 축전기 판으로 사용하는 콘덴서 마이크로폰, 그리고 압전기 재료의 결정을 사용하는 접촉 마이크로폰이다. 마이크로폰은 일반적으로 신호를 녹음하거나 재생하기 전에 프리 앰프에 연결해야 한다.

역사
더 많은 사람들에게 말을 하기 위해 사람의 목소리 볼륨을 높여야 할 필요성이 생겨났다. 이를 달성하기 위해 사용된 초기 장치는 음향 메가폰이었다. 기원전 5세기 그리스에서 처음 발견된 예는 원형극장의 배우 목소리를 음향적으로 증폭시키는 뿔 모양의 입구 구멍이 있는 극장 마스크였다. 1665년, 영국의 물리학자 로버트 훅은 각 끝에 컵이 달린 늘어난 철사로 만든 "연인 전화"를 발명하여 공기 이외의 매질로 실험한 최초의 인물이었다.

1856년, 이탈리아 발명가 안토니오 메우치는 자기장 내에서 코일을 다양한 깊이로 이동시켜 전류를 생성하는 원리에 기반한 다이내믹 마이크로폰을 개발했다. 이 변조 방식은 전화 기술에서 가장 오래 지속되는 방식이기도 했다. 메우치는 1857년에 자신의 장치에 대해 "그것은 진동하는 다이어프램과 그 주위를 감는 나선형 철사로 전기화된 자석으로 구성되어 있다. 진동하는 다이어프램은 자석의 전류를 변화시킨다. 이러한 전류 변화는 철사의 다른 끝으로 전송되어 수신 다이어프램의 유사한 진동을 생성하고 단어를 재생한다"고 썼다.

1861년, 독일의 발명가 요한 필립 라이스는 간헐적인 전류를 생성하는 진동막에 부착된 금속 스트립을 사용하는 초기 사운드 송신기("라이스 전화")를 만들었다. 1876년 알렉산더 그레이엄 벨과 일라이셔 그레이의 초기 전화기에 사용된 "액체 송신기" 설계로 더 나은 결과가 얻어졌다. 이 시스템에서는 다이어프램이 산 용액에 담긴 전도성 막대에 부착되었다. 그러나 이러한 시스템은 음질이 매우 좋지 않았다.

섬네일|upright|데이비드 에드워드 휴즈는 1870년대에 탄소 마이크로폰을 발명했다.

적절한 음성 전화 통신을 가능하게 한 최초의 마이크로폰은 (느슨한 접촉) 탄소 마이크로폰이었다. 이것은 영국에서 데이비드 에드워드 휴즈에 의해, 미국에서는 에밀 베를리너와 토머스 에디슨에 의해 독립적으로 개발되었다. 에디슨이 1877년 중반에 첫 특허를 받았지만(오랜 법적 분쟁 끝에), 휴즈는 몇 년 전에 이미 자신의 작동하는 장치를 많은 증인 앞에서 시연했으며, 대부분의 역사가들은 그를 발명가로 인정한다. 베를리너 마이크로폰은 알렉산더 그레이엄 벨의 전화에 사용되어 상업적인 성공을 거두었고, 베를리너는 벨에게 고용되었다.Wile, Frederic Willam 1926 Emile Berliner: Maker of the Microphone, The Bobbs-Merrill Company Publishers, Indianapolis 탄소 마이크로폰은 전화, 방송 및 녹음 산업 발전에 결정적인 역할을 했다. 토머스 에디슨은 1886년에 탄소 마이크로폰을 탄소 버튼 송신기로 개선했다. 이 마이크로폰은 1910년 뉴욕 메트로폴리탄 오페라 극장에서 열린 첫 라디오 방송에서 사용되었다.

섬네일|left|험프리 보가트, 잭 브라운, 로런 버콜이 제2차 세계 대전 중 해외 병사들에게 방송하기 위해 RCA 바라쿠스틱 MI-6203 리본 마이크로폰을 사용하고 있다.

1916년, 웨스턴 일렉트릭의 E.C. 웬테는 최초의 콘덴서 마이크로폰으로 다음의 혁신을 이루었다.Fagen, M.D. A History of Engineering and Science in the Bell System: The Early Years (1875–1925). New York: Bell Telephone Laboratories, 1975 1923년, 최초의 실용적인 무빙 코일 마이크로폰이 제작되었다. H. J. 라운드 대위가 개발한 마르코니-사이키 마그네토폰은 런던 BBC 스튜디오의 표준이 되었다. 이것은 1930년 앨런 블럼라인과 허버트 홀맨에 의해 개선되어 HB1A를 출시했으며, 당시 최고의 표준이었다.

또한 1923년에는 리본 마이크로폰이 도입되었는데, 이는 또 다른 전자기식 유형으로, 리본 스피커에 사용된 개념을 마이크로폰 제작에 적용한 해리 F. 올슨이 개발한 것으로 추정된다. 수년에 걸쳐 이 마이크로폰은 여러 회사에서 개발되었으며, 특히 RCA는 마이크로폰에 지향성을 부여하기 위해 패턴 제어에서 큰 발전을 이루었다. 텔레비전과 영화 기술이 발전하면서 고음질 마이크로폰과 더 큰 지향성에 대한 수요가 있었다. 일렉트로-보이스는 1963년에 아카데미상을 수상한 샷건 마이크로폰으로 응답했다.

20세기 후반에는 슈어 브라더스가 SM58과 SM57을 출시하면서 개발이 빠르게 진전되었다.

종류

마이크로폰은 트랜스듀서 원리(콘덴서, 다이내믹 등)와 지향성 특성(옴니, 심장형 등)에 따라 분류된다. 때로는 다이어프램 크기, 용도 또는 주요 음향 입력의 마이크로폰 주축(엔드 어드레스 또는 사이드 어드레스)에 대한 방향과 같은 다른 특성도 마이크로폰을 설명하는 데 사용된다.

 콘덴서 

섬네일|upright|옥타바 319 콘덴서 마이크로폰 내부
섬네일|콘덴서 마이크로폰의 내부 작동

1916년 웨스턴 일렉트릭에서 E. C. 웬테가 발명한 콘덴서 마이크로폰은 축전기 마이크로폰 또는 정전 마이크로폰이라고도 불리는데, 이는 축전기가 역사적으로 콘덴서라고 불렸기 때문이다. 다이어프램은 축전기의 한 판 역할을 하며, 오디오 진동은 판 사이의 거리 변화를 발생시킨다. 판의 정전 용량은 판 사이의 거리에 반비례하므로, 진동은 정전 용량의 변화를 발생시킨다. 이러한 정전 용량의 변화는 오디오 신호를 측정하는 데 사용된다. 고정판과 이동판의 조립체를 엘리먼트 또는 캡슐이라고 한다.

콘덴서 마이크로폰은 전화 수화구부터 저렴한 노래방 마이크로폰, 고음질 녹음 마이크로폰에 이르기까지 다양하다. 이들은 일반적으로 고품질 오디오 신호를 생성하며, 현재 실험실 및 녹음실 응용 분야에서 인기 있는 선택이다. 이 기술의 내재된 적합성은 다른 마이크로폰 유형이 더 많은 작업을 수행해야 하는 데 비해 입사 음파에 의해 움직여야 하는 질량이 매우 작기 때문이다.

콘덴서 마이크로폰은 전원이 필요하며, 장비의 마이크로폰 입력단자를 통해 팬텀 파워로 공급되거나 작은 배터리에서 공급된다. 전원은 축전기 판 전압을 설정하는 데 필요하며, 마이크로폰 전자 장치에 전원을 공급하는 데도 필요하다. 콘덴서 마이크로폰은 또한 두 개의 다이어프램을 가질 수 있으며, 이는 전기적으로 연결되어 극성 패턴 범위, 예를 들어 심장형, 무지향성, 양지향성을 제공할 수 있다. 일부 마이크로폰, 예를 들어 뢰데 NT2000 또는 CAD M179와 같은 마이크로폰에서는 패턴을 연속적으로 변경하는 것도 가능하다.

콘덴서 마이크로폰은 트랜스듀서에서 오디오 신호를 추출하는 방식에 따라 DC-바이어스 마이크로폰과 무선 주파수(RF) 또는 고주파(HF) 콘덴서 마이크로폰의 두 가지 주요 범주로 나뉜다.

 DC 바이어스 콘덴서 
DC 바이어스 콘덴서 마이크로폰의 경우, 플레이트는 고정 전하(Q)로 바이어스된다. 콘덴서 플레이트 양단에 유지되는 전압은 용량 방정식(C = )에 따라 공기 중의 진동에 따라 달라지며, 여기서 Q는 쿨롬 단위의 전하, C는 패럿 단위의 용량, V는 볼트 단위의 전위차이다. 콘덴서에는 거의 일정한 전하가 유지된다. 용량이 변함에 따라 콘덴서 양단의 전하도 아주 약간 변하지만, 가청 주파수에서는 거의 일정하다. 캡슐의 용량(약 5~100 pF)과 바이어스 저항 값(100 MΩ에서 수십 GΩ)은 오디오 신호에는 하이패스 필터 역할을 하고 바이어스 전압에는 로우패스 필터 역할을 하는 필터를 형성한다. RC 회로의 시정수는 저항과 용량의 곱과 같다는 점에 유의하라.

용량 변화의 시간 프레임(20Hz 오디오 신호에서 최대 50ms) 내에서 전하는 거의 일정하며, 콘덴서 양단의 전압은 용량 변화를 반영하기 위해 즉시 변한다. 콘덴서 양단의 전압은 바이어스 전압 위아래로 변한다. 바이어스와 콘덴서 간의 전압 차는 직렬 저항 양단에서 나타난다. 저항 양단의 전압은 성능 또는 녹음을 위해 증폭된다. 대부분의 경우, 마이크로폰 자체의 전자 장치는 전압 이득을 제공하지 않는다. 이는 고음량의 경우 전압 차이가 상당히 크기 때문이다(최대 수 볼트).

 RF 콘덴서 
섬네일|AKG C451B 소구경 콘덴서 마이크로폰

RF 콘덴서 마이크로폰은 저노이즈 발진기에서 생성되는 비교적 낮은 RF 전압을 사용한다. 발진기 신호는 캡슐 다이어프램을 움직이는 음파에 의해 생성되는 정전 용량 변화에 의해 진폭 변조될 수도 있고, 캡슐이 발진기 신호의 주파수를 변조하는 공진 회로의 일부일 수도 있다. 복조는 매우 낮은 소스 임피던스를 가진 저노이즈 오디오 주파수 신호를 생성한다. 높은 바이어스 전압이 없으므로 장력이 느슨한 다이어프램을 사용할 수 있어 높은 순응도로 인해 더 넓은 주파수 응답을 얻을 수 있다. RF 바이어스 과정은 더 낮은 전기 임피던스 캡슐을 생성하며, 유용한 부산물은 RF 콘덴서 마이크로폰이 오염된 절연 표면으로 인해 DC 바이어스 마이크로폰에 문제가 발생할 수 있는 습한 날씨 조건에서도 작동할 수 있다는 것이다. 젠하이저 MKH 시리즈 마이크로폰은 RF 바이어스 기술을 사용한다. 동일한 물리적 원리를 은밀하게 원격으로 활성화하는 응용 프로그램인 더 씽은 소련 발명가 레온 테레민에 의해 고안되어 1945년부터 1952년까지 모스크바의 미국 대사관 관저를 도청하는 데 사용되었다.

 일렉트릿 콘덴서 

섬네일|left|G. M. 세슬러 등이 출원한 포일 일렉트릿 마이크로폰에 대한 첫 특허 (1~3쪽)

일렉트릿 마이크로폰은 1962년 벨 연구소의 게르하르트 세슬러와 제임스 에드워드 메이시오 웨스트가 발명한 콘덴서 마이크로폰의 일종이다. 기존 콘덴서 마이크로폰에 사용되는 외부 인가 전하를 일렉트릿 재료의 영구 전하로 대체한다. 일렉트릿은 영구적으로 전기적으로 충전되거나 분극된 강유전체 재료이다. 이름은 정전기(electrostatic)와 자석(magnet)에서 유래했다. 즉, 재료 내 정전하의 정렬을 통해 일렉트릿에 정전하가 내장되는데, 이는 영구 자석이 철 조각 내 자기 도메인을 정렬하여 만들어지는 방식과 유사하다.

일렉트릿 마이크로폰은 우수한 성능과 제조 용이성, 그리고 그에 따른 저렴한 비용으로 인해 오늘날 생산되는 마이크로폰의 대다수를 차지하며, 한 반도체 제조업체는 연간 생산량을 10억 개 이상으로 추정한다. 이들은 고품질 녹음 및 라발리에 (옷깃 마이크) 사용부터 소형 녹음 장치 및 전화기에 내장된 마이크로폰에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 사용된다. MEMS 마이크로폰이 확산되기 전에는 거의 모든 휴대폰, 컴퓨터, PDA 및 헤드셋 마이크로폰이 일렉트릿 유형이었다.

다른 축전기 마이크로폰과 달리 분극 전압이 필요하지 않지만, 전원을 필요로 하는 통합 프리 앰프를 자주 포함한다. 이 프리 앰프는 음향 강화 및 스튜디오 응용 분야에서 주로 팬텀 전원으로 작동한다. PC용으로 설계된 모노 마이크로폰(때로는 멀티미디어 마이크로폰이라고도 함)은 일반적으로 스테레오 연결에 사용되는 3.5mm 플러그를 사용하며, 두 번째 채널의 신호를 전달하는 대신 링이 전원을 전달한다.

 진공관 마이크로폰 

진공관 마이크로폰은 진공관 앰프를 사용하는 콘덴서 마이크로폰이다. 이들은 튜브 사운드 애호가들 사이에서 여전히 인기가 많다.

 다이내믹 

섬네일|패티 스미스가 슈어 SM58 (다이내믹 심장형 유형) 마이크로폰에 대고 노래하고 있다.
섬네일|left|다이내믹 마이크로폰의 내부 작동

다이내믹 마이크로폰 (무빙 코일 마이크로폰이라고도 함)은 전자기 유도를 통해 작동한다. 견고하고 비교적 저렴하며 습기에 강하다. 이러한 특성은 잠재적으로 높은 피드백 이전 이득과 결합되어 무대 사용에 인기가 많다.

다이내믹 마이크로폰은 스피커와 동일한 다이내믹 원리를 역으로 사용한다. 영구 자석의 자기장에 위치한 작은 이동식 유도 코일이 다이어프램에 부착된다. 마이크로폰의 윈드스크린을 통해 소리가 들어오면 음파가 다이어프램을 움직이고, 이는 자기장 내에서 코일을 움직여 전자기 유도를 통해 코일 양단에 변화하는 전압을 생성한다.

 리본 

섬네일|left|upright|에드먼드 로우가 리본 마이크로폰을 사용하고 있다.

리본 마이크로폰은 자기장에 매달린 얇고 대개 주름진 금속 리본을 사용한다. 리본은 마이크로폰의 출력에 전기적으로 연결되어 있으며, 자기장 내에서의 진동이 전기 신호를 생성한다. 리본 마이크로폰은 자기 유도를 통해 소리를 생성한다는 점에서 무빙 코일 마이크로폰과 유사하다. 기본 리본 마이크로폰은 리본이 양쪽으로 열려 있기 때문에 양지향성 (아래 다이어그램에서 그림-8이라고도 함) 패턴으로 소리를 감지한다. 또한, 리본은 질량이 훨씬 작기 때문에 음압보다는 공기 속도에 반응한다. 비록 대칭적인 전면 및 후면 수음이 일반적인 스테레오 녹음에서는 성가실 수 있지만, 높은 측면 거부 기능은 리본 마이크로폰을 수평으로, 예를 들어 심벌즈 위에 배치하여 후면 로브가 심벌즈에서만 소리를 수음하도록 하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 리본 마이크로폰의 그림-8 응답은 블룸라인 페어 스테레오 녹음에 이상적이다. 다른 지향성 패턴은 리본의 한 면을 음향 트랩이나 배플에 넣어 소리가 한 면에만 도달하도록 하여 생성된다. 고전적인 RCA Type 77-DX 마이크로폰은 내부 배플의 여러 외부 조정 가능한 위치를 가지고 있어 그림-8에서 단일 지향성에 이르는 여러 응답 패턴을 선택할 수 있다.

오래된 리본 마이크로폰에서는 리본이 매우 느슨하게 매달려 있을 때만 좋은 저주파 응답을 얻을 수 있었는데, 이는 상대적으로 취약하게 만들었다. 새로운 나노재료를 포함한 현대적인 리본 재료들은 그러한 우려를 없애고 심지어 저주파에서 리본 마이크로폰의 효과적인 다이내믹 레인지를 개선했다. 보호용 윈드스크린은 빈티지 리본 손상 위험을 줄이고 녹음 시 파열음 노이즈를 줄일 수 있다.

다른 유형의 다이내믹 마이크로폰과 마찬가지로 리본 마이크로폰은 팬텀 전원이 필요하지 않다. 사실, 이 전압은 일부 오래된 리본 마이크로폰을 손상시킬 수 있다. 일부 새로운 현대 리본 마이크로폰 디자인은 프리 앰프를 포함하고 있으므로 팬텀 전원이 필요하며, 현대 수동 리본 마이크로폰(즉, 위에서 언급한 프리 앰프가 없는 마이크로폰)의 회로는 팬텀 전원에 의한 리본 및 변압기 손상을 방지하도록 특별히 설계되었다.

 탄소 

섬네일|upright|웨스턴 일렉트릭 더블 버튼 탄소 마이크로폰

탄소 마이크로폰은 가장 초기의 마이크로폰 유형이었다. 탄소 버튼 마이크로폰(베를리너 또는 에디슨 마이크로폰이라고도 함)은 두 금속 판 사이에 탄소 알갱이가 채워진 캡슐 또는 버튼을 사용한다. 금속 판 사이에 전압이 인가되어 탄소를 통해 작은 전류가 흐르게 한다. 판 중 하나인 다이어프램은 입사 음파와 공명하여 진동하며, 탄소에 변화하는 압력을 가한다. 변화하는 압력은 알갱이를 변형시켜 각 인접한 알갱이 쌍 사이의 접촉 면적을 변화시키고, 이는 알갱이 덩어리의 전기 저항을 변화시킨다. 저항의 변화는 마이크로폰을 통해 흐르는 전류의 상응하는 변화를 야기하여 전기 신호를 생성한다. 탄소 마이크로폰은 한때 전화기에서 흔히 사용되었다. 음질이 매우 낮고 주파수 응답 범위가 매우 제한적이지만 매우 견고한 장치이다. 상대적으로 큰 탄소 볼을 사용한 부데 마이크로폰은 알갱이 탄소 버튼 마이크로폰과 유사했다.

다른 마이크로폰 유형과 달리 탄소 마이크로폰은 적은 양의 음향 에너지를 사용하여 더 많은 양의 전기 에너지를 제어하는 일종의 앰프로도 사용될 수 있다. 탄소 마이크로폰은 진공관 시대 이전에 장거리 전화 통화를 가능하게 하는 초기 전화 중계기로 사용되었다. 브라운의 릴레이라고 불리는 이 중계기들은 자기 전화 수신기를 탄소 마이크로폰에 기계적으로 연결하여 작동했다. 수신기에서 약한 신호는 마이크로폰으로 전달되어 더 강한 전류를 변조하여 더 강한 전기 신호를 선을 통해 보냈다.

 압전기 

섬네일|빈티지 아스타틱 크리스탈 마이크로폰

크리스탈 마이크로폰 또는 압전 마이크로폰은 압전기 현상, 즉 일부 물질이 압력을 받으면 전압을 생성하는 능력을 사용하여 진동을 전기 신호로 변환한다. 크리스탈 마이크로폰은 한때 가정용 테이프 레코더와 같은 진공관 (밸브) 장비와 함께 흔히 공급되었다. 높은 출력 임피던스는 진공관 입력 스테이지의 높은 입력 임피던스(일반적으로 약 10 MΩ)와 잘 일치했다. 초기 트랜지스터 장비와는 일치시키기 어려웠고, 다이내믹 마이크로폰과 나중에 소형 일렉트릿 콘덴서 장치로 대체되었다. 크리스탈 마이크로폰의 높은 임피던스는 마이크로폰 자체와 연결 케이블 모두에서 핸들링 노이즈에 매우 취약하게 만들었다.

압전 트랜스듀서는 통기타에서 새들 장착 픽업은 일반적으로 새들 위를 지나는 현에 접촉하는 압전 장치이다. 이 유형의 마이크로폰은 일반적으로 일렉 기타에서 볼 수 있는 자기 코일 픽업과는 다르다. 자기 코일 픽업은 기계적 결합이 아닌 자기 유도를 사용하여 진동을 감지한다.

 광섬유 
섬네일|upright|옵토어쿠스틱스 1140 광섬유 마이크로폰

광섬유 마이크로폰은 기존 마이크로폰처럼 정전 용량이나 자기장의 변화를 감지하는 대신 빛의 강도 변화를 감지하여 음향 파동을 전기 신호로 변환한다.

작동 중에 레이저 소스에서 나온 빛은 광섬유를 통해 이동하여 반사 다이어프램의 표면을 비춘다. 다이어프램의 음향 진동은 특정 방향으로 다이어프램에서 반사되는 빛의 강도를 변조한다. 변조된 빛은 두 번째 광섬유를 통해 광검출기로 전송되며, 광검출기는 강도 변조된 빛을 전송 또는 녹음을 위한 아날로그 또는 디지털 오디오로 변환한다. 광섬유 마이크로폰은 최고급 고음질 기존 마이크로폰과 유사하게 높은 다이내믹 레인지와 주파수 레인지를 가진다.

광섬유 마이크로폰은 전기적, 자기적, 정전기적 또는 방사능 필드에 반응하거나 영향을 미치지 않는다(이를 EMI/RFI 면역이라고 함). 따라서 광섬유 마이크로폰 설계는 산업용 터빈 내부 또는 MRI 장비 환경과 같이 기존 마이크로폰이 비효율적이거나 위험한 지역에서 사용하기에 이상적이다.

광섬유 마이크로폰은 견고하고 열 및 습기 변화와 같은 환경 변화에 강하며, 어떤 지향성이나 임피던스 매칭에도 생산될 수 있다. 마이크로폰의 광원과 광검출기 사이의 거리는 프리 앰프나 다른 전기 장치 없이도 수 킬로미터까지 가능하여, 광섬유 마이크로폰은 산업 및 감시 음향 모니터링에 적합하다.

광섬유 마이크로폰은 초저주파 모니터링 및 노이즈 캔슬링과 같은 매우 특정한 응용 분야에서 사용된다. 특히 MRI 스위트 및 원격 제어실 내부와 같이 강력하고 시끄러운 자기장 내에서 방사선 전문의, 직원 및 환자가 정상적으로 대화할 수 있도록 하는 등 의료 응용 분야에서 특히 유용하다. 다른 용도로는 산업 장비 모니터링 및 오디오 교정 및 측정, 고음질 녹음 및 법 집행 등이 있다.

 레이저 

레이저 빔이 소리에 의해 영향을 받는 창문이나 다른 평면 표면을 향한다. 이 표면의 진동은 빔이 반사되는 각도를 변화시키고, 반사된 빔에서 레이저 점의 움직임이 감지되어 오디오 신호로 변환된다. 더 견고하고 비싼 구현에서는 반사된 빛이 분할되어 간섭계로 공급되어 반사된 빔의 광경로 길이 변화에 의해 표면의 움직임을 감지한다. 전자의 구현은 탁상 실험이며, 후자는 극도로 안정적인 레이저와 정밀 광학을 필요로 한다. 이러한 유형의 레이저 마이크로폰은 마이크로폰 장비로부터 멀리 떨어진 곳에서도 소리를 감지할 수 있기 때문에 영화에서 스파이 장치로 묘사되어 왔다.

실험적인 레이저 마이크로폰은 레이저 빔과 연기 또는 증기를 사용하여 자유 공기 중의 소리 진동을 감지하는 장치이다. 2009년 8월 25일, 레이저 빔 경로에 이동하는 연기 또는 증기 흐름이 있는 레이저-광전지 쌍을 기반으로 하는 미세 입자 흐름 감지 마이크로폰에 대한 미국 특허 7,580,533이 발행되었다. 음압파는 연기 내에서 교란을 일으켜 광검출기에 도달하는 레이저 빛의 양에 변화를 일으킨다. 이 장치의 프로토타입은 2009년 10월 9일부터 12일까지 뉴욕에서 열린 제127회 오디오 엔지니어링 소사이어티 컨벤션에서 시연되었다.

 액체 

초기 마이크로폰은 알렉산더 그레이엄 벨이 가변 저항 마이크로폰/송신기를 포함한 개선을 이루기 전까지는 이해할 수 있는 음성을 생성하지 못했다. 벨의 액체 송신기는 소량의 황산이 첨가된 물로 채워진 금속 컵으로 구성되었다. 음파는 다이어프램을 움직이게 하여 바늘이 물 속에서 위아래로 움직이도록 강제했다. 그런 다음 전선과 컵 사이의 전기 저항은 잠긴 바늘 주위의 물 메니스커스 크기에 반비례했다. 일라이셔 그레이는 바늘 대신 황동 막대를 사용하는 버전에 대한 특허 유보를 제출했다. 마조라나, 챔버스, 반니, 사이키, 일라이셔 그레이에 의해 액체 마이크로폰에 대한 다른 작은 변형과 개선이 이루어졌으며, 한 버전은 레지널드 페센든에 의해 1903년에 특허를 받았다. 이들은 최초의 작동하는 마이크로폰이었지만 상업적으로는 실용적이지 않았다. 벨과 왓슨 간의 유명한 첫 전화 통화는 액체 마이크로폰을 사용하여 이루어졌다.

 MEMS 

섬네일|MEMS 마이크로폰 아쿠스티카 AKU230

MEMS (마이크로 전자기계 시스템) 마이크로폰은 마이크로폰 칩 또는 실리콘 마이크로폰이라고도 불린다. 압력 감지 다이어프램은 MEMS 처리 기술을 통해 실리콘 웨이퍼에 직접 에칭되며, 일반적으로 통합 프리 앰프와 함께 제공된다. 대부분의 MEMS 마이크로폰은 콘덴서 마이크로폰 설계의 변형이다. 디지털 MEMS 마이크로폰은 동일한 CMOS 칩에 ADC 회로가 내장되어 있어 칩을 디지털 마이크로폰으로 만들고 따라서 현대 디지털 제품과 더 쉽게 통합된다. MEMS 실리콘 마이크로폰을 생산하는 주요 제조업체는 울프슨 마이크로일렉트로닉스(WM7xxx), 현재 시러스 로직, 인벤센스(아날로그 디바이스에서 제품군 판매), 아쿠스티카(AKU200x), 인피니언(SMM310 제품), 놀스 일렉트로닉스, 멤스텍(MSMx), NXP 반도체(놀스에서 사업부 인수), 소니온 MEMS, 베스퍼, AAC 어쿠스틱 테크놀로지, 및 옴론이다.

최근 2010년대 이후에는 기존 콘덴서 방식의 MEMS 설계와는 다른 중요한 구조적 및 재료적 변화를 가진 압전 MEMS 마이크로폰을 만드는 것에 대한 관심과 연구가 증가하고 있다.

 플라즈마 
플라즈마 마이크로폰에서는 이온화된 기체의 플라즈마 아크가 사용된다. 음파는 플라즈마 주위의 압력에 변화를 일으키고, 이는 온도 변화를 야기하여 플라즈마의 전도도를 변화시킨다. 이러한 전도도 변화는 플라즈마에 공급되는 전기 공급에 중첩된 변화로 감지될 수 있다. 이것은 실험적인 형태의 마이크로폰이다.

 마이크로폰으로 스피커 사용 
스피커는 전기 신호를 음파로 변환하는 트랜스듀서이며, 마이크로폰과는 기능적으로 반대이다. 일반적인 스피커는 다이내믹 마이크로폰과 유사한 구조(다이어프램, 코일, 자석)를 가지고 있기 때문에, 스피커는 실제로 마이크로폰처럼 "역방향"으로 작동할 수 있다. 상호성이 적용되므로, 결과적으로 생성되는 마이크로폰은 단일 드라이버 스피커와 동일한 한계점을 가진다. 즉, 제한된 저음 및 고음 주파수 응답, 제대로 제어되지 않는 지향성, 그리고 낮은 감도를 보인다. 실제 사용에서 스피커는 인터폰, 워키토키 또는 비디오 게임 음성 채팅 주변 장치와 같이 높은 대역폭과 감도가 필요하지 않은 애플리케이션에서 또는 기존 마이크로폰이 부족할 때 마이크로폰으로 사용되기도 한다.

그러나 이러한 단점을 활용하는 적어도 하나의 실용적인 응용 분야가 있다. 그것은 드럼 세트에서 "킥 드럼" (큰북) 바로 앞에 중간 크기의 우퍼를 배치하여 마이크로폰으로 사용하는 것이다. 상업용 제품의 예로는 야마하 서브킥(Yamaha Subkick)이 있는데, 킥 드럼 앞에 사용되는 10인치 드럼 쉘에 충격 흡수 장치가 장착된 6.5인치 우퍼이다. 상대적으로 질량이 큰 멤브레인은 강한 저주파 과도음을 견딜 수 있으면서도 고주파를 변환할 수 없기 때문에, 스피커는 종종 근처의 심벌즈와 스네어 드럼에서 발생하는 소리를 줄이면서 킥 드럼 소리를 포착하는 데 이상적이다.

 캡슐 디자인 및 지향성 
마이크로폰의 내부 요소는 지향성 차이의 주요 원인이다. 압력 마이크로폰은 고정된 내부 공기량과 환경 사이에 다이어프램을 사용하며 모든 방향에서 오는 압력에 균일하게 반응하므로 무지향성이라고 한다. 압력 기울기 마이크로폰은 양쪽이 적어도 부분적으로 열려 있는 다이어프램을 사용한다. 양쪽 사이의 압력 차이가 지향성 특성을 생성한다. 마이크로폰의 외부 모양 및 간섭 튜브와 같은 외부 장치도 마이크로폰의 지향성 응답을 변경할 수 있다. 순수 압력 기울기 마이크로폰은 전면 또는 후면에서 오는 소리에 동일하게 민감하지만, 측면에서 오는 소리에는 둔감하다. 이는 소리가 전면과 후면에 동시에 도달하면 두 지점 사이에 기울기가 생성되지 않기 때문이다. 순수 압력 기울기 마이크로폰의 특징적인 지향성 패턴은 그림 8과 같다. 다른 극성 패턴은 이러한 두 가지 효과를 다른 방식으로 결합하는 캡슐을 생성함으로써 파생된다. 예를 들어, 심장형은 부분적으로 닫힌 후면을 특징으로 하므로, 응답은 압력 및 압력 기울기 특성의 조합이다.

 극성 패턴 

 같이 보기 

 수진기 – 지구 내 소리용 트랜스듀서
 하이드로폰 – 수중 소리용 트랜스듀서
 아이오노폰 – 플라즈마 기반 마이크로폰
 마이크로폰 블로커 – 내장 마이크로폰 비활성화를 위한 컴퓨터 액세서리.
 마이크로폰 커넥터
 명목 임피던스

내용주

 각주 

더 읽어보기
 Corbett, Ian. Mic It!: Microphones, Microphone Techniques, and Their Impact on the Final Mix. CRC Press, 2014.
 White, Paul. Using Microphone Polar Patterns Effectively. Sound on Sound, SOS Publications Group, 2007.
 Eargle, John. The Microphone Book. Taylor & Francis, 2004.
 "The Invention of the Microphone", historical perspective, 사이언티픽 아메리칸, July 13, 1878, p. 16

 외부 링크 

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 마이크로폰 감도 변환—dB re 1 V/Pa 및 전달 계수 mV/Pa
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