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마이크로폰
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마이크로폰(영어: microphone) 또는 마이크(영어: mike, mic, ) 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…
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마이크로폰(영어: microphone) 또는 마이크(영어: mike, mic, ) 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…
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이 항목으로 조사 시작하기마이크로폰(영어: microphone) 또는 마이크(영어: mike, mic, /maɪk/) 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.
마이크로폰(영어: microphone) 또는 마이크(영어: mike, mic, /maɪk/) 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.
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.
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. 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.
1916년, 웨스턴 일렉트릭의 E.C. 웬테는 최초의 콘덴서 마이크로폰으로 다음의 혁신을 이루었다. 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.
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.
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 마이크로폰의 경우, 플레이트는 고정 전하(Q)로 바이어스된다. 콘덴서 플레이트 양단에 유지되는 전압은 용량 방정식(C = Q⁄V)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 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 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 마이크로폰은 진공관 앰프를 사용하는 콘덴서 마이크로폰이다. 이들은 튜브 사운드 애호가들 사이에서 여전히 인기가 많다.
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 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
출처: 마이크로폰 (CC BY-SA)
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