마이크 종류와 특성: 다이나믹·콘덴서·지향성·주요 규격

다이나믹 마이크(Dynamic Microphone)

우리가 주위에서 가장 흔히 만날 수 있는 마이크가 바로 이 다이나믹 마이크로, 사람 귀의 고막에 해당하는 진동판(다이어프램)과 진동판에 연결된 보이스 코일, 그리고 자석으로 구성되어 있다. 아래 사진 한번 보시라.

참고로 이거, 스피커와 동일한 구조다. 지금 잘 봐두면 나중에 스피커 공부할 때 요긴하다는 말씀 되시겠다.

고등학교 물리 시간에 전기와 자기에 대해서는 다들 배웠지? 다이나믹 마이크는 발전기와 비슷한 원리를 가지고 있다. 발전기는 코일과 자석으로 전기를 생산하는데, 코일 속의 자석이 움직이면 코일 내의 자기장은 자석의 움직임에 따라 변하게 되고, 이 변화는 코일 도체에 유도 전류를 발생시키게 된다.

이 원리를 마이크에 적용해 보겠다. 진동판이 음파와 만나 진동하면 진동판에 붙어 있는 보이스 코일이 움직이고, 고정된 자석의 영향으로 진동에 비례하는 유도 전류가 만들어진다. 이것이 바로 다이나믹 마이크가 물리적인 진동을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 원리 되겠다.

이러한 구조 때문에 다이나믹 마이크를 무빙 코일(Moving Coil)형 마이크라고도 한다. 구조가 단순하고 튼튼해 취급하기 편리하며, 큰 소리가 입력되어도 일그러짐이 적기 때문에 드럼이나 타악기 등에도 사용된다.

하지만 취급이 편리한 반면, 다이어프램에 코일이 달려 있기 때문에 감도가 떨어지고 저역대와 고역대의 감도가 감소하는 단점이 있다. (근데… 아래에서 말할 콘덴서 마이크에 비해 ‘상대적’일 뿐이다. 결국은 Show me the money!) Shure SM58, SM57, 노래방에서 많이 보는 은색 마이크, Audio-Technica AT818, AKG D-112 등이 있다.

콘덴서 마이크(Condenser Microphone)

다이나믹 마이크가 일반적으로 값싼 + 단순 + 무식 + 튼튼한 특징(물론 다이나믹 계열에서도 웬만한 콘덴서 이상 가는 성능을 가진 녀석도 있다… 매우 비싸지만)을 지니고 있다면, 콘덴서 마이크(Condenser Microphone)는 가격이나 성능이나 고급 마이크의 대명사라 할 수 있다. 콘덴서 마이크는 이름에서도 알 수 있듯이, 콘덴서(Capacitor, 축전기)의 동작 원리를 이용한 마이크이다.

앞에서 말한 다이나믹 마이크가 증폭기를 지니지 않은 수동형(Passive, 별도의 전원이 필요하지 않은) 구조임에 비해, 콘덴서 마이크는 내부에 증폭 회로(전기 소자)를 내장한 능동형(Active, 전원이 필요한) 구조를 이루고 있다.

콘덴서는 보통 한 쌍의 극판 사이를 띄워 놓은 구조이다. 두 극판 사이에 직류 전압을 공급하면 전하가 저장되고, 극판의 크기와 극판 사이의 거리에 따라 콘덴서의 용량(즉, 전기를 저장할 수 있는 용량)이 변한다. (자세한 건 설명하지 않겠다. 이건 전기 강좌가 아니라 음향 강좌이다.) 다이나믹 마이크의 다이어프램이 하는 역할 기억하지? 진동에 따라 무빙 코일을 움직여 유도 전류를 발생시키는 것. 여기서는 한 쌍의 콘덴서 극판 중 한 장이 그 역할을 한다.

한 쌍의 극판 중 한 장은 고정해 놓고 나머지 한 장은 소리에 따라 움직이게 한다. 두 극판의 간격이 진동에 따라 달라지므로 콘덴서의 용량도 변하게 된다.

콘덴서 마이크에는 무거운 보이스 코일이 필요 없다. 상대적으로 가볍고 얇은 진동판 한 장(즉, 움직이는 극판)만 있으면 되기 때문에 좋은 주파수 특성과 감도를 얻을 수 있다. 때문에 레코딩이나 측정용 마이크로 많이 사용된다. 단점으로는 콘덴서를 유지하기 위한 직류 전압과 그 전압의 미세한 변화를 충분한 크기의 음성 신호로 증폭하는 일련의 회로가 필요하다. 또한 다이어프램이 매우 높은 저항을 가진 콘덴서를 형성하고 있어 습도에 약하며, 충격에도 약하다. 즉, 다이나믹에 비해 조심스럽게 다뤄야 한다.

높은 입력 감도와 훌륭한 주파수 특성으로 드럼의 오버헤드(Overhead)나 앰비언스(Ambience: 주변음이나 자연의 소리 등) 녹음에 사용된다. Neumann U87이나 AKG C414 같은 수많은 명기가 있다.

오디오 믹서에서 콘덴서를 유지하기 위한 직류 전압을 마이크로 공급해 줄 수 있는데, 보통 직류 48 V를 사용하며 이를 팬텀 파워(Phantom Power)라 한다. 또 저렴한 콘덴서 마이크로 일렉트렛 콘덴서 마이크도 있다. 이는 극판에 영구적인 대전(Electrification) 입자를 가하여 콘덴서에 필요한 직류 전압을 낮춘 것이다. 단지 1~3 V 정도의 전압으로도 사용할 수 있기 때문에 마이크가 달린 미니 컴포넌트, 넥타이 핀 마이크, 음성 채팅용 마이크 등에 사용된다.

콘덴서 마이크 중에는 팬텀이나 건전지 모두를 사용할 수 있는 마이크도 있다.

그 외의 마이크

위에서 설명한 두 종류 말고도 물리적인 진동을 전기 신호로 변환할 수 있는 마이크들이 존재한다. 하지만 대부분은 저 두 마이크의 범주에 들어가고, 현장에서 사용할 기회도 거의 없으며, 음향 엔지니어가다룰 일은 극히 드물기 때문에 본 글에서는 다루지 않겠다.

지향성(志向性/Directional Characteristic/Polar Pattern)

지향성이란 마이크가 어느 방향의 소리를 수음(입력)하도록 만들어졌는가를 나타낸다. 마이크의 특성 중에서도 가장 기본적이고 중요한 특성이라고 할 수 있다. 지향성은 크게 무지향성(Omnidirectional), 양지향성(Bidirectional), 단일지향성(Unidirectional)의 세 가지로 나뉜다.

단일지향성 마이크에 대해 설명하면서 위상 소멸을 위해 마이크의 뒷부분을 개방해 둔다고 했다. 다시 말해, 마이크 헤드 부분의 그릴과 구멍들이 개방되어 있어야 지향성이 유지된다는 것인데 많은 출연자들이 이 사실을 모르고 마이크의 헤드 부분을 잡고 사용하곤 한다.

이런 방식으로 마이크를 잡으면 지향성이 사라지고 온갖 잡소리가 다 들어오며, 덤으로 음색 왜곡까지 발생한다. 때문에 리허설할 기회가 있다면 반드시 출연자의 마이크 사용법을 확인하는 게 좋다. 그리고 마이크 사용 방법을 모르는 출연자에게는 다가가서 다음과 같이 상냥하고 친절하게 안내해 주자.

몸통만 잡으라고! 몸!통!

주파수 응답(Frequency Response)

주파수 응답은 마이크뿐만 아니라 거의 모든 음향 기기의 특성에 표시된다. 그만큼 기기의 평가나 선택에 없어서는 안 될 중요한 정보라고 하겠다. 주파수 응답이란 실제 소리를 마이크가 전기 신호로 변환하는 과정에서 원래의 소리를 어떻게 변화시키는지 표시해 놓은 것이다.

마이크는 트렌듀서(에너지 변환기)이다. 변환기란 말이다! 변!환!기! 뭔가를 변환할 때 제일 좋은 게 뭘까? 바로 입력받은 것을 제 마음대로 요상하게 바꾸지 않고 있는 그대로 변환해 주는 것. 그냥 이게 와따인 거다!

에너지 변환기인 마이크 역시 이상적이라면 원래의 소리를 100% 동일한 전기 신호로 바꾸어 주어야 한다. 하지만 물리적인 특성상 변환 과정에서 손실과 왜곡이 발생할 수밖에 없다.

위 그림 2-6의 왼편에 AKG C747 마이크의 주파수 응답 곡선이 있다. 이 곡선을 보면 30 Hz~300 Hz까지는 완만한 곡선을 그리다가 300 Hz~3,000 Hz 구간에서 평탄(Flat)하고, 한 번 출렁였다가 11,000 Hz 부근부터 하향 곡선을 그리는 것을 알 수 있다. 즉, 이 마이크로 20~20,000 Hz까지 레벨이 일정한 소리를 수음하면 주파수에 따라 신호가 깎이거나 더해져 최종 출력이 달라진다는 의미다.

실제 마이크를 사용할 때는 모든 영역의 주파수 응답이 평탄할 필요는 없다. 육성을 수음할 때는 사람의 목소리 대역이 강조된 마이크가 좋을 것이다. 베이스 기타에는 고음보다 저음에 민감한 마이크가 유리하고, 드럼의 심벌에는 저음대보다 중고역에 강한 마이크가 유리할 것이다.

때문에 주파수 응답은 지향성과 더불어 마이크를 선택할 때 가장 중요한 확인 사항이다.

허용 음압 레벨(Maximum Sound Pressure Level)

허용 음압 레벨은 마이크가 버틸 수 있는 소리의 크기를 나타낸다. 이 값을 넘어가는 소리가 마이크에 들어오면 출력 신호의 왜곡이 심해진다. (마이크가 못 버티고 박살 난다는 소리가 아니다.)

매뉴얼에는 보통 Maximum SPL: 140 dB SPL, 1 kHz at 1% THD와 같이 표시된다. 이는 마이크에 1 kHz 정현파를 140 dB SPL의 음압으로 입력했을 때 THD(총 고조파 왜곡)의 비율이 1%에 도달한다(신호의 1%가 찌그러진다)는 의미다.

일반적으로 다이나믹 마이크의 허용 음압이 높은 편이며 콘덴서 마이크는 상대적으로 낮은 편이다. 타악기나 금관악기, (열정적인) 스피치 등을 수음할 때 한 번쯤 확인해 봐야 하는 항목이다.

입력 감도(Sensitivity)

입력 감도는 마이크에 일정한 음압을 가했을 때 마이크가 출력하는 전압의 크기를 나타낸다. 보통 1 kHz에서 1 Pa(94 dB SPL)의 음압을 입력한 조건으로 측정하며, dBV/Pa 또는 mV/Pa로 표시한다.

감도가 높은 마이크는 같은 크기의 소리를 받아도 감도가 낮은 마이크보다 더 큰 전압을 출력한다. 예를 들어 감도를 dBV/Pa로 표시할 때는 값이 0에 가까울수록 감도가 높다. 따라서 -40 dBV/Pa인 마이크가 -55 dBV/Pa인 마이크보다 같은 음압에서 더 큰 신호를 출력한다. 즉, 마이크가 얼마나 작은 소리에도 반응하는가를 나타낸다.

일반적으로 콘덴서 마이크는 감도가 높고 다이나믹 마이크는 감도가 낮은 편이다. 감도가 낮은 마이크는 같은 출력 레벨을 얻기 위해 프리앰프의 게인을 더 많이 올려야 하므로, 프리앰프의 잡음 성능이 중요해진다. 반대로 감도가 높은 마이크로 매우 큰 음원을 수음하면 프리앰프 입력에 지나치게 큰 신호가 들어갈 수 있다.

프리앰프(Preamplifier)는 마이크 레벨의 작은 신호를 믹서나 다른 음향 기기에서 처리할 수 있는 레벨로 1차 증폭하는 장치다. 감도가 높은 마이크는 같은 출력 레벨을 얻는 데 필요한 프리앰프의 게인(gain, 이득)을 줄일 수 있으므로, 특히 작은 음원을 수음할 때 장비 운용과 잡음 관리에 도움이 될 수 있다.

자체 잡음(Noise Floor)

자체 잡음은 마이크가 아무런 동작을 하지 않을 때에도 발생하는 마이크 자체의 잡음을 말한다. 마이크를 켜 놓은 상태에서는 어떤 소리도 수음하지 않더라도(다이어프램이 전혀 움직이지 않아도) 자체적으로 전기 잡음이 발생한다.

마이크의 자체 잡음은 이 전기 잡음과 동일한 크기의 소리가 마이크에 들어온 것처럼 환산한 등가 잡음 레벨(Equivalent Noise Level)로 표시한다. 보통 사람의 청감 특성을 반영한 dB-A SPL 단위를 사용하며, 값이 낮을수록 마이크 자체에서 발생하는 잡음이 적다. 예를 들어 자체 잡음이 10 dB-A인 마이크가 20 dB-A인 마이크보다 조용하다.

액티브 회로를 가지고 있는 콘덴서 마이크보다 패시브 회로로 구성되어 있는 다이나믹 마이크의 자체 잡음이 낮은 편이다.

자체 잡음은 속삭임, 자연의 미세한 소리나 조용한 악기처럼 음압이 낮은 음원을 녹음할 때 중요한 규격이다. 반대로 드럼이나 큰 소리의 기타 앰프처럼 음압이 높은 음원을 가까이에서 수음할 때는 자체 잡음이 실제 결과에 미치는 영향이 상대적으로 작다. 이 값은 뒤에서 설명할 신호 대 잡음비를 계산하는 기준으로도 사용된다.

신호 대 잡음비(S/N)

신호 대 잡음비는 일정한 크기의 소리를 마이크에 입력했을 때 출력되는 음향 신호가 마이크의 자체 잡음보다 얼마나 큰지를 나타낸다. 마이크 규격에서는 일반적으로 1 kHz에서 1 Pa(94 dB SPL)의 음압을 기준 신호로 사용하며, 이 기준 신호와 자체 잡음 레벨의 차이를 dB로 표시한다.

신호 대 잡음비는 값이 클수록 기준 신호에 비해 자체 잡음이 작다는 의미다. 예를 들어 측정 조건이 같다면 80 dB인 마이크는 60 dB인 마이크보다 자체 잡음의 영향이 20 dB 적은 출력 신호를 얻을 수 있다.