지루한 1, 2회를 읽느라 고생 많았다. 이제 본 3회부터는 입력에서 출력까지 신호의 흐름을 따라가면서 음향 시스템에 대해 상세히 살펴 보기로 한다.
마이크가 뭐에 쓰는 물건인지 모르는 사람은 없을 것이다. 바로 노래방에서 노래할 때 쓰는 물건이다! 마이크는 공기의 진동을 전기적인 신호(파형)으로 바꾸어주는 일종의 에너지 변환기(트렌듀서)라 할 수 있다. 자유공간을 떠다니는 수많은 소리(파동)들을 전기신호로 바꾸어 주는 유일무이한 장비이다. 수음(소리를 받아들이는 것)의 첫 관문인 마이크에 대한 확실한 이해가 없다면 아무리 멋진 믹싱실력이 있다고 하더라고 결코 좋은 소리를 만들어 낼 수 없다. 음향에서 절대 기억해야할 한 가지 법칙중의 하나는 인풋이 좋아야 아웃풋이 좋다 란 법칙이다.
마이크에도 오만가지 종류가 있다. 음성채팅이나 노래방, 전화기 등에 사용하는 몇십원도 안하는 마이크가 있는 반면, 마이크 하나가 천만원을 넘어가는 녀석까지 별의별 마이크가 다 있다. 물론, 천차만별인 가격처럼 그 종류, 특징, 성질, 특성들 또한 다양하다.
I - 마이크의 종류와 원리
마이크는 동작원리에 따라 몇 가지 종류가 있는데, 여기서는 현장에서 가장 흔히 만나게 되는 다이나믹마이크와 콘덴서마이크를 중심으로 마이크의 기본 요소를 알아보자.
1. 다이나믹 마이크
우리가 주위에서 가장 흔히 만날 수 있는 마이크가 바로 이 다이나믹 마이크이다. 이 마이크는 사람 귀의 고막에 해당하는 진동판(다이어프램)과 진동판에 연결된 보이스코일, 그리고 보이스 코일에 쌓여진 자석으로 구성되어 있다. 아래 사진 한번들 보시라.
참고로 이거.. 스피커와 동일한 구조다.. (이 구조 잘 이해해 두면 나중에 스피커 공부할때도 요긴하다는 소리다.) 고등학교 물리시간에 전기와 자기에 대해서는 다들 배웠지? 이것은 흡사 발전기와 비슷한 원리로, 코일 속의 자석이 움직이면, 코일 내의 자기장은 자석의 움직임에 따라 변화를 만들고, 이 변화는 코일 도체에 유도전류를 발생시키게 된다.
진동판이 음파와 만나 진동하게 되면, 그것이 진동판에 붙어있는 보이스 코일을 움직이게 되고, 그 코일의 움직임이 고정된 자석의 영향으로 진동에 비례하는 유도전류를 만들어내게 되는 것이다. 이것이 바로 다이나믹 마이크가 물리적인 진동을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 원리 되겠다.
이 원리 때문에 다이나믹 마이크를 무빙코일(Moving Coil)형 마이크라고도 한다. 매우 단순하고 튼튼한 구조 때문에 취급이 편리하고, 커다란 소리에 매우 강한 특성을 나타내 주며, 커다란 소리가 입력되어도 일그러짐이 적기 때문에 드럼이나 타악기 등에도 사용된다. 하지만 사용과 편리함의 장점이 있는 반면, 진동판(다이어프램)에 코일이 달려있기 때문에 감도가 떨어지고, 저역대와 고역대의 감도(즉, 주파수 특성)이 감소하는 단점이 있다. (근데… 아래에서 말할 콘덴서 마이크에 비해 ‘상대적’일 뿐이다’ 결국은 Show me the money!) 대표적인 마이크로는 전 세계 라이브 현장에서 가장 많이 사용되는 Shure SM58, SM57, 노래방에서 많이 보는 은색 마이크, AudioTechnica AT818, AKG D-112등이 있다.
2. 콘덴서 마이크
다이나믹 마이크가 값싼+단순+무식+튼튼한 특징(물론 다이나믹 계열에서도 왠만한 콘덴서 이상 가는 성능을 가진 녀석도 있다.. 매우 비싸지만)을 지니고 있다면, 콘덴서 마이크는 가격이나 성능이나 고급 마이크의 대명사라도고 할 수 있다. 콘덴서 마이크는 이름에서도 알 수 있듯이, 콘덴서(커패시터-축전기)의 동작원리를 이용한 마이크이다. 앞에서 말한 다이나믹 마이크가 증폭기를 지니지 않은 수동형(Passive-별도의 전원이 필요하지 않은) 구조임에 비해, 콘덴서 마이크는 내부에 증폭회로(전기소자)를 내장한 능동형(Active-별도의 전원이 필요한)구조를 이루고 있다.
콘덴서는 말 그대로 축전기이다. 콘덴서는 보통 한 쌍의 극판이 있고 그 사이를 띄워놓은 구조를 가지게 되며, 두 극판 사이에 직류전압을 공급하면 두 전극 사이에는 전하가 저장된다. 그 극판의 크기와 두 극판 사이의 거리에 따라 콘덴서의 용량(즉, 전기를 저장할 수 있는 용량)이 변하게 된다. (자세한건 설명하지 않겠다. 이건 전기 강좌가 아니라 음향 강좌이다.) 다이나믹 마이크의 다이어프램이 하는 역할 기억 하지? 진동에 따라 무빙코일을 움직여 유도전류를 발생시키는 것. 여기서는 한 쌍의 콘덴서 극판 중에 한 장의 극판이 그 역할을 하게 된다. 한 쌍의 극판중 한 장은 고정시켜 놓고, 나머지 한 장이 소리에 따라 움직이게 되고, 두 극판의 간격이 진동에 따라 달라지므로 콘덴서의 용량이 그 소리의 움직임에 따라 변하게 된다.
콘덴서 마이크는 다이나믹 마이크와는 달리 보이스코일이 필요 없다. 가볍고 얇은 진동판 한 장(즉, 움직이는 극판)만 있으면 되기 때문에 주파수 특성이 매우 훌륭한 것은 만들어 낼 수 있다. 때문에 레코딩은 물론 측정용 마이크로도 사용한다. 단점으로는 원리적으로 콘덴서를 유지하기 위한 직류전압과 그 전압의 미세한 변화를 충분한 크기의 음성신호로 증폭하기 위한 일련의 회로가 필요하며 (보통 마이크에 내장된다)이를 동작시키기 위한 별도의 전원이 필요하다. 또한 다이어프램이 매우 높은 저항을 가진 콘덴서를 형성하고 있어 습도에 약하며 유지 관리가 다이나믹에 비해 무진장하게 어렵다는 것이다. 높은 입력감도와 훌륭한 주파수 특성으로 드럼의 오버헤드 (Overhead)나, 앰비언스(Ambiance : 주변음-자연의 소리등과 같은)의 녹음 등에 사용된다. NEUMANN의 U87이나 AKG C414같은 수많은 명기들있다.
콘덴서 마이크에 필요한 전원을 보통 Phantom전원이라 한다. 콘솔에서 콘덴서를 유지하기 위한 기본적인 직류전압을 마이크로 공급해 주는데, 보통 48V-DC전원을 공급하게 된다. 또 저렴한 콘덴서 마이크로 일렉트렛 콘덴서 마이크도 있다. 이는 다이어 프레임에 영구적인 대전(Electrification)입자를 가하여 콘덴서에 필요한 직류전압을 낮춘 것이다. 단지 1~3V정도의 전압으로도 사용할 수 있기 때문에, 마이크가 달린 미니콤포넌트, 넥타이핀 마이크, 음성 채팅용 마이크등으로 사용된다. 콘덴서에 비해 매우 저렴하지만 특징이 우수해서 널리 사용되고 있는 마이크이다.
3. 기타 마이크
위에서 설명한 두 가지 마이크의 종류 말고도 마이크들이 존재한다. 하지만 대부분은 저 두 마이크의 범주에 들어갈 수 있으며, 대부분 현장에서 사용할 기회는 거의 없을 것이므로 (솔직히.. 본 필자 역시 이 글을 수정하고 있는 2014년 현재까지 음향일을 해 오면서 ‘구경만’ 해본놈들도 많다.) 상세한 설명은 하지 않겠다. 무선마이크는 일반 다이나믹 마이크나, 콘덴서 마이크에 무선 송신부를 결합한 형태라고 생각하면 된다. 기본 구조는 앞에서 말한 다이나믹과 콘덴서와 다르지 않다. 무선 마이크에 대해서는 뒤에서 좀 더 설명하기로 한다.
Ⅱ-마이크의 규격과 특성
값비싼 마이크라고 해서 언제나 최적의 성능을 발휘하는 것은 아니다. 자신이 처해있는 환경에 가장 적합한 특성을 가지고 있는 마이크를 선택하는 것도 엔지니어의 기본적인 소양중의 하나이다. 여기에서는 카탈로그나 규격표등으로 최적의 선택이 가능하도록 기본적인 특성이나 용어를 알아보도록 하자.
1. 지향성(志向性/Directional Characteristic/Polar Pattern)
지향성이란 그 이름에서도 알 수 있듯이 마이크를 기준으로 어느 방향의 소리를 수음하기 위해 제작되었는가를 나타내는 것으로 특성 중에서도 가장 기본적이고 중요한 특성이라고 할 수 있다. 지향성은 보통 크게 세가지로 나뉘게 된다. 단일지향성(Uni – directional), 양지향성(Bi – Directional), 무지향성(Un(Omni) – Directional)
A. 무지향성(Un-Directional)마이크
무지향성 마이크란 말 그대로 특별한 지향성이 없는 마이크를 의미한다. 마이크를 중심으로 전후좌우 모든 방향의 소리를 수음할 수 있다. 가장 단순한 구조를 지니고 있으며, 클래식과 같은 오케스트라나 홀과 스튜디오의 잔향을 픽업할 때 사용한다. 넥타이 핀 타입의 마이크와 같이 음원(입)의 방향이 계속 바뀌는 경우에도 사용하지만 모든 방향의 감도가 같기 때문에 피드백(하울링이라고도 하는 삐애애액~~!!!!!!! 하는 소리)에 약해 라이브 현장에서는 일반적인 용도로는 거의 사용되지 않으며, 대게 레코딩 현장에서 사용된다. 참고로, 앞에서도 말했든 핀타입의 마이크들은 대부분 무지향성 마이크들이다.
B. 양지향성(Bi-Directional)마이크
글자 그대로 마이크를 기준으로 어느 특정한 두 방향의 지향성을 가지는 마이크를 말한다. 흔히 지향성 그림의 모양이 숫자 8과 흡사하여 Figure Eight라고도 한다. 주로 대담 프로그램등에 사용하고 있으며, 음원의 직접음과 벽면의 반사음을 동시에 수음할때도 사용한다. 라이브 현장에서 역시 사용할 일이 흔치는 않은 마이크이다. 대부분 영상제작등에 사용된다.
C. 단일지향성(Uni-Directional)마이크
주위에서 찾아 볼 수 있는 대부분의 마이크가 바로 이 단일 지향성 마이크이다. 이것은 특히 라이브 현장에서 없어서는 안될 마이크이다. 기본적으로 무지향성 마이크와 동일한 구조이지만 한가지 다른것은 뒷부분을 개방시켜 놓았다는 점이다. 그림 2-5의 지향성 그림을 잠깐 보면, X-Y좌표평면이 그려져 있고 그 위에 마이크가 올려져 있다.
물리적으로 X축의 아래부분을 막아놓으면 무지향성 마이크 이며, X축 아래를 그림처럼 개방해 놓으면 마이크 뒤 부분의 소리가 앞 부분의 소리와 부딫혀 소멸(위상소멸)하게 된다. 이 원리를 이용해 만든 마이크가 단일 지향성 마이크이다.
보통 마이크의 전방 0°부분에서 최대의 감도를 가지고 후방 180°부분에서 최소의 감도를 가진다. 즉, 마이크 뒤에서 들리는 음을 수음하기 어렵기 때문에 주변에 원하지 않는 소리가 있는 경우에 적합하다. 극성패턴의 모양이 심장의 모양과 비슷하기 때문에 Cardioid라고 부르기도 한다. 라이브 현장에 가보면 가수들이 노래를 부르고 있는 바로 그 앞에 엄청난 양의 모니터스피커들이 가수를 향하고 있을 것이다. 만약 이 스피커의 소리들이 전부 마이크로 다시 들어가게 된다면 피드백(하울링)이 발생하게 된다. 이때 단일지향성 마이크를 사용하게 되면 모니터 스피커에서 나오는 소리가 다시 마이크로 들어가는것을 최소화 할 수 있게 된다. 카디오이드 패턴은 또다시 크게 4가지 정도의 패턴으로 나뉘게 되는데, 일단은 카디오이드가 있고 그 외에 슈퍼 카디오이드, 하이퍼 카디오이드, 샷건정도로 나뉘게 된다. 뒤로 갈수록 지향성은 예리해 지게 되며, 샷건 마이크의 경우 매우 예리한 지향각 (좌우상하 10°정도)를 가지게 된다. 영화 촬영장 등에서 깃털에 쌓여 날아다니는 마이크를 본적이 있는가? 이것이 바로 샷건 타입의 마이크 이다.
2. 주파수 응답(Frequency Response)
주파수 응답은 마이크만 아니라 거의 대부분의 음향기기의 특성에 표시 되어 있기도 하다. 그만큼 기기의 평가나 선택에 없어서는 안될 중요한 정보라고 하겠다. 주파수 응답이란 실제 소리를 마이크가 전기신호로 변환 하였을 때, 변환하는 과정에서 원래의 소리를 어떻게 변화시키는지 표시해 놓은 것이라 생각하면 되겠다.
일단.. 마이크는 위에서도 말했듯 트렌듀서(에너지 변환기)라 말한바 있다. [변환기]란 말이다. 변환기! 뭔가를 변환할때 제일 좋은게 뭘까? 바로 입력받은 것을 변환기가 지 맘대로 요상하게 바꾸지 않고, 있는 그대로 변환시켜주는거.. 그냥 이게 와따인 거다! 에너지 변환기인 마이크 역시, 가장 좋은 마이크라고 한다면 원래의 소리를 100%동일한 전기신호로 바꾸어 주어야 한다. 하지만 물리적인 특성상 그 과정에서 손실이 발생할 수 밖에 없게 된다.
위 그림 2-6의 왼편에 AKG의 C747마이크의 주파수 응답 곡선이 있다. 이 곡선을 보면 30㎐~300㎐까지는 완만한 곡선을 그리다가 300㎐~3000㎐ 구간에 평탄(Flat)하고 한번 출렁였다가 11000㎐ 부근에서부터 하향곡선을 그리고 있음을 알 수 있다. 즉, 20~20000Hz 까지 레벨이 일정한 소리를 이 마이크로 수음하면, 이렇게 깍이고, 더해지고 해서 그 출력이 이렇게 변질된다는 소리다.
그럼 이 마이크가 쓰레기라는 소리냐? 당연 아니다.. 물론 좋은 마이크라면야 입력과 출력이 100%동일해야 겠다만, 하지만 그것은 연구소에서나 사용하는 측정용 마이크에나 해당하는 것일뿐 실제 마이크를 사용할때는 굳이 꼭 평탄할 필요는 없다. 예를들어, 베이스 기타의 소리를 수음할 경우에는 고음보다 저음에 강한 마이크를 사용하는게 유리할 것이고, 드럼의 심벌 소리를 수음할 경우에는 저음대 보다는 중고역에 강한 마이크를 사용하는것이 유리할 것이고… 때문에 지향성과 더불어 주파수 응답은 마이크를 선택하는데 있어서 가장 중요한 체크 사항이다.
이 마이크는 저주파수 대역보다는 중고역 주파수의 소리를 수음하는데 더 적절하다는 의미가 되겠다. 필자라면, 스피치(육성) 수음 용으로 사용할 듯 하다. 그리고 오른쪽에 보면 지향성 얘기를 할때 봤던것과 비슷한 그림이 있다. 이것은 지향성과 주파수 응답을 혼합한 그래프이다. 주파수가 올라갈수록 점점 단일지향성에 가까워 지고, 저주파수로 갈수록 무지향성에 가까워 지는 것을 볼 수 있다.
3. 허용 음압 레벨(Max Sound Pressure Level)
이것은 마이크가 버틸 수 있는 소리의 크기라고 생각하면 된다. 이 값을 넘어가는 소리가 마이크에 입력될 경우 마이크에서는 일그러진(Distort)출력밖에 얻을 수 없다. 이것은 마이크의 구조상 콘덴서 마이크보다는 다이나믹 마이크가 유리한 편인데, 음압이 큰 음원 (드럼, 관악기, 연설 등)을 수음할 때 한번쯤은 확인해 보아야 하는 사항이다.
4. 신호대 잡음 비(S/N Ratio)
마이크가 소리를 전기신호로 바꾸는 과정에서 생기는 '잡음'의 크기가 얼마나 되는가를 의미한다. 물론 낮으면 낮을수록 좋다. 하지만 보통 좋으면 좋을수록 비싸다. 보통 dB단위로 표시된다.
5. 입력 감도(Sensitive)
예전에 일기예보 방송에서 태풍예보를 할 때 이런 말을 들어봤을 것이다. ‘중심기압 990핵토 파스칼의 B급 태풍인 ○○○이 올라오고 있습니다.’ 여기서 ‘파스칼’이란 것이 바로 압력의 단위이다. 보통 감도는 dBV/Pa로 표기되는데, 이 의미는 마이크로부터 1m떨어진 지점에서 1Pa의 압력으로 마이크를 향해 소리를 냈을 경우 마이크가 출력하는 전기신호의 크기를 의미한다.
일반적으로 콘덴서 마이크는 감도가 높고 다이나믹 마이크는 감도가 10~15dB정도 낮다. 그러나 두 종류 모두 S/N비가 다르기 때문에 뭐 큰 차이는 없고… 입력 감도를 좀 더 쉽게 말하자면 얼마나 작은 소리까지 마이크가 알아채고 전기 신호로 바꾸어 줄 수 있는가 하는 능력을 나타내는 것 되겠다. 지나치게 낮을 경우 충분한 음을 얻을 수 없고, 지나치게 높으면 작은 입력에서도 일그러짐이 생겨버린다. 또한 입력감도는 제작사마다 표시하는 방법이 다르므로 주의하여야 한다.
6. 자체 잡음(Noise (Flower) Level)
자체잡음이란 S/N비의 잡음과는 달리, 아무런 동작을 하지 않고 있을 때 생겨나는 회로 자체의 잡음을 말한다. 마이크를 켜 놓은 상태에서는 어떤 소리도 수음하지 않는다 하더라도 (다이어프램이 전혀 움직이지 않아도) 자체 액티브 회로의 동작으로 인해 생성되는 전기적인 잡음을 얘기한다.
이제까지 마이크에 대한 약간의 것들을 살펴보았다. 이제 좀 감이 오기 시작하는가? 그랬으면 좋겠다. 사실 홈페이지 만들어 기분 좋다고 시작한 일이긴 하지만 막상 연재를 시작하니 갈 길이 막막하다… 크하하~ 이 글을 읽는 여러분의 응원이 있으면 좀 더 잘 쓸 수 있을텐데 라는 생각이 살짝 든다 크하하~~
4회 에서는 소리의 입력 두 번째 시간으로 마이크를 사용하지 않고 얻어지는 음향신호의 수음에 대해서 알아보도록 한다. 아울러 5회에서는 이 두 가지 전기신호를 전달하는 것에 대해 알아볼 것이다. 5회는 단지 마이크의 입력 부분뿐만 아니라 음향 시스템 모든곳에 해당하는 내용이니 만큼 꼭 알아두길 바란다. (5회의 내용은 여러분을 지금까지 햇갈리게 해 왔을 평형 불평형(BAL, UNBAL)신호에 관한 얘기가 되겠다.)
최초발행 : 2005.03.21 15:28:43
수정 : 2014. 02. 10.