어떤 상황에서는 꼭 필요한 장비
by 이무제
음향 시스템은 그것이 ‘System’이라고 불리듯이 다양한 역할을 하는 장비들이 서로 유기적으로 연결되어야만 비로소 하나의 목적을 가지는 완성된 시스템을 구성한다. 이 장비들 중 무엇하나 중요하지 않은 장비는 없지만 가장 필수적이면서도 중요한 것을 꼽으라면 마이크로폰과 스피커가 1순위가 된다. 이 둘은 서로 다르면서도 매우 중요한 공통점을 갖고 있는데 바로 ‘에너지의 도메인을 변환’하는 장비라는 것. 더 쉽게 말하자면 ‘공기를 매질로 전달되는 파동’이라는 정의를 갖고 있는 ‘소리’를 좀 더 다루기 쉬운 전기신호로, 혹은 그 전기신호를 다시 소리로 변환하는 장비가 바로 마이크로폰과 스피커다. 이 둘은 그래서 ‘Transducer’, 즉 변환기로 불린다.
이 중 이 달에 다룰 주제는 바로 마이크로폰이다. 그리고 그 중에서도 ‘Special’이라 불리는 특별한 마이크로폰들을 주로 다뤄보고자 한다. 물론 시작하기 전, ‘특별한 마이크로폰’의 범주에 대해 생각해보아야 할 것이다. 예컨대 지금은 거의 쓰이지 않는 ‘탄소 분말’을 이용한 카본 마이크로폰의 경우 100년 전이라면 꽤 흔한 형태였고 수 십년 전만 해도 가정용이나 공중 전화기 등에 쓰였으니 특별한 마이크로폰이라 볼 수 없으나 지금은 매우 희귀한 마이크로폰이 되어버렸다.
리본 마이크로폰 역시 콘덴서 마이크로폰이 보편화되기 전에는 기존의 마이크로폰들보다 훨씬 넓은 대역과 높은 해상력으로 스튜디오 및 방송 표준으로 사용되었던 바 있지만 지금은 특별한 음색이 필요할 때 제한적으로 사용되기 때문에 ‘특별한 마이크로폰’ 범주에 넣어야 할 것이다. 그래서 이번에 다룰 주인공들은 일반적인 콘덴서 및 무빙코일 마이크로폰들을 제외한 샷건, 파라볼릭, 바운더리, 라발리어, 리본 마이크 등이다.
Sennheiser MKE 600. 현대적이고 보편적인 샷건 마이크로폰이다.
샷건 마이크로폰(Shotgun Microphone)
샷건 마이크로폰은 그 특유의 기다란 튜브의 형태가 마치 ‘산탄총’의 총신을 닮았다는 의미에서 붙여진 명칭이다. 마이크로폰의 지향성을 극대화하는 형태인데, 놀랍게도 물리적 원리로는 우리가 일반적으로 알려진 단일지향성이나 초지향성 마이크와 크게 다르지 않다. 바로 ‘시간차’를 이용한 간섭이다. 소리가 같은 다이어프램에 도달하는 시간을 다르게 하려면 경로를 다양화는 방법 밖에는 없다. 샷건 마이크로폰은 이 경로의 다양성을 극대화한 형태이다.
일반적인 지향성 마이크로폰들은 양지향성 캡슐을 기반으로 하여 전면은 바로 소리가 들어오게 하고 후면으로 유입되는 소리의 경로를 복잡하게 하여 시간차로 인한 간섭을 발생하도록 만든다. 샷건 마이크로폰은 결론부터 말하자면, 눈에 띄는 기다란 튜브가 바로 시간차를 만들어내는 역할을 한다.
이를 이해하기 쉽도록 샷건 마이크로폰의 초창기 형태인 ‘머신건 마이크로폰’을 먼저 살펴보자. 1927년, 벨 연구소의 W.P. 메이슨은 길이가 다른 여러 개의 파이프를 묶어 축외(off-axis)으로부터의 소리의 경로를 다양화하여 간섭을 이용한 강력한 지향성을 형성할 수 있다는 아이디어를 특허 출원했다. 이후 1937년, Western Electric은 자사의 618A 무지향성 마이크로폰에 부착하여 강력한 지향성을 형성할 수 있는 제품인 E99098 모델을 출시했으며 이를 영화 현장을 위한 방향성 마이크로 마케팅했다.
Western Electric 618A/E99098은 최초의 머신건 마이크로폰이었다.
머신건 마이크로폰의 지향성 형성 원리. The Micropphon Book(John Eargle).
이후 RCA의 H.F. Olson은 양지향 다이어프램을 이용, 후면과 전면이 같은 기계적 임피던스를 가지도록 후면에는 완충 물질을 채우고 전면은 다중 파이프로 구성하여 주파수 반응을 극적으로 개선한 머신건 마이크로폰을 개발했다. 그런데 개발자들과 마이크로폰 제조사들은 이내 단일 튜브를 사용하고 슬롯을 다양한 위치에 파내는 것만으로도 다양한 경로를 형성할 수 있음을 깨달았다. 가장 초기의 아이디어는 역시 Olson이 낸 것이었다. Olson의 특허 문서를 자세히 보면, 현대적인 샷건 마이크로폰의 특징이 그대로 드러나 있는데, 단일튜브의 사용, 튜브 측면에 음향 경로를 다양화하기 위한 슬롯들, 그리고 내부의 완충물질들이 바로 그것이다.
H. F. Olson이 출원한 단일 튜브 샷건 마이크로폰의 아이디어. 안타깝게도 그에 의해 실용화된 것은 아니었다.
Sennheiser MD82는 최초의 단일튜브 샷건 마이크로폰이다.
샷건 마이크로폰의 지향성 형성 원리. The Micropphon Book(John Eargle).
현대적인 샷건 마이크로폰을 실용화시킨 것은 다름아닌 Sennheiser였다. 1956년에 출시된 MD82는 대부분 현대의 샷건 마이크로폰과 흡사하게 생겼지만 슬롯 대신 핀 형태의 배열을 사용한 것만이 다르다.
샷건 마이크로폰은 그 원리상 음향 간섭을 일으키는 튜브가 길수록 저주파까지 효과적인 지향성을 형성하게 된다. 따라서 로우컷을 강하게 걸고 음성만 픽업할 것이라면 휴대가 편한 짧은 튜브의 샷건 마이크로폰을 선택해도 상관없으나 높은 성능의 지향성을 원한다면 가급적 튜브가 긴 형태의 것을 고르는 것이 좋다.
Schoeps의 파라볼릭 마이크 셋트.
파라볼릭 마이크로폰(Parabolic Microphone)
일반적으로 우리가 알고 있는 대부분의 지향성 마이크로폰은 축외 응답을 최소화함으로써 강력한 지향성을 달성한다. 그러면 반대로 우리가 지향하고자 하는 방향의 소리를 마치 렌즈처럼 모으는 방법은 없을까? ‘잘라내기’가 아닌, ‘더하기’의 원리를 사용하는 마이크로폰이 바로 파라볼릭 형태이다. 이는 우리가 가끔 인터넷이나 통신 케이블이 연결되지 않는 깊은 시골 등에서 볼 수 있는 접시 형태의 위성 안테나의 원리를 마이크로폰에 적용한 것이다.
위성 안테나에 사용되는 파라볼릭 리플렉터는 전파를 수집하는 반면, 파라볼릭 마이크의 리플렉터는 음파를 수집하여 마이크 캡슐이 있는 단일 ‘초점’ 지점으로 향하게 한다. 초점은 파라볼릭 마이크의 효과에 매우 중요하며, 대부분 제조업체는 마이크 캡슐을 정확히 어디에 위치시켜야 하는지 명확하게 정의한다. 캡슐의 픽업 패턴은 일반적으로 무지향이지만 카디오이드 캡슐은 얕은 리플렉터와 함께 사용할 수 있으며, 다이어프램은 리플렉터 중앙을 향해야 한다. 양방향, 하이퍼카디오이드 및 슈퍼카디오이드 캡슐은 측면에서 소리를 차단하는 능력으로 인해 리플렉터에서 반사되는 일부 증폭을 잘 받아들이지 못하기 때문에 파라볼릭 리플렉터에서 잘 작동하지 않는다. 리플렉터의 형태는 최대의 효과를 제공하는 데 매우 중요하다. ‘파라볼릭’이라는 뜻이 의미하듯 진정한 포물선 모양을 따라야 한다.
파라볼릭 마이크의 원리.
파라볼릭 마이크는 종종 사운드 소스의 볼륨이 낮아서 명확하게 들리기 위해 증폭해야 하는 상황이나 주변 소음에서 사운드를 분리하기 위해 좁은 방향 패턴이 필요한 경우에 사용된다. 적절하게 배치된 경우 포물선 마이크는 사운드를 확대하고 10kHz에서 최대 30~35dB까지 증폭할 수 있는 고유한 특성을 가지고 있다. 이는 사운드 소스에 가까이 있을 수 없는 상황에서 큰 의미가 있다. 이는 1)거리가 두 배가 될 때마다 사운드 소스의 레벨이 6dB씩 감소하고 2)대기 감쇠로 인해 소스와의 거리가 증가함에 따라 고주파가 손실되기 때문이다. 약 200Hz 이하의 주파수에서 파라볼릭 마이크는 더 긴 파장이 접시 주위에서 회절을 일으키기 때문에 거의 무지향성이 되지만 주파수가 짧아질수록(고음일수록) 파라볼릭 마이크는 매우 방향성이 강해진다. 저음에서 방향성을 형성하려면 접시의 크기를 키우거나 단일지향성 마이크를 사용하는 것이 도움이 될 수 있다. 파라볼릭 마이크는 종종 축구 경기의 사이드라인에서 쿼터백 콜을 분리하는 데 사용되지만, 감시 및 새 노래와 같은 자연의 소리를 포착하는 데에도 사용된다.
Shure Beta 91A. 킥 드럼 애플리케이션에 특히 널리 사용된다.
바운더리 마이크로폰(Boundary Microphone)
마이크가 반사 표면 근처에 놓일 때 소리는 두 가지 경로를 통해 마이크에 도달한다. 하나는 소스에서 마이크로 직접 전달되고, 다른 하나는 표면에서 마이크로 반사되어 도달한다. 당연히 반사 경로가 직접 경로보다 길기 때문에 반사된 소리는 지연되고 이 지연된 소리가 직접 소리와 결합되면 위상 상쇄가 발생한다.
이 "다중 경로"의 소리가 마이크에 도달하면 콤필터링이 발생한다. 핸드헬드 보컬 마이크(또는 넓은 패턴의 포디엄 마이크)를 포디엄에 놓았을 때 생기는 왜곡이 바로 이런 것이다. 소리는 스피커의 입에서 마이크로 전달되지만, 또 다른 하나의 경로를 통해 포디엄 표면에서 마이크로 반사된다. 바운더리 마이크는 다이어프램을 평행하게 반사 표면에 매우 가깝게 배치하여 콤필터링을 근본적으로 없앨 수 있다. 이 경우 직접파와 반사파가 동시에 다이어프램에 도달한다. 참고로 초지향성과 같이 픽업 패턴이 근본적으로 좁은 마이크로폰을 통해 이 반사음을 다소 줄일 수 있기도 하지만 바운더리 마이크만큼 근본적으로 없애지는 못한다.
바운더리 마이크는 원래 대중 연설이나 컨퍼런스 애플리케이션에서 사용하도록 설계되었으며, 무지향 또는 단일지향 패턴으로 만들어진다. 바운더리 마이크를 회의 테이블 위에 놓으면 그 결과 패턴은 캡슐이 가진 본래의 패턴을 절반으로 자른 꼴이 된다. 무지향 캡슐의 경우 반구형, 단일지향 캡슐의 경우 반카디오이드가 되는 셈이다. 파장이 표면 크기를 초과할 때까지 마이크는 무지향성이 된다.
그런데 언젠가 사운드 엔지니어들은 킥 드럼 안에 바운더리 마이크를 설치했으며 이 마이크가 킥 비터의 어택을 아주 잘 포착해낸다는 것을 발견했다. 그래서 종종 메인 킥 드럼 마이크에 서브용으로 바운더리 마이크가 사용된다. 이것까지 고려해서 설계된 최근의 바운더리 마이크는 낮은 주파수까지 충분히 잘 포착하기 때문에 다른 추가적인 킥 마이크가 필요하지 않을 수도 있다.
Crown PZM-30D. 대표적인 PZM 마이크로폰이다.
Pressure Zone Microphone 또는 PZM™은 캡슐이 매우 특정한 방식으로 배열된 바운더리 마이크의 다른 종류다. 즉, 플레이트와 평행하게 배치하고 플레이트를 향하게 한다. 이 경우 직접음과 반사음이 동시에 도착하여 다이어프램과 플레이트 사이의 슬릿(일명, 압력 구역)에서 동상이 되므로 주파수 응답이 매우 부드럽다. PZM을 바닥이나 벽에 장착하면 경계가 마이크의 일부가 되어 저주파 응답이 확장된다. 사운드 엔지니어들은 PZM 마이크를 피아노 리드 안쪽에 테이프로 붙이면 뚜껑을 닫아도 매우 자연스럽고 무채색의 사운드를 제공한다는 것을 발견했다. 스튜디오에서는 벽이나 바닥에 놓으면 룸 마이크로 사용할 수 있으며, Rush 드러머인 Neil Peart가 Moving Pictures의 노래를 녹음할 때 가슴 부위에 테이프로 PZM 마이크를 붙였다는 도시 전설이 있다.
DPA 2061 무지향성 라발리어 마이크로폰.
라발리어 마이크로폰(Lavalier Microphone)
라발리어 마이크(lav, lapel, clip, body, collar, neck, personal 등 다양한 명칭으로 불림)는 핸즈프리 작동을 위해 TV, 극장 및 대중 연설 애플리케이션에 사용되는 소형 마이크이다. 이들은 일반적으로 칼라, 넥타이 또는 기타 의류에 부착하기 위한 작은 클립과 함께 제공된다. 케이블은 옷으로 숨겨져 주머니에 보관하거나 벨트에 고정하는 무선 주파수 송신기로 연결되거나 믹서 또는 레코더 장치로 직접 라우팅될 수도 있다.
이러한 소형 마이크는 종종 공진 공동을 형성하여 부드러운 고주파 부스트를 제공하는 다양한 길이의 푸시온 그릴과 함께 제공된다. 가슴에 장착할 때 약 6dB의 피크는 선명도 손실을 보상하는 데 유익한 것으로 간주되며 이마 위의 머리카락에 장착할 때는 10~15kHz에서 몇 데시벨의 피크가 생긴다. 고주파를 증폭시키는 이 방법은 콘솔에서의 프로세싱과 달리 노이즈를 증폭시키지 않아 때때로 유용하다.
라발리어 마이크는 놀랍게도 1932년부터 그 역사가 시작되었다. 당시에는 콘덴서 다이어프램, 리본, 무빙 코일, 카본 버튼이 있는 모델을 포함하여 다양한 제품들이 만들어졌다. 이 용어는 코트 라펠의 단추 구멍에 걸 수 있는 작은 마이크를 의미한다. 라발리어 마이크는 배우나 앵커에게 직접 장착이 가능하면서도 움직임의 자유를 제공했다. 전화 교환수와 항공 교통 관제사는 가슴에 올려놓고 목에 두른 끈으로 고정하는 마이크를 사용했다. 1950년대에 일부 마이크 모델은 목에 두른 끈에 매달도록 설계되었다. 1953년에 Electro-Voice는 목을 두르는 코드가 장착된 소형 무지향성 다이나믹 마이크인 모델 647A를 출시했다. 647A의 본체는 무게가 57g로 가볍고 직경이 19mm, 길이가 92mm로 비교적 작았다. 1954년, Shure는 손에 들고 사용하거나, 마이크 스탠드에 장착하거나, "라발리어 코드"로 목에 걸 수 있는 더 큰 530 Slendyne을 출시했다.
라발리어 마이크는 사용 목적에 따라 다르게 부착된다. 마이크를 사용하여 배우나 가수의 목소리를 증폭하는 극장용 애플리케이션에서 라발리어 마이크는 일반적으로 공연자의 머리카락에 숨겨진다. 이 배치는 그들이 움직일 때 옷에 긁혀서 소리가 증폭되는 가능성을 없앤다. 또한 캐릭터 자체가 마이크를 착용하지 않는 것처럼 보이기 때문에 극에 좀 더 집중하는데 도움이 된다. 특히 작품이 라발리어 마이크가 존재하기 전의 시대를 배경으로 하는 경우 더욱 그렇다. 가끔은 배우가 공연의 상당 부분을 노래하고 빠르게 움직이는 무대 애플리케이션에서 "헤드원 마이크"라고 하는 특별히 설계된 피부색 헤드셋이 사용되기도 한다. 이는 무대 뮤지컬이나 강의 또는 프레젠테이션 시나리오와 같다. 헤드원 마이크는 본질적으로 공연자의 귀 위로 루프되는 단단한 와이어 마운트와 결합된 라발리어 마이크다. 텔레비전 및 다큐멘터리 응용 프로그램에서는 일반적으로 넥타이, 재킷 또는 칼라와 같이 피사체의 옷에 라발리어를 클립으로 고정한다. 내러티브 모션 픽처에서 라발리어를 사용하는 경우 거의 항상 옷 아래에 숨겨진다.
물론 붐 마이크는 일반적으로 라발리어 마이크보다 더 좋고 자연스러운 소리가 나며 이 때문에 항상 사운드 담당자의 첫 번째 선택이 된다. 그러나 야외 로케이션 촬영의 경우 라발리어를 사용하는 것이 더 실용적일 수 있다. 특히 붐 조작자가 배우와 거리를 유지해야 하는 와이드 샷에서는 붐 마이크로 좋은 신호 대 잡음비를 달성하기에 충분히 가깝지 않다. 이 경우 배우에게 숨겨진 라발리어 마이크는 근접성 때문에 음성을 녹음할 때 더 나은 신호 대 잡음비를 달성할 수 있다. 라발리어 마이크를 옷 아래에 숨기면 옷이 종종 마이크에 긁히는 잡음이 녹음될 수 있다. 이 문제를 최소화하기 위해, 사운드 녹음 담당자는 때때로 마이크 헤드를 몰스킨으로 감싸거나, 속이 비어 있는 원기둥 모양의 스펀지에 넣고 플래카드 아래, 단추 뒤 또는 넥타이 매듭 안에 넣는다.
초창기의 리본 마이크로폰인 RCA 44-BX.
리본 마이크로폰
리본 마이크는 리본-벨로시티 마이크라고도 하며, 자석의 극 사이에 놓인 전기 전도성 리본의 얇은 알루미늄, 두랄루민 또는 나노필름을 사용하여 전자기 유도로 전압을 생성하는 유형의 마이크다. 리본 마이크는 일반적으로 양방향으로, 마이크의 양쪽에서 소리를 8자 패턴으로 받아들인다.
무빙코일 마이크에서 다이어프램은 영구 자석의 극 사이를 앞뒤로 움직일 때 전압을 생성하는 가벼운 무빙코일에 부착된다. 리본 마이크에서는 매우 얇은 가벼운 금속 리본(일반적으로 골판지 형태)이 자석의 극 사이에 매달려 있다. 리본이 진동하면 리본 속도와 자기장 방향에 직각으로 전압이 유도되고 리본 끝의 접점에서 제거된다. 리본 마이크는 유도된 전압이 리본의 속도와 음파의 공기 입자의 속도에 비례하기 때문에 "벨로시티 마이크"라고도 하며, 전압이 다이어프램과 공기의 변위에 비례하는 콘덴서 마이크와는 다른 사운드 특성을 가진다.
리본 마이크로폰의 작동 원리.
리본 마이크가 처음 출시되었을 때의 중요한 장점 중 하나는 매우 가벼운 리본으로, 장력이 거의 없고 따라서 공진 주파수가 20Hz 미만이라는 것이다. 이는 다른 기술을 사용하는 현대의 고품질 마이크의 일반적인 다이어프램 공진 주파수와 대조적이다. 이러한 마이크의 일반적인 공진 주파수는 인간의 청각 범위 내에 있다. 따라서 매우 초기의 상업적 리본 마이크조차도 일반적인 인간 청각 범위(20Hz~20kHz) 전체에서 뛰어난 주파수 응답을 보였다.
전통적인 리본 마이크의 전압 출력은 일반적으로 무빙코일 마이크에 비해 상당히 낮으며, 때문에 승압 트랜스포머를 사용하여 전압 출력을 높이고 출력 임피던스를 높인다. 최신 리본 마이크는 개선된 자석과 더 효율적인 트랜스포머 덕분에 이 문제가 발생하지 않으며 일반적인 스테이지 다이나믹 마이크를 뛰어넘는 출력 레벨을 제공한다.
리본 마이크는 예전에는 섬세하고 비쌌지만, 현대 소재 발달 덕분에 오늘날의 리본 마이크는 매우 내구성이 뛰어나서 큰 소리의 대중 음악과 무대 작업에 사용할 수 있을 정도다. 리본 마이크는 고주파 디테일을 포착하는 능력으로 인해 높이 평가받고 있으며, 주파수 스펙트럼의 높은 끝에서 종종 주관적으로 "공격적"이거나 "취약"하게 들릴 수 있는 콘덴서 마이크와 비교해 음색적 장점을 갖고 있다고 평해진다.
양방향 픽업 패턴 덕분에 리본 마이크는 쌍으로 사용하여 Blumlein 쌍 녹음 어레이를 생성할 수도 있다. 이는 최근의 Immersive Audio 환경에서 다시금 주목되는 장점이다. 표준 양방향 픽업 패턴 외에도 리본 마이크는 카디오이드, 하이퍼카디오이드 및 가변 패턴을 갖도록 구성할 수도 있다.
많은 믹서에 콘덴서 마이크를 사용할 수 있도록 팬텀 전원이 장착되어 있는데, 이 경우 콘덴서와 리본 마이크를 동시에 사용할 때는 주의해야만 한다. 리본 마이크에 48V 팬텀 전원을 실수로 인가하는 경우 내부 회로나 리본 장치가 손상될 수도 있다. 최근에 생산되는 최신 리본 마이크로폰에서는 이러한 문제가 크게 중요하지 않을 수 있으니 혹시 리본 마이크로폰을 실전에 사용하게 된다면 자신의 마이크로폰 스펙에 대해 잘 숙지하는게 좋다.
Western Electric의 전화기에 사용된 카본 마이크로폰.
카본 마이크로폰
카본 마이크는 카본 버튼 마이크, 버튼 마이크 또는 탄소 송신기라고도 하며, 가장 초기 마이크의 한 유형이다. 이는 탄소 분말로 분리된 두 개의 금속판으로 구성되어 있다. 한 판은 매우 얇고 말하는 사람을 향하여 다이어프램 역할을 한다. 음파가 다이어프램을 치면 진동하여 분말에 다양한 압력을 가하고, 이는 판 사이의 전기 저항을 변화시킨다. 압력이 높을수록 분말이 더 가까이 밀려 저항이 낮아진다. 일정한 직류 전류가 분말을 통해 판 사이로 전달된다. 저항이 변하면 전류가 변조되어 음파의 다양한 압력을 재현하는 다양한 전류가 생성된다. 전화에서 이 파동 전류는 전화선을 통해 중앙 전화국으로 직접 전달된다. PA 시스템에서는 오디오 증폭기로 증폭된다. 그러나 대부분의 카본 마이크의 주파수 응답은 매우 좁은 범위로 제한되며 상당한 전기적 노이즈를 생성하기에 음성 품질이 좋지는 않다.
1920년대에 진공관 앰프가 널리 보급되기 전에는 카본 마이크로폰이 높은 레벨의 오디오 신호를 얻는 유일한 실용적인 수단이었다. 카본 마이크로폰은 1980년대까지 전화 시스템에서 널리 사용되었지만, 다른 응용 분야에서는 훨씬 더 일찍 다른 마이크로폰 설계를 사용했다. 저렴하고 본질적으로 높은 출력과 주파수 응답 특성이 전화에 적합했다. 일반 전화 서비스(POTS)의 경우 카본 마이크로폰 기반 전화는 여전히 사용할 수 있다.
카본 마이크로폰의 작동 원리.
카본 마이크로폰은 초기 AM 라디오 방송 시스템에서 널리 사용되었지만, 제한된 주파수 응답과 상당히 높은 노이즈 레벨로 인해 1920년대 후반에 해당 분야에서 더 이상 사용되지 않게 되었다. 그 후 수십 년 동안 저급 PA 시스템 및 군사 및 아마추어 무선 응용 분야에서 널리 사용되었다. 지역 및 국가에 따라 다양한 조건에서 기존 전화 설비를 철거하고 있으며, 카본 마이크는 제조업체가 유통을 중단하고 있지만 오늘날에도 특정 틈새 시장에서 여전히 사용된다. 예를 들어, Shure 104c는 기존 장비와의 폭넓은 호환성으로 인해 아직도 여전히 수요가 있다.
카본 마이크가 다른 마이크 설계에 비해 갖는 주요 장점은 추가 증폭이나 배터리가 필요 없이 매우 낮은 DC 전압에서 고레벨 오디오 신호를 생성할 수 있다는 것이다. 카본 마이크는 전원 공급 장치를 사용하므로 전력 이득이 발생한다. 카본 마이크의 저전압 성능은 전선의 전기 저항으로 인해 심각한 DC 전압 강하가 발생할 수 있는 매우 긴 전화선이 있는 원격 지역에서 특히 유용하다. 대부분의 전자식 전화는 작동하려면 최소 3볼트 DC가 필요하므로 이러한 상황에서는 종종 쓸모가 없지만 카본 송신기 전화는 1볼트 이하에도 계속 작동한다. 전자식 전화기는 회선 전압이 임계 수준 아래로 떨어지면 갑자기 작동이 중단되며, 한 선로가 작동이 중단되면 다른 선로도 차단되는 경향이 있는 반면, 카본 마이크를 사용하면 동일한 회선의 모든 수신기의 출력이 감소해도 계속 작동한다.
카본 마이크는 이러한 특성으로 광산 및 화학 제조와 같이 안전이 중요한 응용 분야에서 널리 사용되며, 이러한 곳에서는 스파크 및 그에 따른 폭발의 위험으로 인해 더 높은 회선 전압을 사용할 수 없기 때문에 이러한 특성이 더욱 유용하다. 카본 기반 전화 시스템은 또한 낙뢰로 인해 발생하는 고전압 과도 현상과 핵 폭발로 인해 발생하는 유형의 전자기 펄스로 인한 손상에 강하므로 중요한 군사 시설에서 여전히 백업 통신 시스템으로 유지된다.
어떤 상황에서는 꼭 필요한 장비
by 이무제
음향 시스템은 그것이 ‘System’이라고 불리듯이 다양한 역할을 하는 장비들이 서로 유기적으로 연결되어야만 비로소 하나의 목적을 가지는 완성된 시스템을 구성한다. 이 장비들 중 무엇하나 중요하지 않은 장비는 없지만 가장 필수적이면서도 중요한 것을 꼽으라면 마이크로폰과 스피커가 1순위가 된다. 이 둘은 서로 다르면서도 매우 중요한 공통점을 갖고 있는데 바로 ‘에너지의 도메인을 변환’하는 장비라는 것. 더 쉽게 말하자면 ‘공기를 매질로 전달되는 파동’이라는 정의를 갖고 있는 ‘소리’를 좀 더 다루기 쉬운 전기신호로, 혹은 그 전기신호를 다시 소리로 변환하는 장비가 바로 마이크로폰과 스피커다. 이 둘은 그래서 ‘Transducer’, 즉 변환기로 불린다.
이 중 이 달에 다룰 주제는 바로 마이크로폰이다. 그리고 그 중에서도 ‘Special’이라 불리는 특별한 마이크로폰들을 주로 다뤄보고자 한다. 물론 시작하기 전, ‘특별한 마이크로폰’의 범주에 대해 생각해보아야 할 것이다. 예컨대 지금은 거의 쓰이지 않는 ‘탄소 분말’을 이용한 카본 마이크로폰의 경우 100년 전이라면 꽤 흔한 형태였고 수 십년 전만 해도 가정용이나 공중 전화기 등에 쓰였으니 특별한 마이크로폰이라 볼 수 없으나 지금은 매우 희귀한 마이크로폰이 되어버렸다.
리본 마이크로폰 역시 콘덴서 마이크로폰이 보편화되기 전에는 기존의 마이크로폰들보다 훨씬 넓은 대역과 높은 해상력으로 스튜디오 및 방송 표준으로 사용되었던 바 있지만 지금은 특별한 음색이 필요할 때 제한적으로 사용되기 때문에 ‘특별한 마이크로폰’ 범주에 넣어야 할 것이다. 그래서 이번에 다룰 주인공들은 일반적인 콘덴서 및 무빙코일 마이크로폰들을 제외한 샷건, 파라볼릭, 바운더리, 라발리어, 리본 마이크 등이다.
Sennheiser MKE 600. 현대적이고 보편적인 샷건 마이크로폰이다.
샷건 마이크로폰(Shotgun Microphone)
샷건 마이크로폰은 그 특유의 기다란 튜브의 형태가 마치 ‘산탄총’의 총신을 닮았다는 의미에서 붙여진 명칭이다. 마이크로폰의 지향성을 극대화하는 형태인데, 놀랍게도 물리적 원리로는 우리가 일반적으로 알려진 단일지향성이나 초지향성 마이크와 크게 다르지 않다. 바로 ‘시간차’를 이용한 간섭이다. 소리가 같은 다이어프램에 도달하는 시간을 다르게 하려면 경로를 다양화는 방법 밖에는 없다. 샷건 마이크로폰은 이 경로의 다양성을 극대화한 형태이다.
일반적인 지향성 마이크로폰들은 양지향성 캡슐을 기반으로 하여 전면은 바로 소리가 들어오게 하고 후면으로 유입되는 소리의 경로를 복잡하게 하여 시간차로 인한 간섭을 발생하도록 만든다. 샷건 마이크로폰은 결론부터 말하자면, 눈에 띄는 기다란 튜브가 바로 시간차를 만들어내는 역할을 한다.
이를 이해하기 쉽도록 샷건 마이크로폰의 초창기 형태인 ‘머신건 마이크로폰’을 먼저 살펴보자. 1927년, 벨 연구소의 W.P. 메이슨은 길이가 다른 여러 개의 파이프를 묶어 축외(off-axis)으로부터의 소리의 경로를 다양화하여 간섭을 이용한 강력한 지향성을 형성할 수 있다는 아이디어를 특허 출원했다. 이후 1937년, Western Electric은 자사의 618A 무지향성 마이크로폰에 부착하여 강력한 지향성을 형성할 수 있는 제품인 E99098 모델을 출시했으며 이를 영화 현장을 위한 방향성 마이크로 마케팅했다.
Western Electric 618A/E99098은 최초의 머신건 마이크로폰이었다.
머신건 마이크로폰의 지향성 형성 원리. The Micropphon Book(John Eargle).
이후 RCA의 H.F. Olson은 양지향 다이어프램을 이용, 후면과 전면이 같은 기계적 임피던스를 가지도록 후면에는 완충 물질을 채우고 전면은 다중 파이프로 구성하여 주파수 반응을 극적으로 개선한 머신건 마이크로폰을 개발했다. 그런데 개발자들과 마이크로폰 제조사들은 이내 단일 튜브를 사용하고 슬롯을 다양한 위치에 파내는 것만으로도 다양한 경로를 형성할 수 있음을 깨달았다. 가장 초기의 아이디어는 역시 Olson이 낸 것이었다. Olson의 특허 문서를 자세히 보면, 현대적인 샷건 마이크로폰의 특징이 그대로 드러나 있는데, 단일튜브의 사용, 튜브 측면에 음향 경로를 다양화하기 위한 슬롯들, 그리고 내부의 완충물질들이 바로 그것이다.
H. F. Olson이 출원한 단일 튜브 샷건 마이크로폰의 아이디어. 안타깝게도 그에 의해 실용화된 것은 아니었다.
Sennheiser MD82는 최초의 단일튜브 샷건 마이크로폰이다.
샷건 마이크로폰의 지향성 형성 원리. The Micropphon Book(John Eargle).
현대적인 샷건 마이크로폰을 실용화시킨 것은 다름아닌 Sennheiser였다. 1956년에 출시된 MD82는 대부분 현대의 샷건 마이크로폰과 흡사하게 생겼지만 슬롯 대신 핀 형태의 배열을 사용한 것만이 다르다.
샷건 마이크로폰은 그 원리상 음향 간섭을 일으키는 튜브가 길수록 저주파까지 효과적인 지향성을 형성하게 된다. 따라서 로우컷을 강하게 걸고 음성만 픽업할 것이라면 휴대가 편한 짧은 튜브의 샷건 마이크로폰을 선택해도 상관없으나 높은 성능의 지향성을 원한다면 가급적 튜브가 긴 형태의 것을 고르는 것이 좋다.
Schoeps의 파라볼릭 마이크 셋트.
파라볼릭 마이크로폰(Parabolic Microphone)
일반적으로 우리가 알고 있는 대부분의 지향성 마이크로폰은 축외 응답을 최소화함으로써 강력한 지향성을 달성한다. 그러면 반대로 우리가 지향하고자 하는 방향의 소리를 마치 렌즈처럼 모으는 방법은 없을까? ‘잘라내기’가 아닌, ‘더하기’의 원리를 사용하는 마이크로폰이 바로 파라볼릭 형태이다. 이는 우리가 가끔 인터넷이나 통신 케이블이 연결되지 않는 깊은 시골 등에서 볼 수 있는 접시 형태의 위성 안테나의 원리를 마이크로폰에 적용한 것이다.
위성 안테나에 사용되는 파라볼릭 리플렉터는 전파를 수집하는 반면, 파라볼릭 마이크의 리플렉터는 음파를 수집하여 마이크 캡슐이 있는 단일 ‘초점’ 지점으로 향하게 한다. 초점은 파라볼릭 마이크의 효과에 매우 중요하며, 대부분 제조업체는 마이크 캡슐을 정확히 어디에 위치시켜야 하는지 명확하게 정의한다. 캡슐의 픽업 패턴은 일반적으로 무지향이지만 카디오이드 캡슐은 얕은 리플렉터와 함께 사용할 수 있으며, 다이어프램은 리플렉터 중앙을 향해야 한다. 양방향, 하이퍼카디오이드 및 슈퍼카디오이드 캡슐은 측면에서 소리를 차단하는 능력으로 인해 리플렉터에서 반사되는 일부 증폭을 잘 받아들이지 못하기 때문에 파라볼릭 리플렉터에서 잘 작동하지 않는다. 리플렉터의 형태는 최대의 효과를 제공하는 데 매우 중요하다. ‘파라볼릭’이라는 뜻이 의미하듯 진정한 포물선 모양을 따라야 한다.
파라볼릭 마이크의 원리.
파라볼릭 마이크는 종종 사운드 소스의 볼륨이 낮아서 명확하게 들리기 위해 증폭해야 하는 상황이나 주변 소음에서 사운드를 분리하기 위해 좁은 방향 패턴이 필요한 경우에 사용된다. 적절하게 배치된 경우 포물선 마이크는 사운드를 확대하고 10kHz에서 최대 30~35dB까지 증폭할 수 있는 고유한 특성을 가지고 있다. 이는 사운드 소스에 가까이 있을 수 없는 상황에서 큰 의미가 있다. 이는 1)거리가 두 배가 될 때마다 사운드 소스의 레벨이 6dB씩 감소하고 2)대기 감쇠로 인해 소스와의 거리가 증가함에 따라 고주파가 손실되기 때문이다. 약 200Hz 이하의 주파수에서 파라볼릭 마이크는 더 긴 파장이 접시 주위에서 회절을 일으키기 때문에 거의 무지향성이 되지만 주파수가 짧아질수록(고음일수록) 파라볼릭 마이크는 매우 방향성이 강해진다. 저음에서 방향성을 형성하려면 접시의 크기를 키우거나 단일지향성 마이크를 사용하는 것이 도움이 될 수 있다. 파라볼릭 마이크는 종종 축구 경기의 사이드라인에서 쿼터백 콜을 분리하는 데 사용되지만, 감시 및 새 노래와 같은 자연의 소리를 포착하는 데에도 사용된다.
Shure Beta 91A. 킥 드럼 애플리케이션에 특히 널리 사용된다.
바운더리 마이크로폰(Boundary Microphone)
마이크가 반사 표면 근처에 놓일 때 소리는 두 가지 경로를 통해 마이크에 도달한다. 하나는 소스에서 마이크로 직접 전달되고, 다른 하나는 표면에서 마이크로 반사되어 도달한다. 당연히 반사 경로가 직접 경로보다 길기 때문에 반사된 소리는 지연되고 이 지연된 소리가 직접 소리와 결합되면 위상 상쇄가 발생한다.
이 "다중 경로"의 소리가 마이크에 도달하면 콤필터링이 발생한다. 핸드헬드 보컬 마이크(또는 넓은 패턴의 포디엄 마이크)를 포디엄에 놓았을 때 생기는 왜곡이 바로 이런 것이다. 소리는 스피커의 입에서 마이크로 전달되지만, 또 다른 하나의 경로를 통해 포디엄 표면에서 마이크로 반사된다. 바운더리 마이크는 다이어프램을 평행하게 반사 표면에 매우 가깝게 배치하여 콤필터링을 근본적으로 없앨 수 있다. 이 경우 직접파와 반사파가 동시에 다이어프램에 도달한다. 참고로 초지향성과 같이 픽업 패턴이 근본적으로 좁은 마이크로폰을 통해 이 반사음을 다소 줄일 수 있기도 하지만 바운더리 마이크만큼 근본적으로 없애지는 못한다.
바운더리 마이크는 원래 대중 연설이나 컨퍼런스 애플리케이션에서 사용하도록 설계되었으며, 무지향 또는 단일지향 패턴으로 만들어진다. 바운더리 마이크를 회의 테이블 위에 놓으면 그 결과 패턴은 캡슐이 가진 본래의 패턴을 절반으로 자른 꼴이 된다. 무지향 캡슐의 경우 반구형, 단일지향 캡슐의 경우 반카디오이드가 되는 셈이다. 파장이 표면 크기를 초과할 때까지 마이크는 무지향성이 된다.
그런데 언젠가 사운드 엔지니어들은 킥 드럼 안에 바운더리 마이크를 설치했으며 이 마이크가 킥 비터의 어택을 아주 잘 포착해낸다는 것을 발견했다. 그래서 종종 메인 킥 드럼 마이크에 서브용으로 바운더리 마이크가 사용된다. 이것까지 고려해서 설계된 최근의 바운더리 마이크는 낮은 주파수까지 충분히 잘 포착하기 때문에 다른 추가적인 킥 마이크가 필요하지 않을 수도 있다.
Crown PZM-30D. 대표적인 PZM 마이크로폰이다.
Pressure Zone Microphone 또는 PZM™은 캡슐이 매우 특정한 방식으로 배열된 바운더리 마이크의 다른 종류다. 즉, 플레이트와 평행하게 배치하고 플레이트를 향하게 한다. 이 경우 직접음과 반사음이 동시에 도착하여 다이어프램과 플레이트 사이의 슬릿(일명, 압력 구역)에서 동상이 되므로 주파수 응답이 매우 부드럽다. PZM을 바닥이나 벽에 장착하면 경계가 마이크의 일부가 되어 저주파 응답이 확장된다. 사운드 엔지니어들은 PZM 마이크를 피아노 리드 안쪽에 테이프로 붙이면 뚜껑을 닫아도 매우 자연스럽고 무채색의 사운드를 제공한다는 것을 발견했다. 스튜디오에서는 벽이나 바닥에 놓으면 룸 마이크로 사용할 수 있으며, Rush 드러머인 Neil Peart가 Moving Pictures의 노래를 녹음할 때 가슴 부위에 테이프로 PZM 마이크를 붙였다는 도시 전설이 있다.
DPA 2061 무지향성 라발리어 마이크로폰.
라발리어 마이크로폰(Lavalier Microphone)
라발리어 마이크(lav, lapel, clip, body, collar, neck, personal 등 다양한 명칭으로 불림)는 핸즈프리 작동을 위해 TV, 극장 및 대중 연설 애플리케이션에 사용되는 소형 마이크이다. 이들은 일반적으로 칼라, 넥타이 또는 기타 의류에 부착하기 위한 작은 클립과 함께 제공된다. 케이블은 옷으로 숨겨져 주머니에 보관하거나 벨트에 고정하는 무선 주파수 송신기로 연결되거나 믹서 또는 레코더 장치로 직접 라우팅될 수도 있다.
이러한 소형 마이크는 종종 공진 공동을 형성하여 부드러운 고주파 부스트를 제공하는 다양한 길이의 푸시온 그릴과 함께 제공된다. 가슴에 장착할 때 약 6dB의 피크는 선명도 손실을 보상하는 데 유익한 것으로 간주되며 이마 위의 머리카락에 장착할 때는 10~15kHz에서 몇 데시벨의 피크가 생긴다. 고주파를 증폭시키는 이 방법은 콘솔에서의 프로세싱과 달리 노이즈를 증폭시키지 않아 때때로 유용하다.
라발리어 마이크는 놀랍게도 1932년부터 그 역사가 시작되었다. 당시에는 콘덴서 다이어프램, 리본, 무빙 코일, 카본 버튼이 있는 모델을 포함하여 다양한 제품들이 만들어졌다. 이 용어는 코트 라펠의 단추 구멍에 걸 수 있는 작은 마이크를 의미한다. 라발리어 마이크는 배우나 앵커에게 직접 장착이 가능하면서도 움직임의 자유를 제공했다. 전화 교환수와 항공 교통 관제사는 가슴에 올려놓고 목에 두른 끈으로 고정하는 마이크를 사용했다. 1950년대에 일부 마이크 모델은 목에 두른 끈에 매달도록 설계되었다. 1953년에 Electro-Voice는 목을 두르는 코드가 장착된 소형 무지향성 다이나믹 마이크인 모델 647A를 출시했다. 647A의 본체는 무게가 57g로 가볍고 직경이 19mm, 길이가 92mm로 비교적 작았다. 1954년, Shure는 손에 들고 사용하거나, 마이크 스탠드에 장착하거나, "라발리어 코드"로 목에 걸 수 있는 더 큰 530 Slendyne을 출시했다.
라발리어 마이크는 사용 목적에 따라 다르게 부착된다. 마이크를 사용하여 배우나 가수의 목소리를 증폭하는 극장용 애플리케이션에서 라발리어 마이크는 일반적으로 공연자의 머리카락에 숨겨진다. 이 배치는 그들이 움직일 때 옷에 긁혀서 소리가 증폭되는 가능성을 없앤다. 또한 캐릭터 자체가 마이크를 착용하지 않는 것처럼 보이기 때문에 극에 좀 더 집중하는데 도움이 된다. 특히 작품이 라발리어 마이크가 존재하기 전의 시대를 배경으로 하는 경우 더욱 그렇다. 가끔은 배우가 공연의 상당 부분을 노래하고 빠르게 움직이는 무대 애플리케이션에서 "헤드원 마이크"라고 하는 특별히 설계된 피부색 헤드셋이 사용되기도 한다. 이는 무대 뮤지컬이나 강의 또는 프레젠테이션 시나리오와 같다. 헤드원 마이크는 본질적으로 공연자의 귀 위로 루프되는 단단한 와이어 마운트와 결합된 라발리어 마이크다. 텔레비전 및 다큐멘터리 응용 프로그램에서는 일반적으로 넥타이, 재킷 또는 칼라와 같이 피사체의 옷에 라발리어를 클립으로 고정한다. 내러티브 모션 픽처에서 라발리어를 사용하는 경우 거의 항상 옷 아래에 숨겨진다.
물론 붐 마이크는 일반적으로 라발리어 마이크보다 더 좋고 자연스러운 소리가 나며 이 때문에 항상 사운드 담당자의 첫 번째 선택이 된다. 그러나 야외 로케이션 촬영의 경우 라발리어를 사용하는 것이 더 실용적일 수 있다. 특히 붐 조작자가 배우와 거리를 유지해야 하는 와이드 샷에서는 붐 마이크로 좋은 신호 대 잡음비를 달성하기에 충분히 가깝지 않다. 이 경우 배우에게 숨겨진 라발리어 마이크는 근접성 때문에 음성을 녹음할 때 더 나은 신호 대 잡음비를 달성할 수 있다. 라발리어 마이크를 옷 아래에 숨기면 옷이 종종 마이크에 긁히는 잡음이 녹음될 수 있다. 이 문제를 최소화하기 위해, 사운드 녹음 담당자는 때때로 마이크 헤드를 몰스킨으로 감싸거나, 속이 비어 있는 원기둥 모양의 스펀지에 넣고 플래카드 아래, 단추 뒤 또는 넥타이 매듭 안에 넣는다.
초창기의 리본 마이크로폰인 RCA 44-BX.
리본 마이크로폰
리본 마이크는 리본-벨로시티 마이크라고도 하며, 자석의 극 사이에 놓인 전기 전도성 리본의 얇은 알루미늄, 두랄루민 또는 나노필름을 사용하여 전자기 유도로 전압을 생성하는 유형의 마이크다. 리본 마이크는 일반적으로 양방향으로, 마이크의 양쪽에서 소리를 8자 패턴으로 받아들인다.
무빙코일 마이크에서 다이어프램은 영구 자석의 극 사이를 앞뒤로 움직일 때 전압을 생성하는 가벼운 무빙코일에 부착된다. 리본 마이크에서는 매우 얇은 가벼운 금속 리본(일반적으로 골판지 형태)이 자석의 극 사이에 매달려 있다. 리본이 진동하면 리본 속도와 자기장 방향에 직각으로 전압이 유도되고 리본 끝의 접점에서 제거된다. 리본 마이크는 유도된 전압이 리본의 속도와 음파의 공기 입자의 속도에 비례하기 때문에 "벨로시티 마이크"라고도 하며, 전압이 다이어프램과 공기의 변위에 비례하는 콘덴서 마이크와는 다른 사운드 특성을 가진다.
리본 마이크로폰의 작동 원리.
리본 마이크가 처음 출시되었을 때의 중요한 장점 중 하나는 매우 가벼운 리본으로, 장력이 거의 없고 따라서 공진 주파수가 20Hz 미만이라는 것이다. 이는 다른 기술을 사용하는 현대의 고품질 마이크의 일반적인 다이어프램 공진 주파수와 대조적이다. 이러한 마이크의 일반적인 공진 주파수는 인간의 청각 범위 내에 있다. 따라서 매우 초기의 상업적 리본 마이크조차도 일반적인 인간 청각 범위(20Hz~20kHz) 전체에서 뛰어난 주파수 응답을 보였다.
전통적인 리본 마이크의 전압 출력은 일반적으로 무빙코일 마이크에 비해 상당히 낮으며, 때문에 승압 트랜스포머를 사용하여 전압 출력을 높이고 출력 임피던스를 높인다. 최신 리본 마이크는 개선된 자석과 더 효율적인 트랜스포머 덕분에 이 문제가 발생하지 않으며 일반적인 스테이지 다이나믹 마이크를 뛰어넘는 출력 레벨을 제공한다.
리본 마이크는 예전에는 섬세하고 비쌌지만, 현대 소재 발달 덕분에 오늘날의 리본 마이크는 매우 내구성이 뛰어나서 큰 소리의 대중 음악과 무대 작업에 사용할 수 있을 정도다. 리본 마이크는 고주파 디테일을 포착하는 능력으로 인해 높이 평가받고 있으며, 주파수 스펙트럼의 높은 끝에서 종종 주관적으로 "공격적"이거나 "취약"하게 들릴 수 있는 콘덴서 마이크와 비교해 음색적 장점을 갖고 있다고 평해진다.
양방향 픽업 패턴 덕분에 리본 마이크는 쌍으로 사용하여 Blumlein 쌍 녹음 어레이를 생성할 수도 있다. 이는 최근의 Immersive Audio 환경에서 다시금 주목되는 장점이다. 표준 양방향 픽업 패턴 외에도 리본 마이크는 카디오이드, 하이퍼카디오이드 및 가변 패턴을 갖도록 구성할 수도 있다.
많은 믹서에 콘덴서 마이크를 사용할 수 있도록 팬텀 전원이 장착되어 있는데, 이 경우 콘덴서와 리본 마이크를 동시에 사용할 때는 주의해야만 한다. 리본 마이크에 48V 팬텀 전원을 실수로 인가하는 경우 내부 회로나 리본 장치가 손상될 수도 있다. 최근에 생산되는 최신 리본 마이크로폰에서는 이러한 문제가 크게 중요하지 않을 수 있으니 혹시 리본 마이크로폰을 실전에 사용하게 된다면 자신의 마이크로폰 스펙에 대해 잘 숙지하는게 좋다.
Western Electric의 전화기에 사용된 카본 마이크로폰.
카본 마이크로폰
카본 마이크는 카본 버튼 마이크, 버튼 마이크 또는 탄소 송신기라고도 하며, 가장 초기 마이크의 한 유형이다. 이는 탄소 분말로 분리된 두 개의 금속판으로 구성되어 있다. 한 판은 매우 얇고 말하는 사람을 향하여 다이어프램 역할을 한다. 음파가 다이어프램을 치면 진동하여 분말에 다양한 압력을 가하고, 이는 판 사이의 전기 저항을 변화시킨다. 압력이 높을수록 분말이 더 가까이 밀려 저항이 낮아진다. 일정한 직류 전류가 분말을 통해 판 사이로 전달된다. 저항이 변하면 전류가 변조되어 음파의 다양한 압력을 재현하는 다양한 전류가 생성된다. 전화에서 이 파동 전류는 전화선을 통해 중앙 전화국으로 직접 전달된다. PA 시스템에서는 오디오 증폭기로 증폭된다. 그러나 대부분의 카본 마이크의 주파수 응답은 매우 좁은 범위로 제한되며 상당한 전기적 노이즈를 생성하기에 음성 품질이 좋지는 않다.
1920년대에 진공관 앰프가 널리 보급되기 전에는 카본 마이크로폰이 높은 레벨의 오디오 신호를 얻는 유일한 실용적인 수단이었다. 카본 마이크로폰은 1980년대까지 전화 시스템에서 널리 사용되었지만, 다른 응용 분야에서는 훨씬 더 일찍 다른 마이크로폰 설계를 사용했다. 저렴하고 본질적으로 높은 출력과 주파수 응답 특성이 전화에 적합했다. 일반 전화 서비스(POTS)의 경우 카본 마이크로폰 기반 전화는 여전히 사용할 수 있다.
카본 마이크로폰의 작동 원리.
카본 마이크로폰은 초기 AM 라디오 방송 시스템에서 널리 사용되었지만, 제한된 주파수 응답과 상당히 높은 노이즈 레벨로 인해 1920년대 후반에 해당 분야에서 더 이상 사용되지 않게 되었다. 그 후 수십 년 동안 저급 PA 시스템 및 군사 및 아마추어 무선 응용 분야에서 널리 사용되었다. 지역 및 국가에 따라 다양한 조건에서 기존 전화 설비를 철거하고 있으며, 카본 마이크는 제조업체가 유통을 중단하고 있지만 오늘날에도 특정 틈새 시장에서 여전히 사용된다. 예를 들어, Shure 104c는 기존 장비와의 폭넓은 호환성으로 인해 아직도 여전히 수요가 있다.
카본 마이크가 다른 마이크 설계에 비해 갖는 주요 장점은 추가 증폭이나 배터리가 필요 없이 매우 낮은 DC 전압에서 고레벨 오디오 신호를 생성할 수 있다는 것이다. 카본 마이크는 전원 공급 장치를 사용하므로 전력 이득이 발생한다. 카본 마이크의 저전압 성능은 전선의 전기 저항으로 인해 심각한 DC 전압 강하가 발생할 수 있는 매우 긴 전화선이 있는 원격 지역에서 특히 유용하다. 대부분의 전자식 전화는 작동하려면 최소 3볼트 DC가 필요하므로 이러한 상황에서는 종종 쓸모가 없지만 카본 송신기 전화는 1볼트 이하에도 계속 작동한다. 전자식 전화기는 회선 전압이 임계 수준 아래로 떨어지면 갑자기 작동이 중단되며, 한 선로가 작동이 중단되면 다른 선로도 차단되는 경향이 있는 반면, 카본 마이크를 사용하면 동일한 회선의 모든 수신기의 출력이 감소해도 계속 작동한다.
카본 마이크는 이러한 특성으로 광산 및 화학 제조와 같이 안전이 중요한 응용 분야에서 널리 사용되며, 이러한 곳에서는 스파크 및 그에 따른 폭발의 위험으로 인해 더 높은 회선 전압을 사용할 수 없기 때문에 이러한 특성이 더욱 유용하다. 카본 기반 전화 시스템은 또한 낙뢰로 인해 발생하는 고전압 과도 현상과 핵 폭발로 인해 발생하는 유형의 전자기 펄스로 인한 손상에 강하므로 중요한 군사 시설에서 여전히 백업 통신 시스템으로 유지된다.