컨덴서 캡슐

Externaly Polarized Condenser, True Condenser

컨덴서 캡슐은 컨덴서 마이크의 진동판을 구성하는 부분 전체를 말한다.

그림 1: 컨덴서 캡슐

컨덴서 마이크의 다이어프램은 얇은 필름으로 만들고, 진동판 내부의 전도성을 만들어주기 위해 금을 얇게 증착(Gold sputterd)한다.¹⁾²⁾

컨덴서 마이크의 캡슐은 그 자체로 하나의 커패시터이다. 다이어프램에 압력이 작용하면 압력의 소밀에 따라 정전 용량이 달라지기 때문에, 음압이 전압 신호로 변환된다.

$$V = Q / C$$

V: 출력 전압
Q: 전하량
C: 정전 용량, $C = \epsilon_0(A/d)$
- $\epsilon_0$: 유전 상수
- A: 다이어프램의 면적
- d: 다이어프램과 백플레이트 사이의 거리

캡슐은 다이어프램, 백플레이트, 탠션 링, 스페이서 링, 백플레이트 마운팅 링 등의 부품들로 구성된다. 각 부품들은 매우 정밀해야 하며, 다이어프램과 탠션 링에 걸리는 장력을 정밀하게 조정해야 하므로 상당한 정밀 제작 기술이 필요하다.

마이크 캡슐의 멤브레인과 전극 사이의 거리는 35μm (미크론, 1/1000mm)으로 사람 머리카락 너비보다 작습니다. 캡슐 다이어프램에 적용된 금의 두께는 0.03μm에 불과하며 이는 금 원자 208개에 해당합니다. 미세한 수준의 오염이라도 음향 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이것이 바로 Neumann 마이크가 입방피트당 입자 100개 미만의 먼지 수준을 모니터링하는 최첨단 클린룸에서 조립되는 이유입니다. 이는 반도체 칩 생산이나 심장 도관술과 동등한 조건을 요구합니다.

다이내믹 마이크와 다르게 진동판이 비교적 자유롭게 진동할 수 있기 때문에 소리의 트랜지언트가 잘 표현된다.

캡슐을 충전하는 전압

컨덴서 마이크의 캡슐은 직류 전압을 이용하여 충전하게 되는데 보통 42V~60V 사이의 전압을 사용하며, 팬텀 파워를 사용하는 마이크는 일반적으로 48V를 사용하며, 파워 서플라이가 따로 있는 경우에는 60V 또는 그 이상의 전압으로 캡슐을 충전하기도 한다. 따라서 같은 캡슐을 사용하는 마이크라고 해도, 회로설계에 따라 캡슐을 충전하는 전압값은 천차 만별이고, 소리의 차이를 만들어내기도 한다. 충전하는 전압의 차이에 의해서 마이크 캡슐의 네이티브 감도³⁾가 결정되며, 특히 컨덴서 마이크의 PAD 스위치는 이 충전 전압값을 변경하는 회로이기 때문에 다이어프램의 감도를 변경할 수 있다.

그림 1: AKG C414의 캡슐(왼쪽)과 캡슐 충전 전압 변경 스위치 회로(오른쪽)

Termination

Center terminated	Edge terminated
파열음에 덜 민감함	파열음에 더 민감함
제한된 주파수 대역폭	확장된 주파수 대역폭
고역대 프레즌스 피크	플랫한 고역대

Center-terminated

Center-terminated 콘덴서 마이크 캡슐은 다이어프램 또는 백플레이트의 중심에서 전기 리드가 연결되는 구조를 가집니다. 이 설계는 구조적으로 중앙에 질량체(예: 나사)가 추가되기 때문에, 다이어프램의 진동 특성에 영향을 미쳐 10kHz 부근에서 프레즌스 피크가 나타나는 경향이 있습니다. 이러한 피크는 보컬이나 악기 녹음에서 존재감이 강조되는 사운드를 만들 수 있습니다. 또한, center-terminated 캡슐은 파열음에 덜 민감한 특성을 가질 수 있고, 마이크의 정위감과 지향성 성능에도 긍정적인 영향을 줄 수 있습니다. 하지만 주파수 응답이 완전히 플랫하지 않고, 특정 고음역에서 강조가 생길 수 있음을 고려해야 합니다

Edge-terminated

Edge-terminated 콘덴서 마이크 캡슐은 다이어프램의 가장자리나 캡슐 하우징의 링 또는 몸체에서 전기 리드가 연결되는 구조를 가지고 있습니다. 이 설계는 구조적으로 중앙에 추가 질량이 없기 때문에, 다이어프램 전체가 더 균일하게 진동할 수 있습니다. 그 결과, 주파수 응답이 플랫하고 고음역대에서 해상도와 섬세한 응답이 뛰어난 경우가 많으며, 보컬이나 악기 등 소스의 디테일을 정확하게 포착하는 데 유리합니다. 설계 특성상 파열음(plosive sounds)에 다소 민감할 수 있지만, 전반적으로 넓은 주파수 대역폭과 빠른 응답 속도, 넓은 다이내믹 레인지가 장점입니다. 이러한 특성 덕분에 Edge-terminated 캡슐은 플랫한 음색과 넓은 음역이 필요한 레코딩 환경⁴⁾에서 선호됩니다.

Large Diaphragm과 Small Diaphragm의 차이

참고 문헌: https://www.neumann.com/homestudio/en/difference-between-large-and-small-diaphragm-microphones

생성되는 전압의 규모

큰 다이어프램 마이크는 상대적으로 같은 공기 압력 진동에 대해 더 큰 전압을 생성할 수 있습니다. 이 때문에 작은 다이어프램 마이크들은 큰 다이어프램 마이크들보다 노이즈 플로어가 상대적으로 더 높은 경향을 보입니다. 다이어프램 크기뿐만 아니라, 충전 전압(polarization voltage)도 이러한 성능에 영향을 미칩니다.

높은 충전 전압은 다이어프램과 백플레이트 사이의 전기장을 더 강하게 만들어, 다이어프램이 동일한 압력 변화에 대해 더 큰 전기 신호를 생성할 수 있게 합니다. 이는 민감도를 향상시키며, 노이즈 플로어를 낮추는 데 기여할 수 있습니다. 특히 작은 다이어프램 마이크의 경우 충전 전압을 높임으로써 감도를 보완하고, 큰 다이어프램 마이크에 비해 상대적으로 높은 노이즈 플로어 문제를 개선할 수 있습니다.

따라서, 다이어프램 크기와 충전 전압은 모두 마이크의 신호 대 잡음비(SNR) 및 민감도에 중요한 역할을 하며, 이 두 요소의 적절한 조합이 마이크의 성능을 좌우합니다.

캡슐의 물리적 특성에 따른 비교

특성	다이어프램 직경 (크기)	다이어프램 두께	백플레이트와의 간격	Center-Terminated	Edge-Terminated	캡슐 충전 전압
팝핑	크면 더 민감, 취약	얇으면 더 취약	간격이 좁으면 더 취약	팝핑에 비교적 강함	팝핑에 취약	충전 전압이 팝핑에 취약
고역대	작을수록 고역대 섬세함 증가	얇을수록 민감도 증가	간격이 좁을수록 디테일 증가	고역대에 프레즌스 피크	고역대 주파수 확장	전압이 높으면 고역대 확장
저역대	크면 저역대 민감도 증가	큰 영향 없음	큰 영향 없음	저역대 상대적으로 낮음	저역대 풍부	충전 전압에 큰 영향 없음
Max SPL	작으면 더 높은 SPL 견딤	두꺼울수록 SPL 견딤 증가	간격이 넓으면 SPL 증가	높은 SPL에 유리	보통 SPL 견딤	전압이 낮으면 SPL 증가
SNR	크면 SNR 개선	얇으면 SNR 저하	큰 영향 없음	SNR이 상대적으로 낮음	SNR이 상대적으로 높음	전압이 높으면 SNR 개선

us_pro_dual_diaphragm_paper_ea.pdf

AKG CK12

AKG CK12는 아마도 세계에서 가장 유명한 대형 다이어프램 콘덴서 마이크 캡슐일 것입니다. 이 캡슐은 AKG의 전설적인 C12 진공관 마이크에서 처음 시장에 소개된 이후로 계속 사용되어 왔습니다. 그 이후로 CK12는 셀 수 없이 많은 제조사에 의해 복제되었습니다. 캡슐에 CK12라는 라벨이 붙어 있지 않더라도, 아마 이 캡슐의 디자인을 기반으로 했을 것입니다. 원래 CK12는 생산하기 어렵고 비용이 많이 드는 마이크 캡슐임을 주의해야 합니다. 많은 제조사가 CK12를 생산한다고 주장하지만, 원본의 품질을 따라오는 제품을 만드는 곳은 거의 없습니다.

60V 충전 전압(충전 전압은 회로구성에 따라 달라집니다. 48V 팬텀 파워 회로에서는 48V 충전 전압 사용)
듀얼 다이어프램, 듀얼 백플레이트
Edge-Terminated

Neumann K47

Neumann K47은 Neumann의 U47 진공관 콘덴서 마이크에서 저품질의 M7 캡슐을 대체하기 위해 개발되었습니다.

52V 충전 전압(충전 전압은 회로구성에 따라 달라집니다. 48V 팬텀 파워 회로에서는 48V 충전 전압 사용)
듀얼 다이어프램, 싱글 백플레이트
Center-Terminated

Neumann K67

Neumann K67은 AKG CK12와 마찬가지로 콘덴서 캡슐 품질의 기준입니다. K67은 Neumann의 K47 캡슐과 달리 듀얼 다이어프램을 가진 멀티 패턴 디자인으로 설계되었습니다. K67의 Center terminated 디자인은 종종 카피되지만, 이 캡슐의 높은 품질을 재현하지는 못합니다.

60V 충전 전압(충전 전압은 회로구성에 따라 달라집니다. U87Ai의 경우 DC to DC 승압회로 사용하여 48V 를 60V 로 승압 사용)
듀얼 다이어프램, 싱글 백플레이트
Center-Terminated

Neumann K87

전체 직경 34mm
다이어프램 직경 24mm, Mylar(폴리에스테르) 재질
듀얼 다이어프램, 얇은 서페이서로 분리된 듀얼 백 플레이트
Center-terminated

Neumann M7

M7은 동독의 Microtech Gefell에서 제조한 콘덴서 마이크 캡슐을 지칭하는 용어입니다. 이 캡슐은 Neumann의 U47 마이크에 처음 사용된 캡슐입니다.

M7의 주요 특징은 다이어프램이 폴리에스터(Mylar) 필름이 아닌 PVC 플라스틱으로 만들어졌다는 점입니다. 이 플라스틱은 부어져서 식힌 후 8~12μm 두께의 소재로 형성됩니다. 이는 일반적인 Mylar 다이어프램(3~9μm)보다 두껍습니다.

2003년 기준으로 Gefell은 자사의 PVC 다이어프램이 10μm 두께라고 발표했습니다. 2009년에는 유명한 마이크 기술자인 Andreas Grosser가 초기 M7 다이어프램의 두께가 10-12μm 사이였다고 주장했습니다.

각 M7 캡슐은 하나의 공유 백플레이트에 두 개의 PVC 멤브레인이 붙어 있습니다. 이 조립 과정도 M7의 독특한 점 중 하나인데, 대부분의 다른 콘덴서 마이크 캡슐은 나사로 고정된 탠션 링을 사용하여 다이어프램을 부착하고 조율합니다.

M7 백플레이트의 직경은 32mm이며, 멤브레인의 서스펜션 부분 직경은 25mm입니다. 두 다이어프램은 중앙에서 종단(Center-terminated)됩니다.

Neumann(베를린)은 1958년에 M7 생산을 중단했습니다. 현재로서는 Microtech Gefell과 전 MTG 기술자인 Sigfried Thiersch만이 PVC 캡슐을 제조하고 있습니다. Thiersch의 STW7은 Mylar 또는 6μm PVC 다이어프램 중 하나를 사용할 수 있습니다.

초기 Neumann 마이크도 1949년부터 1960년까지 M7 캡슐이 장착되었습니다. 이후 Neumann은 M7을 대신하여 K47 캡슐을 사용하기 시작했습니다. K47은 M7의 단일 백플레이트 구조를 유지하면서도 다이어프램 소재를 PVC에서 Mylar로 교체하고, 접착제 대신 나사로 고정하는 탠션 링을 사용하여 멤브레인을 부착했습니다.

위 사진에서 캡슐 둘레에 있는 검은색 링은 “전극과 멤브레인 사이의 더 나은 절연을 위해 사용되는 보호 커버”입니다.