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.

그림 2

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

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

센터 터미네이티드(Center-terminated) 콘덴서 마이크 캡슐은 다이어프램(진동판) 또는 백플레이트의 중심에 고정 나사와 전기 리드가 연결되는 구조를 가집니다.

이 설계는 구조적으로 중앙에 나사를 박아 고정하기 때문에, 진동판을 테두리까지 균일하고 팽팽하게 당기는 장력(Tension) 확보에 물리적인 한계가 있습니다. 이로 인해 진동판의 공진 주파수를 가청 주파수 최상단 위로 충분히 밀어 올리지 못하고, 비교적 낮은 대역인 8kHz ~ 12kHz 부근에 위치시키게 됩니다. 여기에 중앙 고정부의 질량까지 무게로 더해지면서 해당 고역대에서 독특한 프레즌스 피크(Presence Peak)가 필연적으로 발생하게 됩니다.

그러나 이 중앙 나사의 무게(질량)는 반대로 파열음(Plosive)에 강한 물리적 이점을 제공하기도 합니다. 강한 공기 압력이 순간적으로 유입될 때, 중앙 나사의 무거운 관성이 진동판을 잡아주어 다이어프램 전체가 쉽게 대칭적으로 펄럭이거나 한계 이상으로 과도하게 흔들리는 현상을 막아주기 때문입니다. 덕분에 센터 터미네이티드 캡슐은 갑작스러운 팝핑 노이즈에도 비교적 안정적인 복원력을 보여주며, 마이크의 정위감과 지향성 성능 측면에서도 단단하고 균형 잡힌 퍼포먼스를 유지합니다.

결과적으로 고음역의 반응이 완전히 플랫(Flat)하지 않고 특정 대역이 도드라지는 한계는 있지만, 과거 빈티지 마이크(예: U67 등) 설계에서는 이 물리적 고역 피크를 상쇄하기 위해 앰프단에 고음을 의도적으로 깎아내는 디엠파시스(De-emphasis) 필터 회로를 결합하여 최종 밸런스를 평탄하게 맞추는 방식으로 이 구조적 장단점을 완벽하게 제어했습니다.

그림 4

엣지 터미네이티드(Edge-terminated) 콘덴서 마이크 캡슐은 다이어프램(진동판)의 가장자리나 외곽의 링 몸체에서 전기 리드가 연결되는 구조를 가집니다.이 설계는 중앙에 고정 나사와 같은 물리적 방해물이 전혀 없기 때문에, 진동판 테두리 전체를 균일하고 극도로 팽팽하게 당겨 장력을 높일 수 있다는 강력한 구조적 장점이 있습니다. 이를 통해 진동판의 공진 주파수를 가청 주파수 범위 밖인 15kHz ~ 20kHz 이상이나 그 너머로 완전히 밀어 올리게 됩니다. 그 결과, 센터 터미네이티드 방식과 달리 가청 대역 내부에서는 공진 주파수 아래의 완만하고 극도로 평탄한 구간만을 온전히 활용할 수 있어, 물리적으로 훨씬 플랫하고 투명한 주파수 응답을 달성하게 됩니다.

또한 캡슐 자체에서 거친 고역 피크가 발생하지 않으므로, 앰프단에 고음을 깎아내는 별도의 디엠파시스(De-emphasis) 필터 회로를 추가할 필요가 없습니다.다만, 진동판 중앙에 제동을 걸어주는 질량체(나사)가 없고 다이어프램이 완전히 자유롭게 진동하는 구조적 특성상, 파열음(Plosive)에는 다소 민감하고 취약한 성질을 가집니다. 순간적으로 강한 공기 압력이 밀려들 때 진동판 전체가 쉽게 펄럭이거나 과도하게 흔들릴 수 있기 때문입니다.그럼에도 불구하고 넓은 주파수 대역폭과 왜곡 없는 빠른 과도 응답, 그리고 초고역대까지 열려 있는 섬세한 해상도는 이 방식만의 독보적인 무기입니다. 이러한 순수한 플랫함과 정밀한 디테일 포착 능력 덕분에, 엣지 터미네이티드 캡슐(예: AKG CK12 계열)은 소스의 고유한 음색을 왜곡 없이 받아들여야 하는 어쿠스틱 악기 녹음이나 고해상도 레코딩 환경에서 표준으로 선호됩니다.

그림 5

그림 6

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.

• us_pro_dual_diaphragm_paper_ea.pdf