Diaphragm, 진동판

다이어프램은 마이크에서 소리를 전기 신호로 변환하는 얇고 유연한 막으로, 음파에 의해 진동하여 신호를 생성합니다. 다이어프램은 다양한 방식에 따라 구분되며, 대표적으로 컨덴서 마이크의 캡슐, 다이내믹 마이크의 무빙 코일, 리본 마이크의 리본 엘레멘트, 그리고 일렉트릿 마이크의 일렉트릿 캡슐 등이 있습니다. 각 방식에 따라 다이어프램이 소리를 처리하는 방식이 달라지며, 이에 따라 특성도 변화합니다.

Externaly Polarized Condenser, True Condenser

컨덴서 캡슐은 보통 컨덴서 마이크의 진동판을 구성하는 부분을 말한다.

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

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

• V: 출력 전압
• Q: 전하량
• C: 정전 용량,
  • : 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.

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, 팬텀파워를 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 감도가 결정되며, 특히 컨덴서 마이크의 PAD 스위치는 이 충전 전압값을 변경하는 회로이기 때문에 다이어프램의 감도를 변경할 수 있다.

Center-terminated 콘덴서 마이크 캡슐은 다이어프램 또는 백플레이트의 중심에서 전기 리드가 연결되는 구조를 가집니다. 이 설계는 일반적으로 성능에 큰 차이를 일으키지는 않지만, 몇 가지 이론적인 장점이 있습니다. Center-terminated 캡슐은 파열음에 덜 민감한 특성을 가질 수 있으며, 공진이 적게 발생해 특정 주파수에서의 불필요한 왜곡이나 색채가 덜 나타날 수 있습니다. 이러한 특성은 특히 고음역에서 더 매끄러운 응답을 제공하며, 마이크의 정위감과 지향성 성능에도 긍정적인 영향을 줄 수 있습니다.

Edge-terminated 콘덴서 마이크 캡슐은 다이어프램의 가장자리나 캡슐 하우징의 링 또는 몸체에서 전기 리드가 연결되는 구조를 가지고 있습니다. 이 설계는 Center-terminated 방식과 마찬가지로 성능에 큰 차이를 일으키지는 않지만, 몇 가지 이론적인 차이점이 존재합니다. Edge-terminated 캡슐은 설계 특성상 파열음(plosive sounds)에 더 민감할 수 있으며, 공진이 더 많이 나타날 가능성이 있지만, 동시에 주파수 대역폭이 넓게 확장되는 경향이 있습니다.

이 구조는 특히 고음역대에서 더 높은 해상도와 섬세한 응답을 제공할 수 있어, 보컬과 같은 소스의 디테일을 보다 정확하게 포착할 수 있습니다. 또한, 이 방식은 마이크 캡슐 내부의 전기적 대칭성을 방해하지 않으면서도, 특정 주파수 대역에서 더 자유로운 움직임을 허용해 다이내믹 레인지와 응답 속도를 향상시키는 데 기여할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해, Edge-terminated 캡슐은 다양한 상황에서 넓은 음역을 필요로 하는 레코딩에 유리할 수 있습니다.

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

일단 마이크 다이어프램이 작으면 작을수록 점에 가까워 지기 때문에 전방향의 진동을 다 잘 받아들이게 된다. 마이크 다이어프램이 크면 클수록 면에 가까워 져서 비교적 앞뒤 방향의 진동에만 잘 반응한다. 그리고 이것은 저역대와 고역대가 서로 다른데, 작은 다이어프램의 마이크일수록 그래서 고역으로 갈수록 지향성이 넓어지고, 큰 다이어프램의 마이크는 고역으로 갈수록 지향성이 오히려 좁아지는 경향을 보이게 된다. 그래서 공간이 안좋을 수록 큰 다이어프램 마이크를 써야 유리하다. 작은 다이어프램의 마이크는 공간의 영향을 많이 받는다.²⁾

작은 다이어프램 마이크는 펄럭거림이 적어 소리의 진동을 정확하게 받아들입니다. 반면, 큰 다이어프램은 상대적으로 더 많이 펄럭거리며, 소리의 진동이 다이어프램에 분할 진동을 발생시켜 불필요한 배음을 만들어낼 수 있습니다. 그 결과 THD(총 고조파 왜곡)가 높아지게 됩니다.

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.

다이내믹 무빙 코일은 다이어프램과 자석과 코일로 이루어져 있다. 소리의 떨림은 다이어프램을 진동시키고 다이어프램의 진동은 다이어프램과 연결된 코일과 자석에 의한 전자기 유도 현상에 의해 전압 신호로 변경되어 출력된다.

무빙 코일의 다이어프램에는 코일과 자석에 의한 전기적 성질 및 물리적인 진동판의 장력이 작용하고 있기 때문에, 소리의 트랜지언트가 무뎌지는 특성이 있다.

리본 마이크에서 쓰이는 리본 엘레멘트는 얇은 리본 형태의 다이어프램과 자석으로 이루어져 있다. 리본 모양의 다이어프램은 전기 전도성이 있어야 하며 일반적으로 알루미늄으로 만들어진다. 리본이 얇으면 얇을수록 물리적으로 찢어지기 쉽고 전도성이 줄어들지만, 더 큰 정확성과 움직임을 만들어 낼 수 있다. 이 때문에 리본 마이크의 트랜지언트 표현력은 가장 우수하다. 또한 리본 다이어프램은 주름이 잡혀 있기 때문에 쉽게 찢어지지 않고 장력을 느슨하게 하는 것에 도움을 준다. 장력이 낮아지면 리본 다이어프램 스스로의 공진 주파수를 낮출 수 있기 때문에 저역 주파수 대역을 넓힐 수 있다.

리본의 세로 형태를 따라서 자석의 극성이 배열된다.³⁾ 자석이 생성한 전자기장 안에서 전도성 리본이 앞뒤로 진동하기 때문에 전자기 유도 현상에 의해서 리본에서 전압이 생성된다. 따라서 리본의 떨림은 효과적으로 전압 신호로 변경되어 출력된다. 리본은 앞뒤로 진동하기 때문에, 기본적으로 리본 마이크의 지향성은 Figure-8 형태를 가지게 된다.

Permanantly Polarized Condenser, Prepolarized Condenser

컨덴서 마이크의 경우 마이크 캡슐을 전하로 충전하기 위해 팬텀파워를 사용하지만, 일렉트릿 캡슐은 일렉트릿이라는 영구히 충전된 재료를 사용하여 마이크 캡슐을 충전한다.

호일 일렉트릿 콘덴서 마이크는 일렉트릿 재료로 코팅된 별도의 다이어프램 플레이트를 사용하는 대신 다이어프램으로 일렉트릿 재료 필름을 사용다. 호일 일렉트릿이 가장 일반적이지만 일렉트릿 필름은 다이어프램으로서의 성능이 좋지 않기 때문에 성능이 좋지 못하다.

일렉트릿 소재가 다이어프램이 아닌 백플레이트에 적용되어 있습니다. 즉, 백플레이트가 전하를 저장하는 역할을 합니다. 다이어프램은 얇고 유연한 소재로 만들어져 민감도가 높고, 고음역대에서 섬세한 소리를 포착하는 데 유리합니다. 일반적으로 백 일렉트릿 캡슐은 시간이 지나도 전하가 비교적 안정적이며, 더 긴 수명과 더 높은 품질의 소리를 제공합니다.

다이어프램 자체에 일렉트릿 소재가 코팅되어 있습니다. 즉, 다이어프램이 전하를 저장하는 역할을 합니다. 마이크의 다이어프램이 움직이면서 전하를 변조해 전기 신호를 생성합니다. 다이어프램에 일렉트릿 소재가 코팅되어 있어 생산과 설계가 간단하지만, 시간에 따라 일렉트릿의 전하가 감소할 수 있습니다.

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