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새로운 모델에 책임감과 함께 그 만큼 품질에 자신을 가지는 또 하나의 이유는, 콘덴서 마이크 유닛에 조금 고가의(그래봐야 단가 6천원 정도이지만) 파나소닉 WM-61A 모델을 채용했기 때문입니다. 비록 국내에서는 바로 구입할 수 없고 밴더를 통해 주문해서 3일 정도 후에 받을 수 있긴 하지만, 그나마 범용 유닛으로서는 구하기 쉬운 모델 중 하나인지라 자작용으로 이것을 선택했습니다. 앞서 언급했던 600원짜리 국산에 비해서는 가격 값은 합니다^^ (크기와 모양은 직경 6mm로 똑같습니다)

 

그럼 우선, 새로 설계한 모델로 녹음한 샘플들을 들어보지요~ 각 샘플들의 회로는 똑같고 단지 회로 정수(부품의 값)이 조금씩 다릅니다. 어떤 놈은 샤방한 하이 컬러에 중점을 두었고 어떤 놈은 풍부한 중저음을 조금 더 보강한 등의 차이입니다. 국산과 똑같은 주파수 특성을 만들어 준다면, WM-61A의 자체 화이트노이즈가 훨씬 작은데다 하이쪽 퀄리티가 좋습니다.

 

(1) 피아노 솔로 연주 (베토벤 소나타) / 한대부고 대강당 (녹음 거리 1m) - 노트북에 녹음

  

(2) 소프라노 연주 (거룩한 성) / 폴리포니 스튜디오 (반주 자체 제작)

 

(3) 혼성합창단 (오 해피데이) / 한대부고 대강당 (녹음 거리 6m) - 노트북에 녹음

 

(4) 첼로협연 (하이든 첼로협주곡 1번) / 용인여성회관 (녹음거리 3m) - 노트북에 녹음

 

(5) 실내악 (모짜르트 교향곡 6번) / 국립극장 하늘극장 (녹음 거리 5m) - 노트북에 녹음

 

(6) 오케스트라 (R.슈트라우스 돈쥬앙) / 한대음대 콘서트홀 (녹음 거리 4m) - 보이스레코더에 녹음

 

(7) 오케스트라 (쥬페 경기병서곡) / 과천시민회관 대극장 (녹음 거리 6m) - 노트북에 녹음

 

 

  

이번엔 감히 300만원이 넘는 마이크와 비교 시연을 하려 합니다^^ 많은 공연장에 그 유명한 노이만 U87이 달려 있는데, 이번 한 공연이 있었던 공연장에서 자작마이크와 함께 녹음을 할 기회가 되었지요. (저는 워낙에 처음 접하는 공연장의 녹음 품질을 잘 믿지 못하기 때문에 안전상 따로 녹음을 하곤 합니다.. 근래의 두 개의 공연에서 그 우려가 현실이 되었었죠. 녹음 결과를 거의 모노로 만들어서 준 바람에 쓸모가 없게 되어버린...;; 곧 공연후기에 올라올 예정이니 참고하시고,, 암튼 마이크와 장비만 좋으면 뭐합니꺼... 마이킹이 엉망이거나 성의 없이 만들어 주니 원..;;)

 

U87 녹음을 모노로 해준 까닭에 똑같이 비교하기 위해서 자작마이크의 녹음도 임의로 모노로 만들고 레벨을 같게 노멀라이징해서 올려봅니다. 참고로 노이만은 무대에서 5m 위에 위치하고 있고, 자작마이크는 1.5m 높이입니다.

 

(1) Neiman U87 녹음

 

(2) 자작마이크 녹음

 

 

예, 차이가 느껴지지요^^ 노이만도 따뜻하고 풍성한 성격을 가지고 있는데, 자작마이크는 하이 컬러가 더 강하고 저음이 더 풍부하여 한편으로는 바이올린의 하이가 예쁘게 들리는 반면에 단단한 느낌이 다소 부족하게 느껴질 수 있습니다.

 

물론 사람에 따라 느낌과 주관은 다를 수 있으니 굳이 어느 것이 더 좋다고 장담할 수는 없겠지만, 아무튼 다음번에는 이 노이만 소리를 벤치마킹하여 비슷한 소리를 만들어 보려 합니다. 워낙에 세계적으로 보편화 되어 있는 소리여서 말이죠..^^;;

 

일전에도 언급하였지만, 유닛을 바꾸면 또 다른 소리가 만들어집니다. 지금도 여러가지 다른 모델을 알아보고 있으니 마이크도 계속 진화하겠지만, 이 포스트의 목적은 어디까지나 "쉽게 구할 수 있는 DIY 자작"이기 때문에 아마도 이 정도 선에서 완성이 될듯 합니다. (제가 개인적으로 쓸 마이크는 따로 만들겠지만요..)

 

그럼, 본격적으로 이 마이크를 만들기 위한 준비과정에 들어가 보도록 하겠습니다. 지금부터는 다소 전문적인 회로 지식이 필요하기 시작하겠지만 최대한 쉽게 설명하고 경우에 따라서는 그냥 따라서 만들어 볼 수 있도록 하려 합니다. 최종적으로 만들 회로는 아래와 같으며, 회로 지식이 있거나 성미가 급하신 분은 바로 제작 과정으로 건너뛰셔도 되겠습니다^^

 

[그림1] 만들고자 하는 마이크 회로도

 

 

[1] 가장 간단한 마이크 회로도

 

일전에도 공개한 바 있습니다만, 가장 간단한 마이크는 마이크 유닛 하나만 있으면 됩니다. 앞의 회로에서는 배터리를 연결했었지만 이것은 범용으로 모든 상황에 사용할 수 있도록 하기 위함이며, 흔히 사용하는 컴퓨터 환경에서는 배터리가 필요 없습니다. 그 이유는, 컴퓨터의 오디오 마이크 입력단 내부에 이미 바이어스 전원 설계가 되어 있기 때문입니다. 아래 회로와 같이 되어 있습니다.

 

[그림2] 가장 간단한 PC용 마이크 회로도

 

 

물론 대부분의 오디오카드 또는 사운드 카드 들도 마이크 입력단은 비슷하게 구성되어 있습니다만, 사운드 블라스터 등 몇 가지는 내부의 단자 두개가 떨어져 있습니다. 그런데, 막상 유닛을 바로 끼우자니 마이크잭과 연결이 여의치 않습니다. 유닛이 아래 사진처럼 생겼기 때문이죠.

 

[그림3] 마이크유닛의 모양

 

 

그래서, 암놈인 잭과 연결이 가능한 숫놈잭을 마이크 유닛에 연결해주어야 합니다. 스테레오가 아닌 모노잭도 상관은 없습니다만, 모든 경우에 보편적으로 사용하기 위해서는 스테레오로 만드는것도 괜찮을듯 합니다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 이어폰 끝단자입니다. 아래 사진처럼 말이죠.

 

[그림4] 마이크유닛과 스테레오 잭과의 연결 모습

 

 

이것을 컴퓨터(또는 MP3) 마이크 단자에 꽂기만 하면 바로 성능 좋은 마이크가 완성됩니다^^ 아, 물론 이 두개를 연결하기 위해서는 납땜을 할 필요가 있지요... 스테레오 선은 세가닥이므로, 이를 연결할 때는 아래와 같이 합니다.

 

[그림5] 마이크유닛과 스테레오 잭과의 연결 방법 1

 

 

사블이나 일부 마이크 단자는 위와 같이 결선하면 동작할테지만, 혹시 동작이 안된다면 내부 회로가 조금 다른 시스템이므로 이 경우엔 아래 그림처럼 연결해줍니다.

 

 

[그림6] 마이크유닛과 스테레오 잭과의 연결 방법 2

 

 

일반적인 케이블의 배선 색깔은 빨간색이 + 입니다만, 가끔은 흰색이나 노란색이 +일 경우도 있으니 옥시 동작이 안된다면 잭 부분과 케이블의 연결을 확인할 필요가 있습니다. 테스터가 있다면 간단하겠지만 없다면 한 두번 시행착오를 겪어야겠지요..^^ (검은색은 거의 100% -입니다) 콘덴서마이크는 극성이 있습니다. 일반 전해콘덴서 등이 극성이 있는 것처럼요. 대개 그라운드(-) 단자는 아래 사진처럼 케이스와 연결이 되어 있습니다.

 

[그림7] 마이크유닛의 극성

 

 

만일 안쓰는 이어폰을 분해할 의향이 있다면 가장 간단한 콘덴서 마이크는 이처럼 단가 수백원에 만들 수가 있습니다 ! (모노 또는 스테레오 잭이 달린 케이블만 따로 사셔도 되며, 1~2천원 정도 할겁니다) // 여기서 잠깐!! 만일 가장 간단한 다이나믹 마이크를 생각한다면 이럴 필요도 없겠지요? 이어폰을 마이크 단자에 꽂으면 바로 다이나믹 마이크가 됩니다. 마이크와 이어폰(또는 헤드폰이든 스피커든)은 똑같은 플레밍의 원리로 동작되니까요~ (마이크는 오른손, 스피커는 왼손 법칙) 아, 물론 감도의 차이는 있습니다만^^

 

그러면, 왜 컴퓨터 내부에서 또는 외부에서 따로 전원을 공급해 주어야 콘덴서마이크가 동작하는지를 잠시 알아보고 넘어가지요. 다이나믹마이크(일반 노래방 마이크 같은거)는 플레밍의 오른손 법칙에 의하여 진동판이 자기력선 내에서 움직이면 전류가 발생하기 때문에 이 전류를 그냥 이용하면 됩니다. 하지만 콘덴서마이크는 콘덴서의 원리로 동작하며, 두 개의 전극판 사이의 거리에 따라 유전체의 전하의 이동량을 결정하는 것이라 이 전하를 공급하기 위해 전원이 필요한 것입니다.

 

보편적인 콘덴서마이크 유닛의 내부에는 출력 증폭 및 임피던스매칭을 위한 FET 또는 IC가 내장되어 있으며, 이 active 소자의 구동을 위해서도 전원이 필요합니다. 아무튼!! 그럼 이처럼 간단한 마이크가 왜 그리들 복잡한 회로로 구성되어 있고 또 비싼 것인지는 차차 설명될 것입니다만, 간단하게 부가 회로가 하는 가장 큰 역할을 설명하자면 다음과 같습니다.

 

1. 임피던스 매칭

2. 소전력증폭

3. 발란스 신호 생성 (일반적으로 사용되는 XLR 단자가 달린 마이크 - 역위상의 신호를 따로 만들어서 노이즈에 강하지요. 후에 다시 다룹니다)

 

임피던스에 대해서는 깊이 들어가자면 글이 너무 길어질 것이고...ㅜ.ㅜ 주는 놈과 받는 놈의 저항치(정확하게는 교류저항인 임피던스)가 서로 어울릴 때 가장 효율적으로 왜곡 없이 신호가 전달된다고 이해하시면 되겠습니다.

 

일반적으로 주는 놈의 출력 저항(임피던스)은 작은 것이 좋고(걸리적거리는 저항이 작은 만큼 많이 줄 수 있겠죠) 받는 놈은 큰 편이 좋습니다(걸리적 거리면서 다 뺐어온다능..;;) 대개 마이크유닛의 출력 임피던스는 수K오옴이며, 일반적인 노래방 마이크의 임피던스가 수백오옴임을 생각한다면 꽤 큰 값이지요. 더 줄일 필요가 있습니다. 그리고 이를 받아들이는 입력단(컴퓨터 마이크 단자 또는 믹서의 입력, 라인 입력 등등)의 임피던스는 보통 수십 K오옴입니다.

 

대개 마이크단의 입력 임피던스가 라인입력보다 좀 큰데, 이는 바로 마이크의 낮은 출력 임피던스를 고려하여 효율적으로 신호를 받기 위해서입니다. (회로 이론을 아시는 분들이라면 설명이 필요 없었을 부분이지만, 키르히호프의 법칙과 오옴의 법칙만 알고 있다면 다 이해되는 내용이겠죠) 출력 임피던스를 낮춘다는 것은 다른 말로 하면 출력 전류를 증가시킨다는 것과 비슷합니다. 그래서 출력단에 FET 또는 TR(트랜지스터)을 부착하곤 합니다.

 

[2] 간단한 출력단 회로

 

이번엔 마이크 출력단에 간단한 증폭소자를 달아보도록 하지요. 회로는 몇 개의 부품이 추가되지만, 가격으로 따지면 백원도 되지 않습니다^^ 크게 TR, FET, OPAmp를 사용하는 방법이 있는데, OPAmp는 최종 목적지이기도 하기에 충분히 설명될 예정이므로 여기서는 TR 또는 FET만 다루도록 하겠습니다. 크게 보아서 TR은 소수캐리어 동작이고 FET는 다수캐리어 동작이라는 점을 빼면 원리는 거의 비슷하므로 TR만 다룰까합니다.

 

전문적인 고가의 마이크를 만드는 것이 아니므로 가장 간단한 전류증폭만 다루겠지만, 그래도 처음 보는 분들에게는 복잡한 회로이지요... 그냥 TR만 달아서 증폭이 되는 것은 아닌지라 조금은 산술적인 계산이 필요합니다. 굳이 회로 분석을 해서 효율적인 설계를 하고자 하는 분들을 위해 간략하게나마 설명을 넣도록 하겠습니다. (회로 공부가 주목적은 아니므로, 자세한 내용은 다른 전문서적을 참고하시길..)

 

 

 

[그림8] TR을 이용한 출력단 회로

 

 

1. TR의 선정 : 소신호증폭용(저전력 오디오용)을 고릅니다. 스피커를 구동할 용도가 아니기 때문에 출력 전류가 100mA 이하에서 골라도 무방합니다. 전류증폭도도 크게 중요하지 않으므로, 100~200 사이면 되겠습니다. 저는 BC547을 선택해 보았습니다.

 

2. TR에 흐르는 전류의 결정 : 외부 전원으로서 건전지를 사용한다는 가정하에, 최대한 전력 소모가 적은 방법을 써야 하며 동시에 음성신호가 최대한 보장될 수 있도록 설계합니다. 어차피 프리앰프단으로 입력될 것이므로 출력이 아주 클 필요가 없습니다. 전압으로서는 0.2V(스윙), 전류로서는 5mA 이하이면 됩니다. TR 주변 회로의 결정은 대개 출력 전류부터 시작하는 것이 편리합니다. 이 전류는 무신호 전류로서, 입력 음성신호가 없을 때의 DC 전류를 말합니다.

 

출력단인 TR의 에미터(Emitter)부의 전압은 전원전압의 절반일 때 음성신호의 스윙이 가장 크므로, 3V의 절반인 1.5V로 설정합니다. 출력전류를 2mA로 한다면 출력저항인 R5는 1.5V/2mA = 750 이 됩니다. 베이스(Base) 전압은 E-B간에 0.6V 감쇠가 있으므로, 1.5V + 0.6 = 2.1V 가 됩니다. Hfe(전류증폭도)=200 으로 가정하면, 베이스 전류는 2mA/200 = 0.01mA 입니다.

 

R3와 R4의 저항은, 베이스단을 띄워줌으로써 음성신호의 마이너스 부분을 부스트시켜 손실없이 신호를 받기 위한 바이어스 저항이며, 무신호시의 베이스 전류를 결정합니다. 앞에서 베이스전류와 베이스 전압이 결정되었으므로 이대로 계산합니다. 디바이스 전체의 전류는 베이스 전류의 5배 이상 보장하는것이 좋습니다.

 

따라서 전체 전류는 약 0.05mA, (R3 + R4) X 0.05mA = 3V 이므로, R3 + R4 = 60K, R3와 R4의 비율은 0.9 : 2.1 이므로 R3= 18K, R4 = 42K 가 됩니다 (간단한 2원1차 연립방정식 ^^) 이처럼 안정적인 증폭을 위해 TR의 동작점을 만들어 주고 디바이스에 전압과 전류를 공급해 주는 회로를 바이어스 회로라고 부르며, 이 회로와 같이 생긴 놈을 전류궤환 바이어스, 전압분배 바이어스, 자기바이어스(Self Bias) 등으로 칭합니다.

 

바이어스 회로가 없다면 TR이나 FET는 열폭주로 사망하는 경우가 많게 됩니다.

 

3. R1의 역할 : 콘덴서마이크 유닛에 공급하는 전원을 안정되게 하기 위한 것 - 특히 건전지에는 노이즈가 많은 편이므로 최대한 큰 값의 평활회로(콘덴서)를 보장해주어야 하지만, 이처럼 적당한 저항을 중간에 삽입함으로써 전류제한 및 강력한 노이즈 방지를 도모할 수 있습니다.

 

마이크에 유입될 전류는 클 필요가 없으므로 1K 정도의 저항을 선택했습니다. C1은 마이크의 전원 안정 및 노이즈 방지용 콘덴서입니다. 4. R2 : R2는 유닛에 투입되는 바이어스 전류 용 저항입니다. 메이커 스팩에 2~3K 정도로 권장하고 있습니다만 저항값에 따라서 약간의 음질, 음색 및 내부노이즈의 변화가 생기므로 전원전압 및 회로에 따라서 실험적으로 결정하는 것이 좋습니다.

 

5. C2 : C2는 입력되는 음성신호에서 DC(직류)_를 걸러내고 순수한 AC(교류) 성분만을 추출하기 위한 커플링 콘덴서입니다. 이 교류신호는 바로 뒤의 R3, R4에 의해 분할된 전압(약 2.1V)만큼 떠서 TR로 진입합니다.

 

6. C3 : C3는 출력 노이즈 방지 및 일련의 로우패스필터(Low pass filter) 역할을 합니다. 음성신호라면 굳이 고주파 영역이 필요치 않으므로 적당한 주파수 부분에서 커트해주는게 좋습니다. 이 회로의 경우엔 2.2K 와 0.01uF 콘덴서를 통해 약 7kHz 영역에서 로우패스됩니다. 또 다른 역할로서는, 교류신호를 바이패스 시킴으로써 신호의 전압 이득의 희생을 줄이는 기능도 합니다.

 

7. C4 : C4는 출력 신호 중 직류성분을 걸러내고 교류성분만 출력하게 하기 위한 커플링콘덴서입니다. 출력단은 PC 또는 믹서의 마이크 입력단으로 들어가게 될텐데, DC 성분이 포함되어 있다면 그만큼 증폭 효율도 떨어질 뿐더러 장비에 과대한 데미지를 줄 수도 있습니다. R6은 역시 노이즈를 막는 역할도 하지만, 후단의 장비에서 쇼트(합선)가 있거나 문제가 생겼을 경우 과전류를 막기 위한 전류제한용 저항입니다.

 

아래는 이 회로를 PCB(기판)을 떠서 제작해 본 것이고, 크기는 100원짜리 동전 정도입니다. 마이크 모양을 낼 만한 케이스가 없을까 찾아보다가 만들어 본 것이 아래의 딱풀통인데, 건전지 내장형으로 아주 적당한 크기와 모양이라고 생각합니다^^ 이름하여 딱풀마이크~!! (껍데기에 락카칠을 하면 의외로 괜찮습니다~)

 

 

[그림9] TR 회로의 조립 및 케이싱 예

 

본론으로 들어가면 글이 꽤 길어지기 때문에 이쯤에서 좀 나누어서 올리는 것이 보기에도 낫겠지요~^^ 다음에는 OPamp를 이용한 본격적인 튜닝 회로에 대해 다룰까 합니다.

 

--2009.12.10

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