일렉트릿 콘덴서 마이크에 대한 전체 안내

오디오 기술에 대해, 일렉트릿 마이크(ECM)는 사운드 포착을 위한 고전적이면서도 견고한 솔루션을 대표하며, 넓은 응용 분야에 걸쳐 신뢰성 및 적응성을 제공합니다. MEMS 마이크가 통합이 쉬운 설계와 콤팩트한 풋프린트로 두각을 나타내는 반면, ECM은 다양한 실장 구성, 다양한 방향 패턴, 음향 다양성 덕분에 전자 설계에서 적절성을 유지하고 있습니다.

이 기사에서는 ECM의 작동 원리를 검토하고 넓은 주변 사운드 포착을 위한 전방향 패턴부터 집중 사운드 격리를 위한 단방향 구성에 이르기까지 내부 회로망과 방향 응답을 살펴봅니다. 적절한 부품 선택을 지원하기 위해 감도, 신호대 잡음비(SNR), 주파수 응답과 같은 중요 성능 메트릭에 대해서도 살펴봅니다.

일렉트릿 콘덴서 마이크의 기본 사항

커패시터 마이크로도 알려진 일렉트릿 콘덴서 마이크(ECM)는 영구적으로 전하를 띠거나 극성이 부여된 강유전체인 일렉트릿을 사용하여 작동합니다. 일렉트릿의 높은 전기 저항과 화학적 안정성은 포함된 전하가 수백 년 동안 큰 감쇠 없이 그래도 유지되도록 합니다. 용어 'electret(일렉트릿)'은 'electrostatic(정전기)'와 'magnet(자석)'의 조합에서 비롯되었으며 정전하가 물질에 포함되는 과정을 반영합니다. 이는 자기 영역을 정렬하여 자석을 만드는 방법과 유사하게 일렉트릿의 정전하를 정렬함으로써 가능합니다.

이 내재된 속성은 마이크 설계 시 큰 이점을 제공합니다. 작동하는 데 외부 분극 전압이 필요한 전통적인 콘덴서 마이크와 달리, 일렉트릿에는 정전하가 내장되어 있어 이러한 필요가 없습니다. 이러한 간소화를 통해 회로 설계의 복잡성이 감소되고 ECM이 콤팩트한 저전력 응용 장치에서 효과적으로 기능을 수행할 수 있어, 다양한 오디오 시스템에 매력적인 선택지가 됩니다.

일렉트릿 콘덴서 마이크의 작동 원리는 커패시터의 한 플레이트 역할을 하는 다이어프램과 다른 플레이트 역할을 하는 백플레이트를 기반으로 합니다. 음파로 인해 다이어프램이 진동하면 다이어프램과 백플레이트 사이의 거리가 달라져 정전 용량에 변화가 발생합니다. 이러한 변화는 다음과 같은 정전 용량 수식에 따라 구해집니다.

C = Q / V

여기서,

• Q = 전하(단위: 쿨롱)(일렉트릿에 포함된 전하로 인해 일정하게 유지됨)
• C = 정전 용량(단위: 패럿)
• V = 전위차(단위: 볼트)

다이어프램의 움직임으로 인해 정전 용량(C)이 변화하면 커패시터 양단 간 전압(V)이 이에 반비례하게 변동하므로 사운드 진동에 상응하는 전기 신호가 생성됩니다.

이렇게 변화하는 전압은 이제 마이크 내 전계 효과 트랜지스터(FET)로 공급되어 더 나은 전송을 위해 신호가 증폭됩니다. 출력 스테이지의 DC 차단 커패시터는 원치 않는 DC 오프셋을 제거하여 깨끗한 오디오 신호가 출력되도록 보장합니다. 이 간단하지만 효과적인 설계를 통해 ECM은 다양한 전자 응용 분야에서 사운드를 포착하는 데 신뢰할 수 있는 옵션이 되었습니다.

그림 1: ECM의 작동 원리(이미지 출처: Same Sky).

일렉트릿 콘덴서 마이크의 일반적인 구조에는 다음과 같은 여러 핵심 부품이 포함됩니다.

• 부직포: 사운드는 통과시키면서 먼지로부터 보호합니다.
• 케이스: 내부 부품을 감싸고 보호합니다.
• 폴라 링: 다이어프램에 사용되는 일렉트릿 재료를 강조합니다.
• 다이어프램: 사운드에 대한 응답으로 진동하며 정전 용량을 변환합니다.
• 스페이서: 다이어프램과 백플레이트 간 거리를 유지합니다.
• 백플레이트: 커패시터의 정지 전극을 형성합니다.
• 베이스: 구조적 지지를 제공합니다.
• 구리 링: 전도성 및 전기적 연결을 보장합니다.
• PCB: 신호 증폭을 위해 FET 및 다른 회로망을 하우징합니다.

아래 그림에 ECM의 분해 및 조립 구조가 나와 있습니다

그림 2: ECM의 분해도(이미지 출처: Same Sky)

그림 3: ECM의 조립도(이미지 출처: Same Sky)

ECM 방향성 또는 폴라 패턴

일렉트릿 콘덴서 마이크는 다양한 방향 또는 폴라 패턴으로 제공되어, 다양한 방향에서 사운드를 포착하는 방법을 정의합니다. 방향성은 중요한 사양으로, 응용 분야 및 사용 요구 사항에 따라 선택해야 합니다. 가장 일반적인 ECM 방향성 패턴은 전방향(그림 4), 단방향(그림 5), 노이즈 캔슬링(그림 6)입니다.

그림 4: 전방향 폴라 패턴(이미지 출처: Same Sky)

전방향 마이크는 모든 방향에서의 사운드를 포착하므로 보컬리스트 그룹 녹음 컨퍼런스 콜 수행과 같은 응용 분야에 이상적입니다. 사운드 픽업 패턴은 일반적으로 다이어그램에 설명되어 있으며, 0°는 마이크의 앞부분을 나타내고 사운드 강도가 0° ~ 360°에서 방사형으로 플로팅되어 있습니다. 이러한 마이크는 다양한 역할을 수행하여 활용도가 높기는 하지만 원하는 사운드와 주변 잡음을 구분할 수 없어 환경 사운드를 픽업하여 증폭하는 경우가 많다는 결점이 있습니다.

그림 5: 단방향 폴라 패턴(이미지 출처: Same Sky)

단방향 마이크는 주로 한 방향에서의 사운드를 포착하도록 설계되어 말하는 소리, 키보드 클릭음 또는 종이 바스락거리는 소리와 같은 원치 않는 백그라운드 잡음을 줄일 수 있습니다. 따라서 단방향 마이크는 원하는 음원을 격리시키는 것이 중요한 목소리 또는 음성 응용 제품에 이상적입니다. 그림 5에 표시된 가장 일반적인 단방향 패턴은 180° 오프축에서 최대 제거를 지원하는 넓은 픽업 영역을 제공합니다.

그림 6: 노이즈 캔슬링 폴라 패턴(이미지 출처: Same Sky)

노이즈 캔슬링 마이크 또는 양방향 마이크는 주변 잡음을 필터링하면서 원하는 음원에 집중하도록 설계되어 잡음이 심한 환경에 이상적입니다. 이러한 마이크는 최소 2개의 사운드 포트를 가집니다. 하나는 원하는 사운드를 향하고 다른 하나는 더 멀리 떨어진 잡음을 향해 있습니다. 가까운 사운드는 다이어프램에 더 큰 압력 변화도를 생성하므로 의도한 오디오를 더 잘 포착할 수 있습니다. 근접 효과는 프런트 포트에 가까운 사운드에 대해 정주파수 응답을 보장하도록 조정되고, 다른 각도에서의 사운드에 대해서는 상당한 중간급 및 베이스 롤오프가 발생합니다. 일반적인 응용 분야에는 셀 센터, 헬리콥터 헤드셋, 경주용 차 운전자 통신 시스템이 포함됩니다.

주요 ECM 사양

ECM 방향성 외에, 부품 선택 시 고려해야 하는 몇 가지 추가 파라미터가 있습니다.

• 감도 감소: 마이크의 전력 전압이 감소할 때 발생하는 이득 손실.
• 감도: 마이크가 사운드를 얼마나 잘 감지하는지를 측정합니다. 감도가 높으면 적은 증폭으로 더 조용하고 멀리 떨어진 사운드를 포착할 수 있어 잡음이 감소합니다. 이 특성은 음악 녹음 또는 잡음이 심한 환경에서의 사용 같은 응용 분야에 대한 적합성을 결정하는 데 도움을 줍니다.
• 신호대 잡음비(SNR): 마이크에 포착된 백그라운드의 잡음에 대한 원하는 사운드(예: 연설 또는 음악)의 비율로, 전반적인 오디오 선명도를 나타냅니다.
• 실장 스타일: PCB 핀, 커넥터를 포함하거나 포함하지 않은 리드선, 단자 유형은 ECM 실장에 대한 가장 일반적인 구성입니다. 단자 구성은 표면 실장(리플로 납땜의 경우) 또는 납땜 패드(수작업 납땜)로 추가로 정의할 수 있습니다.

결론

일렉트릿 콘덴서 마이크는 최신 오디오 기술에서 없어서는 안 될 부품으로, 정밀한 사운드 포착과 다양한 방향성 기능을 제공합니다. 신뢰성과 적응 가능성을 갖춘 이 마이크는 다양한 응용 제품에 필수적이며, 해당 작동 및 주요 사양을 이해하면 필요에 맞는 마이크를 선택하는 데 도움이 됩니다. 맞춤형 솔루션이 필요한 경우 Same Sky의 모든 마이크 및 오디오 설계 서비스를 살펴보세요.