I. 음향기기

1. 마이크로폰과 스피커

가. 마이크로폰(microphone) : 물리적인 소리를 공기 압력의 변화에 의해서 전기적인 신호로 변환하는 장치. 마이크(MIC).

나. 스피커(speaker) : 전기 에너지를 소리 에너지로 변환하는 출력 장치.

(1) 소리의 성질         [맨위로]

[1]음파(sound wave)

1) 소리(sound) : 공기의 밀도 또는 압력의 변화, 즉 공기입자의 소밀한 파

2) 음압(sound pressure) : 소리의 압력 변화. 단위는 바(bar).

우리가 들을 수 있는 최소한의 음압 : 0.0002[μbar]

3) 음압수준(SPL, sound pressure level)

4) 음속(sound velocity)

[2]소리의 3요소

1) 소리의 세기 : 소리의 강약, 음압에 관계되는 양.

2) 소리의 고저 : 음정, 소리의 높고 낮음. 소리의 주파수에 관계됨.

3) 음색(timbre) : 소리를 나타내는 파형에 관계되는 것.

[3]소리의 전파

회절 작용, 반사 작용, 흡수 작용

[4] 실내 음향

1) 가청 주파수 : 20∼20,000[㎐]

2) 실내 음향에서 고려해야 할 요소

(가) 잔향(reverberation) : 실내의 발음체에서 소리가 울리다가 그친 뒤에도 남아서 들리는 현상.

(나) 에코(echo) : 직접음이 들린 후 50[ms] 이상 늦게 도달하여 직접음에서 분리된 듯 느껴지는 반사음.

(다) 최적 실내 음향


-설계 조건
① 홀의 크기
② 홀의 모양 : 볼록면을 사용.
③ 최적 잔향 시간
④ 흡음 재료 선정 : 다공질 흡음재, 판상 흡음재

(2) 마이크로폰           [맨위로]

▶마이크로폰 : 소리 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전자 기기. 마이크(MIC)

@구성 요소 : 진동판, 변환부, 출력부
@종류 : 카본 마이크로폰, 크리스털 마이크로폰, 다이내믹 마이크로폰, 콘덴서 마이크로폰

[1] 마이크로폰의 종류와 동작 원리

(가) 다이내믹 마이크로폰

(ㄱ) 가동 코일형 다이내믹 마이크로폰 : 플레밍의 오른손 법칙에 따라, 자기장 안에서 도체가 이동할 때 전자 유도에 의해 그 도체에 기전력이 유기되는 원리를 이용한 것.

▶특징
① 기계적으로 강함.
② 진동판과 코일을 가볍게 제작가능.
③ 강력한 자석을 사용하여 소형 마이크로폰도 전기 특성을 좋게 만들 수 있다.
④ 외부 전원이 필요 없다.
⑤ 가격이 저렴.
⑥ 보컬 같은 곳에 많이 이용.
⑦ 외부 자기장의 유도를 받으면, 잡음이 발생하는 수가 있다.

(ㄴ) 리본형 다이내믹 마이크로폰

▶특징
① 음색이 부드럽고 자연스럽다.
② 양 방향의 지향성을 가지고 있어 마주 보며 사용하는 대화용 마이크로폰으로 설치하면 적합.
③ 대단히 얇은 알루미늄박을 사용하고 있어 기계적으로 약해 취급하기 힘들고 소형화가 안 된다. -> 방송국 스튜디오용을 사용.

(나) 콘덴서 마이크로폰 : 기계적으로 단순하면서도 음질이 가장 좋다.

(ㄱ) 정전형 콘덴서 마이크로폰

▶특성
① 넓은 주파수 범위에 걸쳐 평탄.
② 음질이 좋고 잡음이 적다.
③ 전동판을 소형으로 만들 수 있어서 초소형의 마이크로폰으로 제작 가능.
④ 진동판과 고정판 사이에 걸어 주는 DC 전원이 필요.
⑤ 헤드 앰프가 필요.

(ㄴ) 일렉트릭형 콘덴서 마이크로폰

▶특성
① 구조가 간단.
② 소비 전력도 매우 작아서 소형화에 유리.
③ 아마추어용 마이크로폰과 휴대용 마이크로폰으로 많이 사용.
④ 헤드 앰프가 필요.
⑤ 직류 전압이 별도로 필요 없음.

(다) 와이어리스 마이크로폰 : 수정 발진자와 같이 주파수 안정도가 높은 발진 회로를 사용함으로써 마이크로폰 끝단에 매달린 길이가 10-60[cm]인 비닐선을 송신 안테나로 해서 음성을 주파수 변조하여 미약한 전파 신호를 내보내는 일종의 FM 송신기임. 이동용으로 사용.

[2] 마이크로폰의 지향성

마이크로폰에 대하여 어느 쪽에서 들어오는 소리가 민감한가를 알아보기 위해서, 원음을 기준으로 마이크로폰을 돌려 가며 감도를 측정해서 원그래프로 만든다.

(가) 무지향성 마이크로폰

▶특징
① 어느 방향에서 들어오는 소리에 대해서도 같은 감도를 나타냄.
② 녹음용으로 권장 불가능.

(나) 양지향성 마이크로폰

▶특징
① 8자 특성을 가지며, 마이크로폰의 앞과 뒤에서 동일한 감도를 가진다.
② 리본 마이크로폰이 대표적.
③ 디스크 자키용을 사용.

(다) 단일 지향성 마이크로폰

▶특징
① 앞쪽으로부터의 일정한 방향으로만 강한 감도를 가지고 있다.
② 스테레오로 녹음하기에 가장 좋다.

(라) 초지향성 마이크로폰

▶특징
① 단일 지향성보다 더 좁은 일정 방향으로만 소리의 감도를 가진다.
② 새나 벌레의 소리 등 세심하고 날카로운 소리를 녹음할 때 사용.

[3] 마이크로폰의 전기적 특성

(가) 마이크로폰의 임피던스

① 출력 임피던스 : 1000[㎐]에서 마이크로폰의 출력 단자에서 본 내부임피던스 값.
② 마이크로폰의 기기의 임피던스가 일치되도록 정합시키면, 스피커에는 최대의 전력이 전송되어 좋은 음질을 얻을 수 있다.

(나) 마이크로폰의 감도 : 마이크로폰에 일정한 세기의 음압을 가했을 때, 얼마만한 전기적인 출력이 얻어지는가를 나타내는 정도.

(다) 마이크로폰의 잡음

(라) 다이내믹 레인지 : 소리의 동적인 범위. 가장 약한 소리부터 가장 강한 소리까지의 폭.

(마) 라인 레벨 : 소리 신호-음향 기기 간의 접속과 기기 내부에서의 전기 신호의 크기에서 기준으로 정한 것.

(3) 스피커              [맨위로]

▶스피커 : 전기 에너지를 전자 에너지 및 기계 에너지로 변환한 다음 최종적으로 소리 에너지로 변환하는 장치

[1] 스피커의 기본 성질

(가) 스피커의 효율과 감도

(나) 출력 음압 주파수 특성 : 스피커에 일정한 전압을 가할 때, 정면축상 일정한 거리점에서 각 주파수에 따라 얻어지는 출력을 표시한 것.

(다) 스피커의 임피던스

(ㄱ) 저음 한계 주파수(저음 공진 주파수) : 저음 대역에서 최초로 임피던스가 피크가 되는 주파수.
(ㄴ) 공칭 임피던스 : 저음 공진 주파수 를 지나 임피던스가 최소로 되는 값.
(ㄷ) 스피커의 임피던스가 증폭기의 출력 임피던스와 같은 값일 때 스피커에 전송되는 전력이 최대로 됨.

(라) 스피커의 지향성 : 스피커의 정면축상에서 빗나간 각도에 따른 음압의 세기가 변화하는 모양.

[2] 스피커의 종류와 동작 원리

(가) 다이내믹 스피커

(ㄱ) 콘형 다이내믹 스피커

1) 스피커의 구조
① 진동계 : 진동판(콘지), 에지, 음성 코일, 댐퍼, 센터 캡
② 자기 회로 : 자석, 센터 폴, 계철, 플레이트
③ 몸체 : 프레임, 개스킷 단자, 면사선

2) 동작 원리 : 음성 전류 → 면사선 → 음성 코일(플레밍의 왼손 법칙에 따라 코일이 움직임) → 진동판 → 소리가 남

3) 특징 : 비교적 넓은 주파수대를 재생할 수 있지만, 높은 주파수 영역에서는 콘지의 진동이 음성 코일의 진동을 따르지 못하기 때문에, 기복이 심한 진동이 일어나서 음색이 나빠진다.

4) 고음 부분의 진동이 심해지는 것을 방지하기 위하여 사용하는 방법 : 멀티웨이 시스템, 동축형 스피커 등을 사용

(ㄴ) 돔형 다이내믹 스피커 : 콘 부분에 돔을 발라 붙였음.

-특징 : 중 ·고음용으로 가장 많이 사용.

(ㄷ) 혼형 다이내믹 스피커

1) 구조 : 혼형 부분, 구동 부분

2) 특징

① 개구 면적이 작음 → 저음 특성이 나쁨
② 돔형 보다 능률이 높다.
③ 지향성이 강함 → 메가폰용
④ 진동판 중심에서 나오는 소리와 중심 밖에서 나오는 소리의 위상을 맞추어 주기 위해서는 이퀄라이저(위상 등화기) 필요 → 없으면 고주파 특성이 매우 나빠짐.

(나) 콘덴서 스피커

(ㄱ) 구조 : 고정 전극, 가동 전극

(ㄴ) 동작 원리 : 직류(성극 전압) → 대전시킴 → 음성 신호 → 쿨롱의 법칙에 의해 정전기의 힘으로 흡인, 반발 → 가동 전극이 움직임 → 소리가 남.

(ㄷ) 특징

① 섬세한 출력을 낼 수 있음.
② 크기를 작게 할 수 있음 → 헤드폰 용

[3] 스피커 시스템

▶개구면의 지름이 클 때 → 저음역 특성이 강함, 지름이 작을 때 → 중역이나 고역 특성이 강함.

(가) 복합형 스피커

① 우퍼(woofer) : 저음 전용 스피커로서 400[㎐]이하의 저음역만 담당.
② 스코커(squaker) : 중음 전용 스피커로서 400∼1[㎑]의 중음역만 담당.
③ 트위터(tweeter) : 고음 전용 스피커로서 수[㎑]이상의 고음역만 담당.

(나) LC 네트워크 방식

① 재생 신호를 각 스피커의 전용 주파수 대역으로 분할하여 각각의 스피커에 적당한 음압 레벨로 공급해 줄 때, 저주파를 잘 흘리는 인덕터(L)의 성질과 고주파를 잘 흘려 주는 콘덴서(C)의 성질을 이용한 것.
② 스피커에 가해지는 전력이 일률적.

(다) 멀티앰프 방식

① 채널 디바이더라는 주파수 분주기를 통하여 주파수를 고,중,저로 분리한 다음, 각각에 합당한 앰프를 사용하여 스피커에 전기 에너지를 공급하는 것.
② LC 네트워크 방식보다 일그러짐을 적게 하고, 음질을 좋게 하는 방식.
③ 스피커에 가해지는 전력이 고음에는 작게, 중음에는 중간으로, 저음에는 큰 전력이 가해짐 → 상대적으로 좋은 음질이 출력.

[4] 스피커 캐비닛

▶차단장치(배플,baffle) : 스피커의 음이 진동판의 앞뒤에서 발생할 때 소리가 서로 상쇄 될 수 있는데, 이 때 앞뒤의 음을 차단시켜 주는 장치
@낮은 주파수일수록 배플의 크기가 크다. → 저음 특성이 좋다.

(가) 유한 배플 : 무한대의 배플을 실용상의 크기로 한 것. 실용적이 아님.

(나) 뒷면 개방형 캐비닛 : 유한 배플을 구부려 상자 모양으로 한 것. → 앞 뒤 소리가 서로 간섭하여 저역의 주파수 특성이 나쁨.

(다) 뒷면 밀폐형 캐비닛 : 뒷면 개방형 캐비닛 스피커의 앞 뒤 소리가 위상 간섭으로 주파수 특성을 나쁘게 하는 현상을 개선하기 위한 것. → 저음 특성이 좋아짐.

(라) 도관 반사형 캐비닛 : 밀폐형 캐비닛에 저음 공진용 도관을 붙이고, 이 도관의 공진을 이용하여 저역에서의 음압을 높이는 것. → 저음 특성이 좋고, 밀폐형보다 소형으로 제작이 가능하며, 일그러짐도 줄어듬.

(마) 혼형 스피커 캐비닛 : 진동판의 뒤쪽 소리를 주파수 특성이 좋은 나팔을 통해 전면에 복사하는 것으로 능률이 높아진다.

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