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[궁금한 S] 분위기 UP 일등공신…마이크와 스피커의 원리

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 <궁금한 S> 시간입니다. 마이크와 스피커는 평범한 일상의 활력소가 되기도 하고 분위기를 띄우는 데 빠질 수 없는 아이템인데요. 어떤 과학적인 원리를 통해 작동되는 것일까요? 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 궁금한 S의 이효종입니다. 궁금한 S와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.

여러분들은 스트레스를 받으면 어떻게 푸시나요? 게임을 하거나 잠을 자거나, 또 먹는 것 등 개인마다 조금씩 차이는 있지만 누구나가 다 하나쯤은 가지고 있을 거예요. 어떤 분들은 스트레스 해소법으로서, 노래방에서 신나게 노래를 부르거나 음악감상을 하며 마음을 달래곤 하실 것 같아요.

요즘은 또 블루투스 마이크로 꼭 노래방에 가지 않아도 언제 어디서든 노래를 부를 수 있잖아요? 그만큼 마이크나 스피커는 우리 생활에서 친숙한 물건인데요. 열심히 노래를 부르다 보면 문득, 이런 궁금증이 생기더라고요. 마이크는 어떻게 음성신호를 받아들이고, 전기적 신호로 바꿔주는 역할을 하는 것일까?

대체 마이크 안에 어떠한 장치가 들어있기에 음파가 전기적인 진동으로 바뀔 수 있는 걸까요? 또한, 이미 전기적 신호로 저장되어있는 소리를 원하는 시간, 원하는 장소에서 재생할 수 있는 것일까요? 여러분들도 궁금하지 않으신가요? 아닌가요..?

어쨌든 오늘은 소리의 정보와 전기적 신호의 놀라운 상호작용인 마이크와 스피커의 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다.

마이크는 마이크로폰의 줄임말로서, 크게 세 부분으로 나눌 수 있어요.

소리의 압력을 받아들이는 다이어프램이라는 장치로 만들어져있는 흡음부와 회로와 직접 연결되어 있어서 다이어프램을 통해 입력되는 소리를 전기적 신호로 변환시켜주는 변환부, 마지막으로 전기적 신호를 다른 기계들로 전달해주는 전달부가 있습니다.

이 흡음부와 변환부가 어떤 원리를 이용해서 제작되었는지에 따라 다이내믹 마이크와 콘덴서 마이크로 나뉘게 됩니다.

다이나믹 마이크는 우리가 흔히 노래방이나 콘서트 등에서 볼 수 있는 일반적으로 사용하는 마이크인데요, 다이내믹 마이크의 구조를 보면 다이어프래임이라는 막이 코일과 연결되어 있고, 그 코일 안쪽에는 영구자석이 있습니다.

외부로부터 들어오는 공기의 진동이 코일을 진동시키고 그 진동이 회로에 유도전류를 만들어줌으로써 소리의 정보를 유도 전류의 형태로 변환시켜주는 것이에요. 다이내믹 마이크는 코일과 자석을 이용하기 때문에 섬세하거나 디테일한 소리를 녹음하기가 조금 어려운 단점이 있어요. 하지만 공연장 같은 곳에서 다이내믹 마이크를 사용하는 이유가 다이내믹 마이크 자체에서 미세한 잡음을 알아서 처리하기 때문에 사용하기 좋고, 비교적 저렴하고 견고하다는 장점이 있습니다!

반면 이 흡음부의 다이어프램이 얇은 극판 중 한 면으로 만들어져있어서 외부로부터 들어오는 공기의 진동이 극판의 면을 진동시키고 그 진동이 회로의 유도전류를 만드는 방식이 콘덴서 마이크에요. 콘덴서 마이크는 콘덴서를 이용해 전류를 유도하는 방식이라 다이내믹 마이크보다는 가볍고 섬세한 음원까지 다 잡아낼 수 있어서 주로 방음시설이 잘되어있는 스튜디오에서 녹음용으로 사용됩니다.

그렇다면 어떻게 콘덴서의 진동이 전류를 유도할 수 있을까요? 그 비밀은 바로 두 극판 사이의 간격에 있습니다. 콘덴서, 다시 말해 축전기는 전하를 담을 수 있는 그릇과 같은 존재라 그 양은 두 극판 사이의 거리에 반비례하게 됩니다. 극판 사이의 거리가 좁아지면 더 많은 전하를 담을 수 있게 되고, 극판 사이의 거리가 멀어지면 그만큼 전하를 덜어내야 하죠. 이 때문에 한 면을 진동면으로 잡아 소리에 의해 지속해서 면이 떨리게 되면 그 떨림 때문에 계속해서 전하를 담아낼 수 있는 양이 변하게 되고 그런 이유 때문에 전류에 진동을 만들어낼 수 있는 것입니다.

그렇다면 마이크의 짝꿍인 스피커! 이 스피커는 어떻게 작동을 할까요? 스피커도 간단한 원리로 이뤄져 있습니다. 진동판 중심축을 둘러싸고 있는 보이스 코일에 앰프로부터 전기신호가 흐르면, 그 순간 보이스 코일과 일정한 간격을 두고 영구자석 간에 자력이 발생합니다. 발생한 자력으로 인해 밀고 당기는 힘이 발생하며, 보이스 코일에 붙어있는 진동판이 앞뒤로 움직이게 되는데요. 이렇게 진동판이 움직이면서 만들어낸 공기 진동이 우리 귀에 전달되면서 최종 소리로 인식이 되는 것이죠.

그런데 여러분, 바로 이런 스피커의 구조 때문에, 스피커를 마이크처럼 사용할 수도 있다는 사실을 알고 계신가요?

학교나 연구실 등에서 방송을 하기 위해 연결된 스피커를 이용해서 음성 신호를 남몰래 흡수해, 그 미세한 신호를 증폭하게 되면 스피커가 설치된 공간 속의 소리를 잡을 수 있습니다. 이것이 바로, 첩보 영화 속 등에서 종종 등장하는, 도청의 원리랍니다. 아무리 둔탁하고 큰 스피커라도 원리적으로는 아주 미미한 유도전류를 만들어줄 수 있기 때문에, 깨끗하게 녹음되지는 않지만, 도청을 할 수 있을 정도의 소리를 뽑아내는 것은 가능한 것이죠. 정말 신기하지 않나요?

오늘은 마이크와 스피커의 원리에 대한 이야기를 알아봤는데요. 용도에 따라 다양하게 쓰일 수 있는 마이크들이, 결국 하나의 원리를 공유한다! 즉 다이어프램의 진동을 이용해 음성 신호를 전기 신호로 만든다는 아이디어를 공유한다는 사실이 정말 놀랍지 않나요?

그럼 궁금한 S는 이만 인사드릴게요~ 과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 사이언스 투데이 페이스북에 댓글을 남겨주세요. 이상 궁금한 S였습니다!
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