마이크로폰(Microphone)이란? 정의, 기능, 특징 (GRAS)

 

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마이크로폰(Microphone)이란?

 

마이크로폰이란 변환기(Transducer)로 기계적 파형 에너지(Mechanical wave energy, Sound energy)를 전기적 에너지로 변환해주는 장치입니다. 마이크로폰의 종류는 다양하지만 공통점은 다이아프램(Diaphragm)을 사용하여 소리를 진동으로 받아서 측정합니다. 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 선정 기준 : Polarization(분극화) 

 

GRAS 제품은 마이크로 콘덴서(Micro condensor)를 사용합니다. 콘덴서는 전하를 만드는데 전압 값으로 측정 값을 읽기 위해서 Polarization이 필요 합니다. 

 

마이크로폰은 분극화가 이미 내부회로를 통해서 된 제품과 안된 제품이 있습니다. 명칭은 아래와 같이 부릅니다.

 

• LEMO 
• CCP(Constant Current Power)

 

 

두 타입 신호를 증폭하기 위해 모두 Preamplifier가 필요합니다

 

 

외부에서 Polarization 되는 LEMO 는 7핀으로 구성되어 있고 GRAS 26AK 와 같은 Preamplifier를 통해 증폭이 됩니다. 만일 분석기(Analyzer)에서 내부 파워 모듈이 없다면 GRAS12AK 와 같은 별도의 파워 모듈이 필요 합니다. 

 

Polarization이 미리 된 CCP 타입은 GRAS 26CA와 같은 Preamplifier가 필요 합니다. 분석기 내부에 파워 모듈이 없다면 GRAS 12AL과 같은 별도의 파워 모듈이 필요합니다.

 

CCP의 장점은 표준 케이블을 사용하고 내부 회로에서 이미 전압을 만들기 때문에 가격면에서 비용을 줄이고 사용이 용이합니다. 하지만 장기적인 관점에서 안정성과 고온에서 안정성은 LEMO 타입이 낫습니다.

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 선정 기준 : 측정 방식

 

측정 방식(measurement)에 따라서 3가지 형태로 나눌 수 있습니다. 

 

• Free-field
• Pressure
• Random-incidence

 

 

1. Free field

 

Free field 는 그림과 같은 형태로 음압(Sound Pressure)를 측정 합니다.  고주파에서는 마이크로폰 자체가 방해가 됩니다. Free field 마이크로폰은 방해 주파수 응답을 조절하여 최소화 해줍니다.

 

주요 사용처는 Sound Level Meter (사운드 레벨미터)나 Sound Power 측정, Sound Radiation 조사에 사용됩니다. 

 

 

 

2. Pressure 

 

Pressure 마이크로폰은 실제 마이크로폰의 다이아프램(Diaphragm)의 표면에 들어오는 음압(Sound Pressure)를 측정합니다. 벽이나 닫힌 공간에서의 음압측정에 사용됩니다. 

 

Pressure 마이크로폰은 GRAS RA0045 IEC 60318-4, GRAS RA0038 IEC 60318-5와 같은 커플러(Coupler)와 함께 사용됩니다. 

 

 

3. Random-Incidence

 

 

 

Random-Incidence 마이크로폰은 Sound field를 측정하는데 소리가 여러 방향에서 올때도 측정이 가능합니다. 주요 application은 잔향(reverberation)이나 소리 반사가 잘되는 환경에서 사용합니다. 여러 방향의 소리를 측정할 수 있게 보정되어 있습니다. 

 

ANSI (American National Standards Institute) 규격에 따라 음압을 측정합니다. 

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 선정 기준 : 측정 범위 (dB, Decibel)

 

 

마이크로폰의 측정 범위는 마이크로폰 자체 성능 뿐만 아니라 Preamplifier의 성능 역시 중요합니다. 그리고 범위는 마이크로폰의 Sensitivity와 관련되어 있습니다. Sensitivity가 높을 경우 낮은 레벨에서 측정이 가능하고 낮을 경우 높은 레벨 측정이 가능합니다. 

 

Sensitivity는 마이크로폰의 직경과 Diaphram의 Tension과 관련되어 있습니다. 직경이 크고 다이아프램의 Tension이 느슨할 경우 높은 Sensitivity(민감도)를 가집니다. 

 

파트번호40번대 제품에 Low Noise 마이크로폰 제품들이 있습니다. 

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 선정 기준 : 주파수 범위 (Hz)

 

 

현재 GRAS에서 제공하는 전체 주파수 범위는 1Hz에서 140kHz까지 측정이 가능합니다. 저주파는 초저주파(Infra Sound) 측정까지 가능합니다. 고주파는 다이아프램의 Stiffness, 댐핑, 무게 등의 요소에 의해 결정 됩니다. 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : Set (Microphone + Preamplifier)

GRAS 46XX 시리즈로 시작되는 제품은 마이크로폰과 Preamplifier를 Dust-free 공간에서 미리 조립해서 한 세트로 제공하는 제품 입니다. 두 부품을 같이 Calibration (교정)하기 때문에 각 각 구매하여 고객 사이트에서 교정하는 것 보다 높은 정밀도를 얻을 수 있습니다. 

 

<LEMO>

 

<CCP>

 

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : Intensity 마이크로폰

 

Intensity 마이크로폰은 2개의 마이크로폰을 Spacer(위 그림에서 검은색 부분)로 연결하여 음압을 측정 합니다. 두개의 마이크로폰 사이 Spacer 길이에 따라 다양한 주양한 주파수 범위를 커버합니다. 두 마이크로폰의 위상차를 계산하여 Sound Power 를 측정할 수 있고 위치를 이동하면서 측정할 경우 Sound Map을 그려 줄 수 있습니다.

 

 

Preamplifer와 마이크로폰 직경이 다른 경우 adapter를 사용하여 연결해 줍니다. 여기서 사용되는 adapter는 직선형과 오른쪽으로 구부러진 형태 등 지그에 맞춰서 사용하시면 됩니다. 

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : UTP (Ultra thin Precision)

 

UTP는 항공음향(Aero Acoustic) 분야에서 주로 사용됩니다. Sound field에서 최소한의 방해만을 유지 하기 위해 최소 사이즈의 마이크로 폰을 이용합니다. 

 

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : Surface 마이크로폰

 

Surface 마이크로폰은 평면이나 곡선으로 된 면에서 측정을 용이하게 하기 위해 제작된 마이크로폰입니다. 다양한 주파수 범위 (Up to 70kHz)와 측정 범위 (~178dB)를 제공합니다. 

 

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : 어레이(Array) 마이크로폰

 

Array 마이크로폰은 여러 포인트를 동시에 측정하고자 할 때 사용합니다. 아래와 같은 항목 분석에 사용됩니다.

 

• Sound field
• Sound Power
• Transient

 

어레이 마이크로폰은 TEDS 를 사용하여 Sensitvity를 한번에 쉽게 불러 올 수 있습니다. 가격은 일반 마이크로폰에 비해 저렴하여 정밀도 목적이 아닌 여러개의 저가 마이크로폰을 정렬하여 한번에 측정하는 용도로 사용합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : Infra Sound 마이크로폰

 

 

Infra Sound 마이크로폰은 초저주파 (Low low frequency) 범위를 가지는 마이크로폰입니다. GRAS에서 제공하는 스펙은 0.09Hz까지 측정이 가능합니다. 구성품으로 특수 제작된 Preamplifer, Adapter, Microphone을 사용합니다. 0Hz에 가까운 주파수를 맞추기 위해 Ambient Pressure Equalization 시스템을 사용합니다.

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : Probe 마이크로폰

Probe 마이크로폰은 측정이 어려운 상황에서 측정을 도와 줍니다. 예를 들어 고온 환경이나 공기가 빠르게 흐르는 지점은 일반적인 마이크로폰으로 측정이 어렵습니다. 

 

앞부분의 Probe tip은 높은 Acoustic input impedance를 가지고 있어서 acoustic field에서 최소의 영향을 가집니다. 스테인리스 Steel probe tip은 Acoustic signal이 마이크로폰으로 들어올 수 있도록 가이드 해줍니다.

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : Ground array 마이크로폰

 

 

Ground array 마이크로폰은 항공체의 날개나 회전 날개를 위상에 차이를 둔 array로 배치된 마이크로폰으로 측정 합니다. 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : Turbulence Screens

 

벽으로 쌓인 Wind 터널의 항공음향에 사용 됩니다.

수력학(hydrodynamic)의 turbulence 요소들은 25dB까지 감쇠합니다. 그러므로 적절한 정밀도를 가진 장비로 측정하여야합니다. Flush mount 마이크로폰과 같이 제공 됩니다.

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : Low noise 마이크로폰

 

Low noise 마이크로폰은 사람이 들을 수 있는 범위의 문턱(threshold)까지의 음압 측정이 가능합니다. 6.5dB까지 측정이 가능하고 정밀도는 20uPa을 제공합니다. 

 

 

 

 

 

 

마이크로폰(Microphone) 사용 목적에 따른 분류 : hemisphere kits

 

Sound Power 측정을 용이하게 도와주는 지그입니다.

ISO 3744, 3745 and 3746 (ANSI S12.54, S12.55, S12.56) 규격에 맞춰 Sound Power 측정을 도와 줍니다. 4,10, 20개의 마이크로폰을 배치할 수 있습니다.