(Bartlett) 팬텀 파워의 기초

(* 이 글은 2009년에 쓰여진 ‘PHANTOM POWER PRIMER – by Bruce Bartlett’ 란 글을 번역한 내용입니다. [원문링크][게재 페이지]. 오역이나 의역이 존재할 수 있습니다.)

콘덴서 마이크는 내부의 회로를 구동하기 위해 팬텀파워를 필요로 합니다. 이 글은 팬텀 파워가 인가되는 방식과 사용법에 대해 설명하고, 팬텀파워를 사용할 때 유의해야 할 점에 대해 안내해 드립니다.

팬텀파워는 2심 쉴드 케이블(역주: 밸런스 케이블)을 통해 공급됩니다. 팬텀파워는 독립된 팬텀파워 공급기나, 믹싱 콘솔의 각 채널에서 공급할 수 있습니다. 마이크는 믹서에서부터 하나의 케이블로 팬텀파워를 공급받고 오디오 신호를 전송할 수 있습니다. “팬텀”이라고 불리는 이유는 별도의 케이블이 필요하지 않기 때문입니다; 신호선에 “숨어” 있어서 입니다.

IEC 표준 61938에 따라, 팬텀파워는 XLR의 1번 핀을 제외한 2번과 3번 핀에 양전압(직류 12-48V)을 인가합니다. 케이블 실드는 되돌아오는 신호를 담당합니다. 2번 핀과 3번 핀 사이에는 전위차가 생기지 않습니다. 1번 핀은 그라운드 입니다; 2번 핀은 정위상 오디오를, 3번 핀은 역위상 오디오를 전송합니다. 또한, 1번 핀은 0V를 나타냅니다; 2번 핀은 양전압을 나타내고, 3번 핀 또한 2번 핀과 동일한 전압을 나타냅니다.

많은 콘솔에서 팬텀 인가 스위치는 “P48″로 표시되어 “팬텀 파워 48V”임을 나타냅니다.

그림 1의 윗부분은 마이크가 독립적인 팬텀파워 공급기에 연결된 모습입니다. 팬텀파워 공급기의 내부에는(그림 1, 중간) 두 개의 동일한 저항(R)이 있습니다. 이를 통해 1번 핀의 그라운드를 제외하고 2번과 3번 핀을 통해 동일한 전압을 인가하게 됩니다. 마이크 내부에서 팬텀파워는 두 개의 동일한 저항(혹은 중앙에 탭이 있는 트랜스포머)을 통해 연결이 됩니다.

그림 1의 아랫부분은 오른쪽에서 왼쪽으로 팬텀파워의 전류가 마이크 케이블을 통해 전송되는 것을 보여줍니다:

  1. DC 파워 공급기의 양극(+)에서 나온 전류는 두 저항에 동일하게 전달됩니다.
  2. 전류가 마이크 케이블을 통해 마이크로 전달됩니다.
  3. 전류가 마이크 내부의 회로로 전달됩니다.
  4. 케이블 실드를 통해 DC 파워 공급기의 음극(-)으로 돌아옵니다.
그림 1. 팬텀파워 등가회로
그림 1. 팬텀파워 등가회로

어떤 마이크나 마이크 캡슐은 팬텀파워가 아닌 직류 바이어스에 의해 구동됩니다. 별도의 전선을 통해 마이크 캡슐에 바이어스 전압을 인가합니다. 라발리에 마이크나 콰이어 마이크의 캡슐과 XLR 커넥터 사이에 이를 위한 회로가 있습니다. 이 회로는 팬텀파워를 직류 바이어스로 변환해 마이크 캡슐에 전달하고, 신호를 밸런스로 만듭니다.

왜 컨덴서 마이크는 전원을 필요로 할까요?
왜 콘덴서 마이크를 사용하려면 전원을 필요로 하는지 설명해 보겠습니다. 콘덴서 마이크의 트랜스듀서(그림 2)는, 전도성 다이어프램과 인접한 금속 디스크(뒷판)가 정전기로 대전되어 두 판을 캐퍼시터 효과를 냅니다.

그림 2. 콘덴서 트랜스듀서(마이크 캡슐)
그림 2. 콘덴서 트랜스듀서(마이크 캡슐)

소리가 진동판에 도달하면, 진동판과 뒷판 사이에 간격이 변화합니다. 이를 통해 정전용량이 변화하고, 음파와 유사한 전기적 신호를 생성해 냅니다.

진동판과 뒷판은 두 가지 방법으로 대전될 수 있습니다:

  1. 외부의 전원 인가(팬텀 파워). 이러한 방식은 “외부 바이어스” 혹은 “참 콘덴서”라고 합니다.
  2. 영구적으로 대전된 유전체가 진동판이나 뒷판에 있는 경우. 이러한 방식은 “내부 바이어스” 혹은 “일렉트릿 콘덴서”라고 합니다.

콘덴서 마이크 캡슐이 출력 임피던스는 아주 높아서 험 노이즈에 취약합니다. 임피던스를 사용할 수 있을만한 범위로 낮추기 위해, 캡슐 출력단에 인피던스 변환 회로가 연결됩니다. 이 회로는 일렉트릿 캡슐이거나 아니거나 모두 필요합니다. 변환회로는 구동을 위해 직류 전압이 인가되어야 하고, 이는 팬텀파워 공급기를 통해 인가됩니다.

때때로 마이크의 밸런스 출력을 만들기 위해 저항이 추가되기도 하고, 이는 팬텀파워가 인가되지 않아도 동작합니다.

반면에, 다이나믹 마이크는 능동소자가 없기에 전원을 필요로 하지 않습니다. 다이나믹 마이크는 스피커의 반대 원리로 전기를 발생시킵니다. 무빙 코일 다이나믹 마이크(그림 3)에서, 와이어가 감긴 코일은 진동판에 붙어있습니다. 이 보이스코일은 자기장 속에 떠있게 됩니다. 음파가 진동판을 진동시키면, 여기에 붙어있는 코일도 자기장 안에서 함께 진동하게 되고, 음파와 유사한 전기 신호를 발생시킵니다. 보이스코일의 각각의 극은 XLR의 2번 핀과 3번 핀으로 연결됩니다.

그림 3. 다이나믹(무빙 코일) 트랜스듀서(마이크 캡슐)
그림 3. 다이나믹(무빙 코일) 트랜스듀서(마이크 캡슐)

리본 마이크(그림 4)의 진동판은 얇은 금속 호일이나 리본으로 되어있습니다. 음파가 자기장 안에 있는 리본을 진동시키면 그에 따른 전기적 신호가 발생됩니다. 리본의 양 극은 XLR의 2번 핀과 3번 핀으로 연결됩니다.

그림 4. 리본 트랜스듀서(마이크 캡슐)
그림 4. 리본 트랜스듀서(마이크 캡슐)

다이나믹이나 리본 마이크에 팬텀파워를 인가해도 마이크에 손상이 가지는 않습니다. 보이스코일이나 리본의 극이 1번 핀에 연결되어 있지 않기 때문입니다. 그래서 팬텀파워에서 나오는 전류가 통하지 않는 것입니다.

그러나 2번 핀과 3번 핀을 통해 공급되는 전압에 약간의 차이라도 발생한다면, 보이스코일이나 리본(2번 핀과 3번 핀에 연결되어 있는)을 통해 전류가 흐를 수 있습니다. 또한 코일이나 리본의 일부가 그라운드를 형성하는 마이크 본체에 닿는다면(쇼트가 된다면), 역시 코일이나 리본을 통해 전류가 흐를 수 있습니다. 그래서 되도록 다이나믹이나 리본 마이크로는 팬텀파워를 인가하지 않도록 합니다.

독립적인 팬텀파워 공급기를 사용하기
팬텀파워 공급기(그림 5)는 음향기기 업체나 온라인을 통해 구입할 수 있습니다. 어떤 것은 AC전원 어뎁터로 구동되거나, 배터리로 구동되거나, 두 방식 모두로 구동됩니다. 어떤 것은 하나의 마이크로만 팬텀파워를 공급할 수 있고, 어떤 것은 한 번에 여러 개의 마이크로 팬텀파워를 공급할 수 있습니다.

그림 5. 하나의 채널을 가진 독립형 팬텀파워 공급기의 예.
그림 5. 하나의 채널을 가진 독립형 팬텀파워 공급기의 예.

어떤 경우에도 팬텀파워 공급기는 마이크 케이블과 직렬로 연결되어야 합니다. 팬텀파워 공급기는 XLR 타입의 입력과 출력단을 채널마다 한 쌍씩 가지고 있습니다. 마이크 케이블을 마이크와 팬텀파워 공급기의 입력 커넥터 사이에 연결하고, 또 다른 케이블을 팬텀파워 공급기의 출력과 믹서의 마이크 입력 사이에 연결합니다.

만약 낮은 저항의 콘덴서 마이크를 트랜스포머나 어댑터를 통해 높은 저항의 언밸런스 출력으로 바꾸려면, 임피던스 변환 장치 앞에(마이크 쪽에) 먼저 팬텀파워 공급기를 연결해야 합니다.

사용시 유의사항
팬텀파워가 인가되어 있는 상태에서 입력단에 마이크를 연결하면 안 됩니다. 큰 팝 노이즈를 들을 수 있습니다. 만약 선택의 여지가 없다면(라이브 콘서트 중이라던지), 마이크를 연결하기 전에 채널을 뮤트합니다.

팬텀파워의 전압이 마이크에 적절한지 확인합니다. 어떤 마이크는 팬텀파워의 전압이 48V 보다 낮아지면 왜곡이 생기거나 레벨이 낮아집니다. 직류 전압계로 믹서의 입력 채널의 XLR 1번 핀과 2번 핀을 찍어 전압을 확인할 수 있습니다. 1번 과 3번 핀도 똑같이 확인해보세요.

팬텀파워의 전압이 떨어지는 것을 조심하세요. 마이크는 팬텀파워의 저항을 통해 전류를 공급받고, E=IR 공식에 의해 각 저항에 걸리는 전압을 떨어뜨리게 됩니다. 마이크에서 사용하는 전류가 증가할수록, 마이크 커넥터에서 팬텀파워의 전압강하는 도 많이 발생합니다. 마이크의 소비전류는 보통 마이크의 데이터 시트에 나와있습니다.

팬텀파워 공급기는 총 공급 가능한 전류양(mA)으로 평가되어야 하지만, 몇몇 제조사는 이 사양을 알려줍니다. 팬텀파워 공급기에 연결되는 마이크들의 총 소비전류는 기기가 공급 가능한 전류양을 넘지 않아야 합니다. IEC 표준은 제조사가 각 기기가 공급 가능한 전류양을 명시하도록 하고 있습니다. (이러한 표준을 이끈 David Joshphson에게 감사드립니다.)

패치베이에서는 팬텀파워를 사용하지 않는데, 패치 케이블을 연결할 때 팝 노이즈를 유발할 수 있기 때문입니다.만약파워를 인가한 상태에서 패치를 해야한다면, 마이크가 연결될 입력 모듈을 뮤트하거나, 페이더를 내립니다. 마이크 레벨의 패치는 어쨌든 피해야 합니다. (역주=팬텀파워를 뺀 상태로 연결이 이루어져야 합니다. 뺄 때도 마찮가지 입니다.)

어떤 팬텀파워 공급기는 케이스에 의한 그라운드의 연결 때문에 험 노이즈가 발생할 수도 있습니다. 그럴 땐 케이스를 격리하세요. 전기적 그라운드 루프를 방지할 수도 있습니다.

케이블 실드로 돌아오는 직류 신호가 흐르기에, 실드의 땜 부위를 견고하게 해야합니다. 그러지 않으면 티디딕 하는 노이즈가 날 수 있습니다. 특히 케이블을 옮길때 말입니다.

어떤 마이크는 내부 배터리로 구동되거나, 외부 팬텀 파워를 통해 구동할 수 있습니다. 대부분의 마이크는 팬텀파워를 인가하면 배터리 전원을 차단하도록 설계되어 있습니다. 그렇지 않은경우, 배터리가 팬텀파워 공급기에 심각한 부하를 주는 경우가 있습니다. 이럴 땐 배터리를 분리하세요.

만약 콘덴서 마이크가 팬텀파워 부족으로 제대로 동작하지 않는다면, 다음의 것들을 해볼 것을 제안합니다:

  • 팬텀파워의 공급이 안정적인 콘솔로부터 팬텀파워를 공급받습니다.
  • 소비전력이 낮거나, 낮은 팬텀파워 전압에서 구동 가능한 마이크를 사용합니다.
  • 팬텀파워에 전압 조절기를 달아 적절한 전압이 나오도록 조절합니다.

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