반이아빠의 장난감 속 반도체 - 노래하는 반이 1편, 뽀로로 마이크

최근에 말문이 트이기 시작한 반이는 노래 부르는 것을 좋아합니다. 오가는 차 안에서 동요를 틀어주면 곧잘 따라부르곤 합니다.

“하얀 자동차가~삐뽀삐뽀 ♪ 내가 먼저 가야 해요~삐뽀삐뽀 ♪”

자동차에 관심이 많은 반이는 자동차가 등장하는 동요에 더욱 신이 납니다. 아직 발음이 완전치 않아 다 따라 하지는 못하지만, ‘삐뽀삐뽀’하는 부분만큼은 유독 큰 소리로 따라 합니다.

집에 돌아와도 반이는 노래를 따라 부르던 여흥이 채 가시지 않는지 장난감 드럼세트를 찾습니다. 뽀로로와 친구들이 그려진 드럼세트의 버튼을 누르면 드럼 소리도 나고 동물 소리도 나지만, 반이가 특히 좋아하는 것은 ‘마이크’입니다. 반이가 버튼을 누르자, 동요 반주가 연주되기 시작합니다. 반이는 마이크를 들고 신나게 노래를 부릅니다.

▲ 반이의 장난감 드럼세트와 마이크 ⓒ양원모

“정글숲을 지나서 가자~엉금엉금 기어서 가자 ♪ 늪지대가 나타나면은 악어 떼가 나온다~악어 떼!”

반이는 웅얼웅얼 노래를 따라 하다가, ‘엉금엉금’과 ‘악어 떼!’ 부분에서는 마이크에 대고 목청을 높여 소리를 지릅니다. 마이크를 타고 들어간 반이의 노랫소리는 큰북 앞쪽에 있는 스피커를 통해 큰 소리로 흘러나옵니다. 반이엄마가 깜짝 놀라며 귀를 막자, 반이는 그 모습이 재미있었는지 더 크게 소리를 지릅니다. 스피커에서는 가뜩이나 큰 반이의 목소리가 더 크게 터져 나옵니다. 아빠가 ▼ 버튼을 눌러서 볼륨을 낮춰보지만, 반이는 이내 ▲ 버튼을 눌러서 다시 소리를 키웁니다. 오늘도 최후의 승자는 반이로군요.

마이크의 정식 명칭은 마이크로폰(Microphone)입니다. 소리 신호를 전기 신호로 바꾸어 주는 장치입니다. 마이크의 종류는 여러 가지이나, 가장 보편적인 다이내믹 마이크(Dynamic microphone)의 원리는 다음과 같습니다. 소리는 공기가 진동함으로써 전달됩니다. 반이가 노래를 하면 노랫소리는 공기를 진동시키고 그 공기는 마이크 안에 있는 진동판을 움직이게 합니다. 진동판에는 코일(Coil)이 붙어 있고 코일은 영구자석을 둘러싸고 있는데, 코일이 자석의 앞뒤로 움직이게 되면 코일에는 교류 전류가 흐르게 됩니다.

▲ 뽀로로 마이크 구조 ⓒ양원모

이것은 도선을 감아 놓은 코일 안으로 자석을 집어넣었다 빼면서 자기장의 변화를 일으키면 코일에 전류가 흐르게 되는 원리로, 이러한 현상을 처음 증명한 사람의 이름을 따서 패러데이의 전자기 유도 법칙(Faraday’s law of induction)이라고 합니다. 이 법칙은 물리적인 움직임을 전기신호로 바꾸는 데 활용됩니다. 마이크 이외에도 수력, 화력, 원자력 등에 의해 터빈(turbine)이라는 날개를 돌려 전기를 만드는, 발전기의 주요한 원리이기도 합니다.

▲ 패러데이의 전자기 유도 법칙

사진 출처 : http://goo.gl/RbSpD0

한편, 마이크에서 변환된 전류는 세기가 약해서 스피커(Speaker)에서 큰 소리로 듣기 위해 앰프(Amplifier)를 통해 증폭해야 합니다. (스피커 출력 관련 내용은 지난 4월호 참조하세요 클릭) 이 앰프에는 트랜지스터(Transistor)라는 핵심 부품이 들어가는데, 이것은 지난 호에 소개했던 PN접합 다이오드 2개를 PNP 혹은 NPN 순으로 3개의 극성을 갖도록 접합해 놓은 것입니다. 

(다음 호에 ‘반이의 노래 2편 - 트랜지스터’ 편이 이어집니다)

감수 / 기술연구소 연구1팀 정지영 부장