Esta calibración es necesaria en los laboratorios de normalización para que los micrófonos de los sonómetros y los audífonos, por ejemplo, se puedan configurar en el otro extremo de la cadena de calibración.
Las 'calibraciones de comparación' tradicionales (ver más abajo) implican exponer un micrófono desconocido y un micrófono estándar de laboratorio a campos acústicos idénticos y comparar las salidas. La fuente de sonido y el micrófono están conectados a través de un acoplador hueco sellado relleno de hidrógeno.
Da la casualidad de que la fuente de sonido es otro micrófono estándar de laboratorio, accionado como un altavoz; estas técnicas solo funcionan con micrófonos que pueden ser accionados por retroceso, como los tipos LS1P utilizados en NIST.
El nuevo método emplea un vibrómetro láser Doppler y, según el NIST, es alrededor de un 30% más rápido que su método de comparación actual porque se realiza al aire libre, sin necesidad de acoplador o llenado de hidrógeno.
"La gente ha estado buscando un método de calibración de alta precisión que utilice láseres, y no han encontrado un enfoque que sea competitivo con el método existente más preciso", dijo el científico del NIST Richard Allen (foto). "Pero ahora hemos encontrado una calibración de comparación que es mejor que las que se usan en la práctica común".
La técnica de prueba de concepto solo maneja el micrófono como un altavoz y mide el movimiento del diafragma del micrófono con un punto láser; se obtiene una señal de velocidad mezclando una muestra del láser de origen con el láser de retorno modificado con Doppler.
Lo inteligente no es el uso de mediciones láser en el Instituto, sino la investigación que utiliza miles de tales mediciones en diferentes condiciones para encontrar una técnica repetible que concuerde bien con el estándar de oro actual: la incertidumbre fue eventualmente de ± 0.05dB.
Las mediciones se realizaron en nueve micrófonos LS1P (diafragma de 18.6 mm de diámetro) a 250 Hz y 1 kHz, en cientos de puntos de cada diafragma.
“Al final, descubrieron que el mejor enfoque era utilizar datos de una pequeña sección en el centro de los diafragmas, ocupando solo el 3% de la superficie total. Más y más hacia los bordes, las mediciones no eran muy repetibles ”, según NIST. "La idea de utilizar solo la sección central surgió de un artículo reciente de un equipo de investigadores de la República de Corea y Japón".
En comparación con la técnica habitual del NIST, "los números coincidieron muy bien", dijo el investigador del NIST, Randall Wagner. "Eran estadísticamente indistinguibles entre sí".
El ± 0.05dB del método de comparación basado en láser, dicho NIST, se compara con ± 0.03dB para el 'método de reciprocidad' estándar de oro, y ± 0.08dB para el método tradicional de 'comparación basada en reciprocidad'.
¿Cuáles son los métodos existentes?
El 'método de reciprocidad' de gama alta comienza con tres micrófonos de grado estándar, conectados en pares de mezcla y combinación utilizando un acoplador lleno de hidrógeno donde se turnan para ser altavoz y micrófono. Después de que las seis combinaciones se hayan medido varias veces, "los investigadores pueden estar seguros de la sensibilidad de cada uno de los tres micrófonos sin la necesidad de un micrófono previamente calibrado", dijo el NIST.
La calibración de 'comparación basada en reciprocidad' utiliza uno de los tres micrófonos recién calibrados anteriores como fuente de señal en un extremo del acoplador y el micrófono desconocido en el otro.
El método láser Doppler funciona lo suficientemente bien como para ser utilizado en la industria, dijo el NIST. "No hay nada como esto en el mercado ahora, no que yo sepa", dijo Wagner. "Sería muy lejano en el futuro, una especie de pastel en el cielo, pero creo que este trabajo abre la puerta a aplicaciones comerciales".
Allen y él han solicitado una patente provisional. En los próximos meses utilizarán un vibrómetro láser más sensible para examinar una variedad más amplia de tipos de micrófonos a más frecuencias y tratarán de reducir la incertidumbre lo suficiente como para competir con la técnica de calibración primaria.
“Este primer intento fue una especie de ejemplo de caminar entre los árboles, ver la fruta realmente baja y agarrarla”, dijo Allen.
El trabajo ha sido publicado como 'Calibración de comparación basada en láser de micrófonos estándar de laboratorio' en JASA Express Letters; el documento completo y completo se puede leer sin pago.