Un tel étalonnage est requis dans les laboratoires de normalisation afin que les microphones des sonomètres et des testeurs de prothèses auditives, par exemple, puissent être installés à l'autre extrémité de la chaîne d'étalonnage.
Les « étalonnages de comparaison » traditionnels (voir ci-dessous) consistent à exposer un microphone inconnu et un microphone standard de laboratoire à des champs acoustiques identiques et à comparer les sorties. La source sonore et le microphone sont connectés via un coupleur creux scellé rempli d'hydrogène.
Il se trouve que la source du son est un autre microphone standard de laboratoire, piloté comme un haut-parleur - ces techniques ne fonctionnent qu'avec des microphones qui peuvent être pilotés en arrière, tels que les types LS1P utilisés au NIST.
La nouvelle méthode utilise un vibromètre laser Doppler et, selon le NIST, est environ 30 % plus rapide que sa méthode de comparaison actuelle car elle est effectuée à l'air libre, sans avoir besoin de coupleur ou de remplissage d'hydrogène.
"Les gens recherchaient une méthode d'étalonnage très précise qui utilise des lasers, et ils n'ont pas trouvé d'approche qui soit compétitive avec la méthode existante la plus précise", a déclaré le scientifique du NIST Richard Allen (photo). « Mais maintenant, nous avons trouvé un étalonnage de comparaison qui est meilleur que ceux utilisés dans la pratique courante. »
La technique de validation de principe pilote uniquement le microphone en tant que haut-parleur et mesure le mouvement du diaphragme du microphone avec un point laser - un signal de vitesse est dérivé en mélangeant un échantillon du laser source avec le laser de retour modifié par Doppler.
L'astuce n'est pas l'utilisation de mesures laser à l'Institut, mais la recherche utilisant des milliers de telles mesures dans différentes conditions pour trouver une technique reproductible qui correspond bien à l'étalon-or actuel - l'incertitude était finalement de ± 0.05 dB.
Les mesures ont été effectuées sur neuf microphones LS1P (diaphragme de 18.6 mm de diamètre) à 250 Hz et 1 kHz, à des centaines de points sur chaque diaphragme.
« En fin de compte, ils ont découvert que la meilleure approche était d'utiliser les données d'une petite section au centre des diaphragmes, ne prenant que 3 % de la surface totale. De plus en plus vers les bords, les mesures n'étaient pas très répétables », selon le NIST. "L'idée d'utiliser uniquement la section centrale est venue d'un article récent d'une équipe de chercheurs de la République de Corée et du Japon."
Par rapport à la technique habituelle du NIST, « les chiffres concordent très bien », le chercheur du NIST Randall Wagner. "Ils étaient statistiquement indiscernables les uns des autres."
Le ± 0.05 dB de la méthode de comparaison laser, dite NIST, se compare à ± 0.03 dB pour la « méthode de réciprocité » de référence et à ± 0.08 dB pour la méthode traditionnelle de « comparaison basée sur la réciprocité ».
Quelles sont les méthodes existantes ?
La «méthode de réciprocité» haut de gamme commence avec trois microphones de qualité standard, connectés par paires à l'aide d'un coupleur rempli d'hydrogène où ils sont tour à tour haut-parleur et microphone. Après que les six combinaisons aient été mesurées plusieurs fois, "les chercheurs peuvent être sûrs de la sensibilité de chacun des trois microphones sans avoir besoin d'un microphone préalablement calibré", a déclaré le NIST.
L'étalonnage « comparaison basée sur la réciprocité » utilise l'un des trois microphones nouvellement calibrés ci-dessus comme source de signal à une extrémité du coupleur et le microphone inconnu à l'autre.
La méthode laser Doppler fonctionne suffisamment bien pour être utilisée dans l'industrie, a déclaré le NIST. "Il n'y a rien de tel sur le marché maintenant, pas que je sache", a déclaré Wagner. "Ce serait loin dans le futur - un genre de chose à tomber dans le ciel - mais je vois ce travail comme ouvrant la porte à des applications commerciales."
Lui et Allen ont déposé une demande de brevet provisoire. Dans les mois à venir, ils utiliseront un vibromètre laser plus sensible pour examiner une plus grande variété de types de microphones à plus de fréquences, et tenteront de réduire suffisamment l'incertitude pour rivaliser avec la technique d'étalonnage principale.
"Cette première tentative était en quelque sorte un exemple de passage devant les arbres, de vue des fruits très bas et de les saisir", a déclaré Allen.
Le travail a été publié sous le titre « étalonnage de comparaison basé sur le laser des microphones standard de laboratoire » dans JASA Express Letters - l'ensemble, complet, peut être lu sans paiement.