Kalibrasi semacam itu diperlukan di laboratorium standar sehingga mikrofon di pengukur tingkat suara dan penguji alat bantu dengar, misalnya, dapat dipasang di ujung lain rantai kalibrasi.
'Kalibrasi perbandingan' tradisional (lihat di bawah) melibatkan pemaparan mikrofon yang tidak dikenal dan mikrofon standar laboratorium ke bidang akustik yang identik, dan membandingkan outputnya. Sumber suara dan mikrofon dihubungkan melalui coupler berisi hidrogen berongga yang disegel.
Seperti yang terjadi, sumber suara adalah mikrofon standar laboratorium lainnya, yang digerakkan sebagai pengeras suara – teknik ini hanya berfungsi dengan mikrofon daripada yang dapat digerakkan dari belakang, seperti jenis LS1P yang digunakan di NIST.
Metode baru menggunakan vibrometer Doppler laser dan, menurut NIST, sekitar 30% lebih cepat daripada metode perbandingan saat ini karena dilakukan di udara terbuka, tanpa perlu coupler atau pengisian hidrogen.
“Orang-orang telah mencari metode kalibrasi yang sangat akurat yang menggunakan laser, dan mereka belum menemukan pendekatan yang dapat bersaing dengan metode paling akurat yang ada saat ini,” kata ilmuwan NIST Richard Allen (digambarkan). “Tapi sekarang kami telah menemukan kalibrasi perbandingan yang lebih baik daripada yang digunakan dalam praktik umum.”
Teknik proof-of-concept hanya menggerakkan mikrofon sebagai pengeras suara dan mengukur gerakan diafragma mikrofon dengan titik laser – sinyal kecepatan diperoleh dengan mencampur sampel laser sumber dengan laser balik yang dimodifikasi Doppler.
Sedikit pintar bukanlah penggunaan pengukuran laser di Institut, tetapi penelitian menggunakan ribuan pengukuran tersebut dalam kondisi yang berbeda untuk menemukan teknik berulang yang sesuai dengan standar emas saat ini – ketidakpastian akhirnya ± 0.05dB.
Pengukuran dilakukan pada sembilan mikrofon LS1P (diafragma berdiameter 18.6mm) pada 250Hz dan 1kHz, pada ratusan titik pada setiap diafragma.
“Pada akhirnya, mereka menemukan bahwa pendekatan terbaik adalah menggunakan data dari bagian kecil di tengah diafragma, yang hanya mengambil 3% dari total luas permukaan. Semakin jauh ke arah tepi, pengukuran tidak terlalu berulang, ”menurut NIST. “Ide menggunakan hanya bagian tengah berasal dari makalah baru-baru ini oleh tim peneliti dari Republik Korea dan Jepang.”
Dibandingkan dengan teknik NIST biasa, “angka-angkanya sangat cocok,” peneliti NIST Randall Wagner. “Mereka secara statistik tidak dapat dibedakan satu sama lain.”
±0.05dB dari metode perbandingan berbasis laser, kata NIST, dibandingkan dengan ±0.03dB untuk 'metode timbal balik' standar emas, dan ±0.08dB untuk metode 'berbasis timbal balik' tradisional.
Apa saja metode yang ada?
'Metode timbal balik' kelas atas dimulai dengan tiga mikrofon kelas standar, yang terhubung berpasangan dengan menggunakan coupler berisi hidrogen di mana mereka bergantian menjadi pengeras suara dan mikrofon. Setelah keenam kombinasi diukur beberapa kali “peneliti dapat memastikan sensitivitas masing-masing dari tiga mikrofon tanpa memerlukan mikrofon yang dikalibrasi sebelumnya,” kata NIST.
Kalibrasi 'perbandingan berbasis timbal balik' menggunakan salah satu dari tiga mikrofon yang baru dikalibrasi di atas sebagai sumber sinyal di salah satu ujung coupler dan mikrofon yang tidak dikenal di ujung lainnya.
Metode laser Doppler berkinerja cukup baik untuk digunakan dalam industri, kata NIST. “Tidak ada yang seperti ini di pasar sekarang, yang tidak saya sadari,” kata Wagner. “Ini akan jauh di masa depan – semacam kue di langit – tetapi saya melihat pekerjaan ini sebagai membuka pintu untuk aplikasi komersial.”
Dia dan Allen telah mengajukan paten sementara. Dalam beberapa bulan mendatang, mereka akan menggunakan vibrometer laser yang lebih sensitif untuk memeriksa lebih banyak jenis mikrofon pada frekuensi yang lebih banyak, dan akan mencoba menekan ketidakpastian cukup jauh untuk bersaing dengan teknik kalibrasi utama.
“Percobaan pertama ini adalah semacam contoh berjalan melewati pepohonan, melihat buah yang benar-benar menggantung rendah, dan meraihnya,” kata Allen.
Karya tersebut telah diterbitkan sebagai 'Kalibrasi perbandingan berbasis laser untuk mikrofon standar laboratorium' di JASA Express Letters -kertas keseluruhan, menyeluruh, dapat dibaca tanpa pembayaran.