Tale calibrazione è richiesta nei laboratori di standard in modo che i microfoni dei fonometri e dei tester per apparecchi acustici, ad esempio, possano essere installati all'altra estremità della catena di calibrazione.
Le tradizionali "calibrazioni di confronto" (vedi sotto) comportano l'esposizione di un microfono sconosciuto e un microfono standard di laboratorio a campi acustici identici e il confronto delle uscite. La sorgente sonora e il microfono sono collegati tramite un accoppiatore cavo sigillato riempito di idrogeno.
Si dà il caso che la sorgente del suono sia un altro microfono standard da laboratorio, pilotato come un altoparlante: queste tecniche funzionano solo con microfoni che possono essere pilotati all'indietro, come i tipi LS1P utilizzati al NIST.
Il nuovo metodo utilizza un vibrometro laser Doppler e, secondo il NIST, è circa il 30% più veloce del suo attuale metodo di confronto perché viene eseguito all'aria aperta, senza bisogno di accoppiatore o riempimento di idrogeno.
"Le persone sono alla ricerca di un metodo di calibrazione altamente accurato che utilizzi i laser e non hanno trovato un approccio competitivo con il metodo più accurato esistente", ha affermato lo scienziato del NIST Richard Allen (nella foto). "Ma ora abbiamo trovato una calibrazione di confronto migliore di quelle utilizzate nella pratica comune".
La tecnica proof-of-concept guida il microfono solo come altoparlante e misura il movimento del diaframma del microfono con uno spot laser: un segnale di velocità viene derivato mescolando un campione del laser sorgente con il laser di ritorno modificato dal Doppler.
La cosa intelligente non è l'uso di misurazioni laser presso l'Istituto, ma la ricerca che utilizza migliaia di tali misurazioni in condizioni diverse per trovare una tecnica ripetibile che si accordi bene con l'attuale standard di riferimento: l'incertezza era alla fine di ± 0.05 dB.
Le misurazioni sono state effettuate su nove microfoni LS1P (diaframma di 18.6 mm di diametro) a 250 Hz e 1 kHz, in centinaia di punti su ciascun diaframma.
“Alla fine, hanno scoperto che l'approccio migliore era utilizzare i dati di una piccola sezione al centro dei diaframmi, che occupava solo il 3% della superficie totale. Sempre più verso i bordi, le misurazioni non erano molto ripetibili", secondo il NIST. "L'idea di utilizzare solo la sezione centrale è venuta da un recente articolo di un team di ricercatori della Repubblica di Corea e del Giappone".
Rispetto alla consueta tecnica del NIST, "i numeri concordavano molto bene", il ricercatore del NIST Randall Wagner. "Erano statisticamente indistinguibili l'uno dall'altro".
Il ±0.05dB del metodo di confronto basato sul laser, ha affermato il NIST, si confronta con ±0.03dB per il "metodo di reciprocità" standard e ±0.08dB per il tradizionale metodo di "confronto basato sulla reciprocità".
Quali sono i metodi esistenti?
Il "metodo di reciprocità" di fascia alta inizia con tre microfoni di livello standard, collegati in coppie mix-and-match utilizzando un accoppiatore riempito di idrogeno dove si alternano come altoparlante e microfono. Dopo che tutte e sei le combinazioni sono state misurate più volte, "i ricercatori possono essere sicuri della sensibilità di ciascuno dei tre microfoni senza la necessità di un microfono precedentemente calibrato", ha affermato il NIST.
La calibrazione "confronto basato sulla reciprocità" utilizza uno dei tre microfoni appena calibrati sopra come sorgente del segnale a un'estremità dell'accoppiatore e il microfono sconosciuto all'altra.
Il metodo laser Doppler funziona abbastanza bene da essere utilizzato nell'industria, ha affermato il NIST. "Non c'è niente di simile sul mercato ora, non che io sappia", ha detto Wagner. "Sarebbe lontano nel futuro - una cosa da torta nel cielo - ma vedo questo lavoro come l'apertura della porta ad applicazioni commerciali".
Lui e Allen hanno chiesto un brevetto provvisorio. Nei prossimi mesi utilizzeranno un vibrometro laser più sensibile per esaminare una più ampia varietà di tipi di microfoni a più frequenze e cercheranno di ridurre l'incertezza quanto basta per competere con la tecnica di calibrazione primaria.
"Questo primo tentativo è stato una sorta di esempio di come passare davanti agli alberi, vedere il frutto davvero basso e afferrarlo", ha detto Allen.
Il lavoro è stato pubblicato come "Calibrazione comparativa basata su laser di microfoni standard di laboratorio" in JASA Express Letters: l'intero, accurato documento può essere letto senza pagamento.