Essa calibração é necessária em laboratórios de padrões para que os microfones em medidores de nível de som e testadores de aparelhos auditivos, por exemplo, possam ser configurados na outra extremidade da cadeia de calibração.
As 'calibrações de comparação' tradicionais (veja abaixo) envolvem a exposição de um microfone desconhecido e um microfone padrão de laboratório a campos acústicos idênticos e a comparação das saídas. A fonte de som e o microfone são conectados por meio de um acoplador oco cheio de hidrogênio selado.
Acontece que a fonte de som é outro microfone padrão de laboratório, acionado como um alto-falante - essas técnicas só funcionam com microfones que podem ser acionados por trás, como os tipos LS1P usados no NIST.
O novo método emprega vibrômetro Doppler a laser e, segundo o NIST, é cerca de 30% mais rápido que o método de comparação atual por ser feito a céu aberto, sem necessidade de acoplador ou preenchimento de hidrogênio.
“As pessoas têm procurado um método de calibração altamente preciso que use lasers e não encontraram uma abordagem que seja competitiva com o método mais preciso existente”, disse o cientista do NIST Richard Allen (retratado) “Mas agora encontramos uma calibração de comparação que é melhor do que as usadas na prática comum.”
A técnica de prova de conceito apenas aciona o microfone como um alto-falante e mede o movimento do diafragma do microfone com um ponto de laser - um sinal de velocidade é derivado da mistura de uma amostra do laser de origem com o laser de retorno modificado por Doppler.
A parte inteligente não é o uso de medições a laser no Instituto, mas a pesquisa usando milhares dessas medições em diferentes condições para encontrar uma técnica repetível que esteja de acordo com o padrão-ouro atual - a incerteza foi eventualmente ± 0.05dB.
As medições foram feitas em nove microfones LS1P (diafragma de 18.6 mm de diâmetro) a 250 Hz e 1 kHz, em centenas de pontos em cada diafragma.
“No final das contas, eles descobriram que a melhor abordagem era usar dados de uma pequena seção no centro dos diafragmas, ocupando apenas 3% da área total da superfície. Mais e mais para as bordas, as medições não eram muito repetíveis ”, de acordo com o NIST. “A ideia de usar apenas a seção central veio de um artigo recente de uma equipe de pesquisadores da República da Coréia e do Japão.”
Comparado com a técnica usual do NIST, “os números concordam muito bem”, pesquisador do NIST Randall Wagner. “Eles eram estatisticamente indistinguíveis um do outro.”
O ± 0.05dB do método de comparação baseado em laser, dito NIST, se compara a ± 0.03dB para o 'método de reciprocidade' padrão-ouro e ± 0.08dB para o método tradicional de 'comparação baseada em reciprocidade'.
Quais são os métodos existentes?
O 'método de reciprocidade' de ponta começa com três microfones de nível padrão, conectados em pares mix-and-match usando um acoplador cheio de hidrogênio, onde se revezam como alto-falante e microfone. Depois que todas as seis combinações foram medidas várias vezes, “os pesquisadores podem ter certeza da sensibilidade de cada um dos três microfones sem a necessidade de um microfone previamente calibrado”, disse o NIST.
A calibração de 'comparação baseada em reciprocidade' usa um dos três microfones recém-calibrados acima como fonte de sinal em uma extremidade do acoplador e o microfone desconhecido na outra.
O método laser Doppler tem um desempenho bom o suficiente para ser usado na indústria, disse o NIST. “Não há nada parecido no mercado agora, não que eu saiba”, disse Wagner. “Estaria em um futuro distante - um tipo de coisa incrível - mas vejo esse trabalho como uma abertura para aplicações comerciais.”
Ele e Allen solicitaram uma patente provisória. Nos próximos meses, eles usarão um vibrômetro a laser mais sensível para examinar uma ampla variedade de tipos de microfones em mais frequências e tentarão reduzir a incerteza o suficiente para competir com a técnica de calibração primária.
“Essa primeira tentativa foi uma espécie de exemplo de como passar por entre as árvores, ver as frutas bem baixas e agarrá-las”, disse Allen.
O trabalho foi publicado como 'Calibração de comparação baseada em laser de microfones padrão de laboratório' em JASA Express Letters - o papel completo e completo pode ser lido sem pagamento.