Mesure Calibration des microphones – Wikipedia wiki

Afin de prendre une mesure scientifique avec un microphone, sa sensibilité précise doit être connue (en volts par Pascal). Étant donné que cela peut changer au cours de la durée de vie de l’appareil, il est nécessaire de calibrer régulièrement des microphones de mesure. Ce service est offert par certains fabricants de microphones et par des laboratoires de test indépendants. L’étalonnage des microphones par les laboratoires certifiés devrait finalement être traçable aux normes primaires un institut de mesure (national) qui est un signataire de la coopération internationale de l’accréditation de laboratoire. Ceux-ci pourraient inclure le National Physical Laboratory au Royaume-Uni, PTB en Allemagne, NIST aux États-Unis et le National Mesurement Institute, Australie, où l’étalonnage réciproque (voir ci-dessous) est le moyen internationalement reconnu de réaliser la norme primaire. Les microphones standard de laboratoire calibrés à l’aide de cette méthode sont utilisés au tour pour calibrer d’autres microphones en utilisant des techniques d’étalonnage de comparaison («étalonnage secondaire»), faisant référence à la sortie du microphone «test» par rapport à celui du microphone standard de laboratoire de référence.

La sensibilité d’un microphone varie avec la fréquence (ainsi qu’avec d’autres facteurs tels que les conditions environnementales) et est donc normalement enregistrée comme plusieurs valeurs de sensibilité, chacune pour une bande de fréquence spécifique (voir spectre de fréquence). La sensibilité d’un microphone peut également dépendre de la nature du champ sonore auquel elle est exposée. Pour cette raison, les microphones sont souvent calibrés dans plus d’un champ sonore, par exemple un champ de pression et un champ libre. Selon leur application, les microphones de mesure doivent être testés périodiquement (chaque année ou plusieurs mois, généralement), et après tout événement potentiellement dommageable, comme être abandonné ou exposé à des niveaux sonores au-delà de la plage opérationnelle de l’appareil.

Étalonnage réciproque [ modifier ]]

L’étalonnage de la réciprocité est actuellement la norme primaire privilégiée pour l’étalonnage des microphones de mesure. La technique exploite la nature réciproque de certains mécanismes de transduction tels que le principe du transducteur électrostatique utilisé dans les microphones de mesure du condenseur. Afin d’effectuer un étalonnage réciproque, trois microphones non calibrés

${displayStyle i}$

,

${displaystyle j}$

et

${displaystyle k}$

sont utilisés. Microphones

${displayStyle i}$

et

${displaystyle j}$

sont placés face à face avec un coupleur acoustique bien connu entre leurs diaphragmes, permettant l’impédance de transfert acoustique

${displayStyle z_ {text {ac}}}$

être facilement modélisé. L’un des microphones est ensuite entraîné par un courant

${displayStyle i_ {i}}$

pour agir comme source de son et l’autre répond à la pression générée dans le coupleur, produisant une tension de sortie

${Displaystyle u_ {j}}$

entraînant l’impédance de transfert électrique

${Displaystyle z_ {ij}}$

. À condition que les microphones soient réciproques dans le comportement, ce qui signifie que la sensibilité à circuit ouvert en V / PA en tant que récepteur est la même que la sensibilité dans M³ / S / A en tant qu’émetteur, il peut être démontré que le produit des facteurs de transmission

${displaystyle m_ {i}}$

,

${displaystyle m_ {j}}$

et l’impédance de transfert acoustique est égale à l’impédance de transfert électrique.

${DisplayStyle z_ {ij} = {frac {u_ {j}} {i_ {i}}} = m_ {i}; z_ {text {AC}}}; m_ {j}}}}$

Après avoir déterminé le produit des facteurs de transmission pour une paire de microphones, le processus est répété avec les deux autres combinaisons possibles par paire

${DisplayStyle i}$

et

${DisplayStyle JK}$

. L’ensemble de trois mesures permet ensuite au facteur de transmission de microphone individuel d’être déduit en résolvant trois équations simultanées.

${DisplayStyle m_ {i} = {sqrt {{frac {1} {z_ {text {ac}}}}} {frac {z_ {ij} z_ {ik}} {z_ {jk {jk}}}}}} }}}}}}}}}}}$

L’impédance de transfert électrique est déterminée pendant la procédure d’étalonnage en mesurant le courant et la tension et l’impédance de transfert acoustique dépend du coupleur acoustique.

${displayStyle z_ {text {ac}} = {frac {p} {q}} = {frac {f} {vs ^ {2}}}}$

Les coupleurs acoustiques couramment utilisés sont un champ libre, un champ diffus et une chambre de compression. Pour les conditions de champ libre entre les deux microphones, la pression sonore dans le champ éloigné peut être calculée et elle suit

${displayStyle z _ {{text {AC}} ,, {text {free}}} = {frac {rho _ {0} omega} {4pi r}} e ^ {- {frac {m} {2}} r} e ^ {- j (kr- {frac {pi} {2}})}}$

où

${displaystyle r}$

est la distance entre les microphones. Pour les conditions de champ diffuses suit

${displayStyle z _ {{text {ac}} ,, {text {diff}}} = {frac {rho _ {0} omega} {sqrt {pi a}} { 4pi d_ {c}}}}$

où

${displaystyle a}$

est la zone d’absorption équivalente et

${displaystyle d_{c}}$

est la distance critique pour la réverbération. Pour les conditions de la chambre de compression suit

${DisplayStyle z _ {{text {ac}} ,, {text {comp}}} = {frac {rho _ {0} c ^ {2}} {jomega v_ {0}}}}}}$

où

${displayStyle v_ {0}}$

est le volume d’air dans la chambre.

La technique fournit une mesure de la sensibilité d’un microphone sans avoir besoin de comparaison avec un autre microphone précédemment calibré, et est plutôt traçable pour référencer des quantités électriques telles que le volts et les ohms, ainsi que la longueur, la masse et le temps. Bien qu’un microphone calibré donné ait souvent été calibré par d’autres méthodes (secondaires), tout peut être retracé (par un processus de diffusion) à un microphone calibré en utilisant la méthode de réciprocité dans un institut national de mesure. L’étalonnage de la réciprocité est un processus spécialisé, et parce qu’il constitue la base de la norme principale de pression saine, de nombreux instituts de mesure nationaux ont investi d’importants efforts de recherche pour affiner la méthode et développer des installations d’étalonnage. Un système est également disponible dans le commerce auprès de Brüel & Kjær.

Pour l’acoustique aéroportée, la technique de réciprocité est actuellement la méthode la plus précise disponible pour l’étalonnage des microphones (c’est-à-dire a la plus petite incertitude de la mesure). L’étalonnage de réciprocité du champ libre (pour donner la réponse en champ libre, par opposition à la réponse à la pression du microphone) suit les mêmes principes et à peu près la même méthode que l’étalonnage de la réciprocité de pression, mais en pratique est beaucoup plus difficile à mettre en œuvre. En tant que tel, il est plus habituel d’effectuer un étalonnage réciproque dans un coupleur acoustique, puis d’appliquer une correction si le microphone doit être utilisé dans des conditions de champ libre; Ces corrections sont normalisées pour les microphones standard de laboratoire (CEI / TS 61094-7) et sont généralement disponibles auprès des fabricants de la plupart des types de microphones courants.

Étalonnage à l’aide de pistonphones et de calibrateurs sonores [ modifier ]]

UN pistonphone est un calibrateur acoustique (source sonore) qui utilise un volume de couplage fermé pour générer une pression sonore précise pour l’étalonnage des microphones de mesure. Le principe repose sur un piston conduit mécaniquement à se déplacer à un taux cyclique spécifié, poussant sur un volume fixe d’air auquel le microphone testé est couplé. L’air est supposé être comprimé de manière adiabiquement et le niveau de pression acoustique dans la chambre peut, potentiellement, être calculé à partir des dimensions physiques internes de l’appareil et de la loi sur le gaz adiabatique, ce qui exige que cela exige que cela exige que PVG est une constante, où P est la pression dans la chambre, DANS est le volume de la chambre, et c est le rapport de la chaleur spécifique de l’air à une pression constante à sa chaleur spécifique à un volume constant. Les pistonphones dépendent fortement de la pression ambiante (nécessitant toujours une correction dans les conditions de pression ambiante) et ne sont généralement faits que pour reproduire les basses fréquences (pour des raisons pratiques), généralement 250 Hz. Cependant, les pistonphones peuvent être très précis, avec une bonne stabilité au fil du temps.

Cependant, les pistonphones disponibles dans le commerce ne sont pas des dispositifs calculables et doivent eux-mêmes être calibrés à l’aide d’un microphone calibré si les résultats doivent être traçables; Bien que généralement très stable au fil du temps, il y aura de petites différences dans le niveau de pression acoustique générée entre différents pistons. Étant donné que leur sortie dépend également du volume de la chambre (volume de couplage), les différences de forme et le volume de charge entre différents modèles de microphone auront une influence sur le SPL résultant, nécessitant le pistonphone d’être calibré en conséquence.

Les calibrateurs sonores sont utilisés de manière identique aux pistonphones, offrant un champ de pression acoustique connu dans une cavité à laquelle un microphone de test est couplé. Les calibrateurs sonores sont différents des pistonphones en ce qu’ils travaillent électroniquement et utilisent une source à faible impédance (électrodynamique) pour produire un degré élevé de fonctionnement indépendant de volume. De plus, les appareils modernes utilisent souvent un mécanisme de rétroaction pour surveiller et ajuster le niveau de pression acoustique dans la cavité afin qu’il soit constant quelle que soit la taille de la cavité / microphone. Les calibrateurs sonores génèrent normalement une tonalité sinusoïdale de 1 kHz; 1 kHz est choisi car le SPL pondéré en A est égal au niveau linéaire à 1 kHz. Les calibrateurs du son devraient également être calibrés régulièrement dans un laboratoire d’étalonnage accrédité à l’échelle nationale pour assurer la traçabilité. Les calibrateurs du son ont tendance à être moins précis que les pistonphones, mais sont (nominalement) indépendants du volume de cavité interne et de la pression ambiante.

Les références [ modifier ]]