Διακρίβωση μικροφώνων αναφοράς με την μέθοδο της αντιστροφής και η εφαρμογή τους στην διακρίβωση μικροφώνων ελεύθερου πεδίου

Κάντε κλικ εδώ για να κατεβάσετε αυτό το έγγραφο

Κωνσταντίνος Ζαχαρίας, Χρήστος Μπαντής

Η ευαισθησία ενός μικροφώνου, δηλαδή η ηλεκτρική τάση που παράγει ένα μικρόφωνο ως προς την ηχητική πίεση, είναι η βασικότερη παράμετρος που προσδιορίζεται κατά την διαδικασία διακρίβωσής του. Η πιο κοινή μέθοδος διακρίβωσης είναι η σύγκριση του υπό διακρίβωση μικροφώνου με ένα εργαστηριακό μικρόφωνο αναφοράς. Τα μικρόφωνα αναφοράς με τη σειρά τους διακριβώνονται εφαρμόζοντας την μέθοδο της αντιστροφής (pressure reciprocity calibration). Η μέθοδος βασίζεται στην αρχή της αντιστροφής του τρόπου λειτουργίας του εργαστηριακού μικροφώνου, δηλαδή ότι μπορεί να λειτουργήσει ως δέκτης αλλά και ως πομπός ηχητικών κυμάτων έχοντας τον ίδιο λόγο απόκρισης προς διέγερση. Η ιδιαιτερότητα της μεθόδου που εφαρμόζεται είναι ότι δεν υπάρχει αναφορά σε κάποια ηχητική ποσότητα όπως η ευαισθησία του μικροφώνου (V/Pa) ή η ηχητική πίεση (Pa), αλλά μόνο σε θεμελιώδεις ηλεκτρικές, μηχανικές και φυσικές παραμέτρους όπως η DC τάση, η συχνότητα, το μήκος, η θερμοκρασία κα. Η προαναφερθείσα μέθοδος διακρίβωσης ονομάζεται απόλυτη ή πρωτεύουσα διακρίβωση και υλοποιείται κυρίως σε Εθνικά Μετρολογικά Ινστιτούτα όπως το Ελληνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας – Ε.Σ.Υ.Π. Όλα τα παραπάνω κωδικοποιήθηκαν στο πρότυπο IEC 61094-2 σύμφωνα με το οποίο, για την διακρίβωση απαιτούνται τρία εργαστηριακά μικρόφωνα τα οποία συνδυάζονται ανά δύο (συνολικά τρεις συνδυασμοί) και συνδέονται ακουστικά μεταξύ τους μέσω του αέρα που περιέχεται εντός της κυλινδρικής κοιλότητας που σχηματίζεται από ένα συζεύκτη (coupler). Έτσι σε κάθε ζεύγος το μικρόφωνο που λειτουργεί ως ηχητική πηγή (πομπός) δημιουργεί εντός της κοιλότητας μία ηχητική πίεση η οποία μετράται από το μικρόφωνο που λειτουργεί ως δέκτης. Εφαρμόζοντας τις βασικές εξισώσεις τεσσάρων ακροδεκτών οι οποίες ισχύουν για ένα εργαστηριακό μικρόφωνο αναφοράς, προκύπτει για κάθε ζεύγος μικροφώνων και ένα αντίστοιχο γινόμενο των συντελεστών ευαισθησίας τους για το ηχητικό πεδίο πίεσης. Επιλύοντας το σύστημα των τριών εξισώσεων για τα τρία ζεύγη, προκύπτουν οι ευαισθησίες πίεσης των τριών μικροφώνων. Μετά τον προσδιορισμό της ευαισθησίας πίεσης του μικροφώνου αναφοράς, το μικρόφωνο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διακρίβωση ενός μικροφώνου εργασίας (working standard) ελεύθερου πεδίου, σύμφωνα με την μέθοδο της διαδοχικής σύγκρισης του IEC 61094-8. Η διακρίβωση πραγματοποιείται σε ανηχωικό θάλαμο και με την χρήση κατάλληλης ηχητικής πηγής μετράται η τάση εξόδου dBV(r) του μικροφώνου αναφοράς. Στην συνέχεια, διατηρώντας σταθερές συνθήκες μέτρησης, αντικαθίσταται το μικρόφωνο αναφοράς με το μικρόφωνο ελεύθερου πεδίου και μετράται η τάση εξόδου dBV(f). Εφαρμόζοντας την τεχνική οδηγία IEC TS 61094-7, υπολογίζεται η τιμή της ευαισθησίας ελευθέρου πεδίου του μικροφώνου αναφοράς από την ευαισθησία πίεσής του. Η διαφορά των τάσεων ΔdB=dBV(f)- dBV(r) οφείλεται στην διαφορά των ευαισθησιών ελεύθερου πεδίου των μικροφώνων ελεύθερου πεδίου και αναφοράς αντιστοίχως. Οπότε προσθέτοντας την διαφορά, ΔdB, στην ευαισθησία ελεύθερου πεδίου του μικροφώνου αναφοράς, προσδιορίζεται η ευαισθησία του μικροφώνου εργασίας ελεύθερου πεδίου.