Mikrofon Kalibrasyonu
Mikrofon kalibrasyonunun temel prosedürleri IEC 61094’te açıklanmıştır.
Standart iki ölçüm yöntemi tanımlamaktadır: Ses basıncı ve serbest alan.
Serbest alan, ses dalgalarının herhangi bir yansıma veya bozulma olmaksızın serbestçe hareket ettiği alandır.
Serbest alan ortamı oluşturmak oldukça zordur. Ancak, yankısız odalarda veya yansıtıcı yüzeylerden uzakta açık havada kalibrasyon için uygun bir serbest alan oluşturabilirsiniz.
Şekil 1 Yankısız Oda
Mikrofonların basınçla ilgili özelliklerinden bahsederken, ses dalgasının genliğinin ve fazının alanın her noktasında aynı olduğunu varsayıyoruz. Bu tür alanlar, boşluğun boyutunun dalga boyuna kıyasla küçük olduğu akustik kalibratörlerde görülür.
Kalibrasyon Ekipman Seti
Aşağıdaki öğeler genellikle kalibrasyon setine dahildir:
- Referans mikrofon;
- Elektrostatik aktüatör;
- Akustik kalibratör;
- Yüksek hassasiyetli ADC ve DAC’ye sahip kontrolör;
- Özel yazılımlı bilgisayar.
Sistem ayrıca bir akustik bağlayıcı da içerebilir.
Akustik kalibratör, mikrofona bilinen bir seviye (dB) ve frekansta ses basıncı sinyali gönderen bir cihazdır.
Elektrostatik aktüatör, elektrik alanının mikrofon membranı üzerindeki doğrudan etkisi yoluyla ses basıncının etkisini taklit eden bir cihazdır.
Şekil 2 Elektostatik uyarıcının çalışma prensibi
- Aktüatör
- Mikrofon Kapsulü
- Ön-Amplifikatör
- Ön-Amplifikatör destek ünitesi
- Voltmetre
- Rezistans
- Kapasitör
- Doğru akım kaynağı
- Jeneratör
Uyarıcının plakasına doğrudan ve alternatif voltajın bir toplamı iletilir. Mikrofonun membranı elektrik alanının etkisi altında titreşmeye başlar. Elektrostatik aktüatörler hakkında ayrıntılı bilgi IEC 61094-6:2004 Frekans tepkisinin belirlenmesi için Elektrostatik aktüatörler de bulunabilir.
Bir mikrofonun hassasiyetini karşılaştırma yoluyla elde etmek için bir bağlayıcı kullanılır. Referans mikrofon ve kalibre edilmiş mikrofon aynı ses basıncı etkisine maruz kalır. Bu durumda duyarlılıkların oranı, bu mikrofonların çıkışlarındaki gerilimlerin oranına eşittir. Kalibre edilmiş mikrofonun hassasiyeti Mcal, referans mikrofonun hassasiyeti ve Ucal / Uref voltajlarının oranı formülünü kullanarak bulunur:
Bağlayıcı kapalı bir çevrim oluşturur ve üst kısımda yüksek kaliteli bir elektrostatik uyarıcı bağlanır. Bağlayıcının içindeki mikrofonların membranları odanın iç duvarlarının bir kısmını oluşturur.
Ses etkisinin referans ve kalibre edilmiş mikrofonlar üzerinde aynı olması için, odanın en büyük boyutu L, havadaki dalganın λ uzunluğundan çok daha küçük olmalıdır. Bu da bağlayıcının maksimum çalışma aralığını 5 kHz ile sınırlar.
Akustik bağlayıcı, pahalı bir çoklu frekans kalibratörünün yerine geçtiği için çok uygun maliyetli bir çözümdür.
Kalibrasyon İşlemleri
Burada kalibrasyon işlemlerini daha ayrıntılı olarak açıklayacağız.
Temel frekansta mikrofon hassasiyetini ölçmek için aşağıda gösterilen şemayı monte edin.
Şekil 3 Temel frekansta mikrofon hassasiyeti belirleme şeması
Bir mikrofonun FRF’sini ölçerken, gerekli voltaj seviyesi önce temel frekansta ayarlanır, böylece mikrofondan gelen sinyal gürültüyü önemli ölçüde aşar.
Bu voltaj daha sonra mikrofonun frekans aralığındaki üçüncü oktav sırasının tüm frekanslarında yeniden üretilir.
Frekansların her biri için, temel frekanstaki hassasiyetten, hassasiyetin kayması aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
- ∆i – i-frekansında hassasiyet kayması, dB;
- ∆i – i-frekansında ölçülen mikrofon çıkış voltajı
- Ubase – temel frekansta ölçülen mikrofon çıkış voltajı
Hassasiyeti her frekansta sırayla ölçme yönteminin iki dezavantajı vardır:
- Ölçüm, otomatik modda bile önemli bir zaman alır;
- Prosedür çok zaman aldığından, gürültü olasılığı artar.
Mikrofonun verilen aralıktaki tüm frekansları içeren bir sinyale tabi tutulduğu bir algoritma ile 20 Hz ila 20 000 Hz aralığında kısa bir sinüs taraması (2 ila 8 saniye) aktüatöre ve onun aracılığıyla mikrofona iletilir.
Bundan sonra, giriş ve çıkış sinyallerinin spektrumları analiz edilir ve mikrofonun FRF’si belirlenir.
Şekil 4 sinüs taramasını kullanma
Aktüatör yoksa veya gerekli temel frekansı sağlamıyorsa, temel frekanstaki hassasiyeti belirlemek için bir akustik bağlayıcı kullanabilirsiniz.
Bu durumda, mikrofonun hassasiyeti aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
Şekil 5 Akustik kuplör kullanılarak mikrofon hassasiyeti hesaplama