Para realizar una medición científica con un micrófono , se debe conocer su sensibilidad precisa (en voltios por pascal ). Dado que esto puede cambiar durante la vida útil del dispositivo, es necesario calibrar regularmente los micrófonos de medición. Este servicio lo ofrecen algunos fabricantes de micrófonos y laboratorios de pruebas independientes. La calibración del micrófono por parte de laboratorios certificados debe ser, en última instancia, trazable a los estándares primarios de un Instituto de Medición (Nacional) que sea signatario de la Cooperación Internacional de Acreditación de Laboratorios . Estos podrían incluir el Laboratorio Nacional de Física en el Reino Unido, PTB en Alemania, NIST en los EE. UU. y el Instituto Nacional de Medición de Australia , donde la calibración de reciprocidad (ver a continuación) es el medio reconocido internacionalmente para realizar el estándar primario. Los micrófonos estándar de laboratorio calibrados con este método se utilizan a su vez para calibrar otros micrófonos utilizando técnicas de calibración de comparación ("calibración secundaria"), haciendo referencia a la salida del micrófono de "prueba" contra la del micrófono estándar de laboratorio de referencia.
La sensibilidad de un micrófono varía con la frecuencia (así como con otros factores como las condiciones ambientales) y, por lo tanto, normalmente se registra como varios valores de sensibilidad, cada uno para una banda de frecuencia específica (consulte el espectro de frecuencia ). La sensibilidad de un micrófono también puede depender de la naturaleza del campo sonoro al que está expuesto. Por este motivo, los micrófonos suelen calibrarse en más de un campo sonoro, por ejemplo, un campo de presión y un campo libre. Dependiendo de su aplicación, los micrófonos de medición deben probarse periódicamente (cada año o varios meses, por lo general) y después de cualquier evento potencialmente dañino, como una caída o la exposición a niveles de sonido que superen el rango operativo del dispositivo.
La calibración de reciprocidad es actualmente el estándar primario preferido para la calibración de micrófonos de medición. La técnica explota la naturaleza recíproca de ciertos mecanismos de transducción como el principio del transductor electrostático utilizado en micrófonos de medición de condensador . Para llevar a cabo una calibración de reciprocidad, se utilizan tres micrófonos no calibrados y . Los micrófonos y se colocan uno frente al otro con un acoplador acústico bien conocido entre sus diafragmas , lo que permite modelar fácilmente la impedancia de transferencia acústica . Luego , uno de los micrófonos es impulsado por una corriente para actuar como fuente de sonido y el otro responde a la presión generada en el acoplador, produciendo un voltaje de salida que resulta en la impedancia de transferencia eléctrica . Siempre que los micrófonos tengan un comportamiento recíproco, lo que significa que la sensibilidad de circuito abierto en V/Pa como receptor es la misma que la sensibilidad en m 3 /s/A como transmisor, se puede demostrar que el producto de los factores de transmisión , , y la impedancia de transferencia acústica es igual a la impedancia de transferencia eléctrica.
Una vez determinado el producto de los factores de transmisión de un par de micrófonos, se repite el proceso con las otras dos posibles combinaciones por pares y . El conjunto de tres mediciones permite deducir el factor de transmisión de cada micrófono individual mediante la resolución de tres ecuaciones simultáneas.
La impedancia de transferencia eléctrica se determina durante el procedimiento de calibración midiendo la corriente y el voltaje y la impedancia de transferencia acústica depende del acoplador acústico.
Los acopladores acústicos más utilizados son el campo libre , el campo difuso y la cámara de compresión. Para las condiciones de campo libre entre los dos micrófonos, se puede calcular la presión sonora en el campo lejano y se obtiene lo siguiente:
¿Dónde está la distancia entre los micrófonos? Para condiciones de campo difuso sigue
donde es el área de absorción equivalente y es la distancia crítica para la reverberación. Para las condiciones de la cámara de compresión se sigue
¿Dónde está el volumen de aire en la cámara?
La técnica proporciona una medición de la sensibilidad de un micrófono sin necesidad de comparación con otro micrófono calibrado previamente, y en cambio es rastreable a cantidades eléctricas de referencia como voltios y ohmios , así como longitud , masa y tiempo . Aunque un micrófono calibrado dado a menudo habrá sido calibrado por otros métodos (secundarios), todos pueden rastrearse (a través de un proceso de difusión ) hasta un micrófono calibrado utilizando el método de reciprocidad en un Instituto Nacional de Medición. La calibración de reciprocidad es un proceso especializado y, debido a que forma la base del estándar primario para la presión del sonido, muchos institutos nacionales de medición han invertido importantes esfuerzos de investigación para refinar el método y desarrollar instalaciones de calibración. También hay un sistema disponible comercialmente de Brüel & Kjær .
En el caso de la acústica aérea, la técnica de reciprocidad es actualmente el método más preciso disponible para la calibración de micrófonos (es decir, tiene la menor incertidumbre de medición ). La calibración de reciprocidad en campo libre (para obtener la respuesta en campo libre, en contraposición a la respuesta de presión del micrófono) sigue los mismos principios y aproximadamente el mismo método que la calibración de reciprocidad de presión, pero en la práctica es mucho más difícil de implementar. Por ello, es más habitual realizar la calibración de reciprocidad en un acoplador acústico y luego aplicar una corrección si el micrófono se va a utilizar en condiciones de campo libre; dichas correcciones están estandarizadas para los micrófonos estándar de laboratorio (IEC/TS 61094-7) y, por lo general, están disponibles a través de los fabricantes de la mayoría de los tipos de micrófonos más comunes.
AEl pistónfono es un calibrador acústico (fuente de sonido) que utiliza un volumen de acoplamiento cerrado para generar una presión de sonido precisa para la calibración de micrófonos de medición. El principio se basa en unpistónimpulsado mecánicamente para moverse a una velocidad cíclica específica, empujando un volumen fijo de aire al que está acoplado el micrófono bajo prueba. Se supone que el aire está comprimidoadiabáticamentey elnivel de presión de sonidoen la cámara se puede calcular, potencialmente, a partir de las dimensiones físicas internas del dispositivo y laadiabáticos, que requiere quePVγsea una constante, dondePes la presión en la cámara,Ves el volumen de la cámara yγes la relación entre el calor específico del aire a presión constante y sucalor específicoa volumen constante. Los pistónfonos dependen en gran medida de la presión ambiental (siempre requieren una corrección a las condiciones de presión ambiental) y generalmente solo están hechos para reproducir frecuencias bajas (por razones prácticas), típicamente 250 Hz. Sin embargo, los pistónfonos pueden ser muy precisos, con buena estabilidad en el tiempo.
Sin embargo, los pistófonos disponibles comercialmente no son dispositivos calculables y deben calibrarse mediante un micrófono calibrado para que los resultados sean trazables; aunque generalmente son muy estables a lo largo del tiempo, habrá pequeñas diferencias en el nivel de presión sonora generado entre diferentes pistófonos. Dado que su salida también depende del volumen de la cámara (volumen de acoplamiento), las diferencias en la forma y el volumen de carga entre los diferentes modelos de micrófono influirán en el SPL resultante, lo que requerirá que el pistófono se calibre en consecuencia.
Los calibradores de sonido se utilizan de forma idéntica a los pistófonos, proporcionando un campo de presión sonora conocido en una cavidad a la que se acopla un micrófono de prueba. Los calibradores de sonido se diferencian de los pistófonos en que funcionan electrónicamente y utilizan una fuente de baja impedancia (electrodinámica) para producir un alto grado de funcionamiento independiente del volumen. Además, los dispositivos modernos suelen utilizar un mecanismo de retroalimentación para supervisar y ajustar el nivel de presión sonora en la cavidad de modo que sea constante independientemente del tamaño de la cavidad o del micrófono. Los calibradores de sonido normalmente generan un tono sinusoidal de 1 kHz; se elige 1 kHz ya que el SPL ponderado A es igual al nivel lineal a 1 kHz. Los calibradores de sonido también deben calibrarse periódicamente en un laboratorio de calibración acreditado a nivel nacional para garantizar la trazabilidad. Los calibradores de sonido tienden a ser menos precisos que los pistófonos, pero son (nominalmente) independientes del volumen de la cavidad interna y de la presión ambiental.
