측정 마이크 보정

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마이크로 과학적으로 측정하기 위해서는 정확한 감도를 알아야 한다(파스칼 당 볼트). 이는 기기의 수명 동안 변경될 수 있으므로 정기적으로 측정 마이크를 보정해야 한다. 이 서비스는 일부 마이크 제조업체와 독립 시험소가 제공한다. 인증된 실험실의 마이크 교정은 궁극적으로 국제실험실인가협력의 서명자인 (국가)측정연구소(National)의 기본 표준에 따라 추적 가능해야 한다. 여기에는 상호주의 교정(아래 참조)이 기본 표준을 실현하기 위해 국제적으로 공인된 수단인 영국의 국립물리연구소, 독일의 PTB, 미국의 NIST 및 오스트레일리아의 국립측정연구소가 포함될 수 있다. 이 방법을 사용하여 보정된 실험실 표준 마이크는 비교 교정 기법('2차 보정')을 사용하여 다른 마이크를 교정하기 위해 차례대로 사용되며, 기준 실험실 표준 마이크에 대한 '테스트' 마이크의 출력을 참조한다.

마이크의 민감도는 주파수(환경 조건과 같은 다른 요소도 포함)에 따라 다르며, 따라서 일반적으로 특정 주파수 대역에 대해 각각 몇 개의 민감도 값으로 기록된다(주파수 스펙트럼 참조). 마이크로폰의 민감도는 또한 마이크로폰이 노출되는 음장의 특성에 따라 달라질 수 있다. 이러한 이유로 마이크로폰은 둘 이상의 사운드 필드(예: 압력 필드, 자유 필드)에서 보정되는 경우가 많다. 측정 마이크는 용도에 따라 정기적으로(일반적으로 매년 또는 수개월) 시험해야 하며, 기기의 작동 범위를 벗어나는 소리 수준에 떨어지거나 노출되는 등 잠재적으로 손상될 수 있는 사건이 발생한 후에 시험해야 한다.

상호교정교정

상호주의 교정은 현재 측정 마이크로폰 교정을 위해 선호하는 기본 표준이다. 이 기법은 콘덴서 측정 마이크에 사용되는 정전기 변환기 원리와 같은 특정 전달 메커니즘의 상호적 특성을 이용한다. 상호교정 교정을 수행하기 위해 보정되지 않은 $마이크{\displaystyle }$ i ${\displaystyle i$ $j{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ j$},$ $k$ ${\displaystyle k}$ 3개가$$ 사용된다. 마이크 $i{\displaystyle }$ ${\displaystyle i}$ 및$$ $j{\displaystyle }$ ${\displaystyle j}$이(가) 다이아프램 사이에 잘 알려진 음향 커플러를 서로 마주보고 배치되어 있어$$ 음향 전달 임피던스 Z$${\$displaysty Z_{\text{ac}}}}}$을(를) 쉽게 모델링할 수 있다$$. 그 다음 마이크 중 하나는 전류 ${\displaystyle I_{}}$ ${\$I_{$i}$에 의해 구동되어$$ 음원으로 작용하고 다른 하나는 커플러에서 생성되는 압력에 반응하여 출력 전압 U ${\displaystyle j_{}}$ ${\$를 생성하여 전기$$ 전달 임피던스 Z $i{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle j_{}}$ ${\$가 제공된다$.$hatt 마이크로폰은 동작에서 역수이며, 이는 수신기로서 V/Pa의 개방 회로 감도가 송신기로서 m³/s/A의 감도와 동일하다는 것을 의미하며, 전송 $계수{\displaystyle {}_{}}$ M ${\displaystyle i_{}}$ ${\$ $M{\displaystyle {}_{}}$ j ${\$ 그리고 음향 전달 임피던스 eq의 산물을 보여줄 수 있다.전기 전달 임피던스를 uals한다.

${\displaystyle Z_{ij}={\frac {U_{j}}}{{displaystyle Z_{ij}}}I_{i}}=M_{i}\;Z_{\text{ac}}\;;M_{j}}$

한 쌍의 마이크에 대한 전송 인자의 곱을 결정한 후, 이 프로세스는 가능한 다른 두 쌍의 조합 ${\displaystyle i}$ k ${\displaystyle ik}$ 및 $j$ ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle jk}$을(를) 사용하여 반복된다$.$ 그런 다음 3개의 측정 세트를 통해 3개의 동시 방정식을 풀어서 개별 마이크 전송 계수를 추론할 수 있다.

${\displaystyle M_{i}={\sqrt{1}{{Z_{\text{ac}}}}{\frac{Z_{ij}Z_{ik}}}{Z_{jk}}}}}}}}}}}}}}}:{\frac {Z_{jk}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

전기 전달 임피던스는 교정 절차 중에 전류와 전압을 측정하여 결정되며 음향 전달 임피던스는 음향 연결기에 따라 달라진다.

${\displaystyle Z_{\text{ac}}={\frac {p}{Q}}={\frac {F}{vS^{2}}:}$

일반적으로 사용되는 음향 쿠플러는 자유장, 확산장 및 압축실이다. 두 마이크 사이의 자유장 조건의 경우 먼 필드의 음압을 계산할 수 있으며 다음과 같이 된다.

${\displaystyle Z_{\text{ac},\\\text{free}}={\frac {\rho_}{0}\opho_}{4\pi r}e^{-{\frac}{{m}}}}e^{-j(kr-{\frac {\frac {}}}}}{}pi{}{}{}}}}}{{}}}}:{}:{}:{}:{}2}}:2}})})}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

여기서 $r{\displaystyle }$ ${\displaystyle r}$은(는) 마이크 사이의 거리. 확산의 경우 필드 조건이 다음과 같다.

${\displaystyle Z_{\text{ac},\,\\text{diff}}={\frac {\rho_{0}\rho_{\pi A}}={\rac {\rho_{0}\pi d_{c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

여기서 $A{\displaystyle }$ ${\displaystyle A}$은(는) 동등한 흡수 영역이고 d ${\displaystyle c_{}}$ ${\$는 반향에 대한 임계 거리다. 압축 챔버의 경우 다음과 같이 하십시오.

${\displaystyle Z_{\text{ac},\,\\text{comp}}={\frac {\rho_{0}c^{2}}{j\omega V_{0}}}}}}}}}$

여기서 $V{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$는 챔버 내의 공기량이다$$.

이 기법은 이전에 보정된 다른 마이크와 비교할 필요 없이 마이크의 민감도를 측정할 수 있으며, 대신 전압과 옴, 길이, 질량 및 시간과 같은 전기적 양을 기준으로 추적할 수 있다. 주어진 보정 마이크는 종종 다른 (2차) 방법에 의해 보정되지만, 모든 것은 (보급 과정을 통해) 국립 측정 연구소에서 상호주의 방법을 사용하여 보정된 마이크에 다시 추적될 수 있다. 상호교정교정은 전문가 과정으로 음압의 1차 표준의 기초를 형성하기 때문에 많은 국가 측정 기관들이 방법을 다듬고 교정 시설을 개발하기 위해 상당한 연구 노력을 투자해 왔다. 브뤼엘&케이드르로부터도 시스템을 상업적으로 이용할 수 있다.

공중 음향학의 경우 상호주의 기법은 현재 마이크 교정에 사용할 수 있는 가장 정밀한 방법(즉, 측정 불확도가 가장 작음)이다. 자유장 상호주의 교정(마이크의 압력 반응과는 반대로 자유장 반응을 주는 것)은 압력 상호주의 교정법과는 같은 원리, 대략 같은 방법을 따르지만 실제로는 훨씬 실행하기 어렵다. 따라서 음향 커플러에서 상호주의 보정을 수행한 다음 마이크를 자유장 조건에서 사용하려면 보정을 적용하는 것이 더 일반적이다. 이러한 보정은 실험실 표준 마이크로폰(IEC/TS 61094-7)에 표준화되고 일반적으로 대부분의 일반 마이크 유형의 제조업체에서 사용할 수 있다.

피스톤폰 및 사운드 캘리브레이터를 이용한 보정

피스톤폰(pistonphone)은 닫힌 커플링 볼륨을 사용하여 측정 마이크의 교정을 위해 정확한 음압을 생성하는 음향 보정기(음원)이다. 원리는 기계적으로 구동되는 피스톤에 의존하여 지정된 순환 속도로 이동하며, 시험 중인 마이크가 결합되는 고정된 공기의 부피를 밀어낸다. 공기는 단극적으로 압축된 것으로 가정하며 잠재적으로 챔버 내의 음압 수준은 PVγ가 상수여야 하는 장치 및 단극 가스 법칙의 내부 물리적 치수로부터 계산될 수 있다. 여기서 P는 챔버 내의 압력이고 V는 챔버의 체적이며 γ은 특정 h의 비율이다.일정한 부피의 특정 열에 일정한 압력으로 공기를 섭취한다. 피스톤폰은 주변 압력에 크게 의존하며(항상 주변 압력 조건에 대한 보정이 필요함) 일반적으로 낮은 주파수(실용적 이유로)만 재생성하도록 만들어진다(일반적으로 250Hz). 그러나 피스톤폰은 시간이 지남에 따라 안정성이 좋아 매우 정밀할 수 있다.

그러나 상용화된 피스톤폰은 석회화 가능한 장치가 아니며, 결과가 추적가능하려면 보정된 마이크를 사용하여 보정해야 한다. 일반적으로 시간이 지남에 따라 매우 안정적이지만, 다른 피스톤폰 간에 발생하는 음압 수준에 작은 차이가 있을 것이다. 또한 이들의 출력은 챔버의 부피(커플링 볼륨)에 따라 달라지기 때문에, 서로 다른 모델의 마이크 간 모양과 부하 부피의 차이가 결과 SPL에 영향을 미치기 때문에 피스톤폰은 그에 따라 보정되어야 한다.

사운드 캘리브레이터는 피스톤폰과 동일한 방식으로 사용되며, 테스트 마이크가 연결된 캐비티에서 알려진 음압장을 제공한다. 사운드 캘리브레이터는 전자적으로 작동하며 저임피던스(전동적) 소스를 사용해 고도로 볼륨 독립작전을 구현한다는 점에서 피스톤폰과 다르다. 더욱이 현대의 기기들은 종종 피드백 메커니즘을 사용하여 충치/마이크 크기에 관계없이 일정하게 되도록 충치의 음압 수준을 감시하고 조정한다. 사운드 캘리브레이터는 일반적으로 1kHz 사인 톤을 생성하며, A-가중치 SPL은 1kHz의 선형 레벨과 같으므로 1kHz가 선택된다. 또한 소음 교정기는 추적가능성을 보장하기 위해 국가 인가 교정 실험실에서 정기적으로 교정해야 한다. 사운드 캘리브레이터는 피스톤폰보다 정밀도가 떨어지는 경향이 있지만 내부 공동 부피 및 주변 압력과 (공칭적으로) 독립적이다.

참조