NIST利用激光计量校准精密麦克风，效率比以往快30%且操作更方便

据美国国家标准与技术研究所(NIST)称，激光测量可以像传统技术一样校准精密麦克风。

在标准实验室中，这种校准是必需的。例如，声级计和助听器测试器中的麦克风，就可以安装在校准链的另一端。

传统的“比较校准”（comparison calibrations），将一个未知的麦克风和一个实验室标准的麦克风暴露在相同的声场中，然后比较输出。声源和麦克风则通过一个密封的空心充氢耦合器连接。

碰巧的是，声音的来源是另一个实验室标准的麦克风，作为扬声器驱动——这些技术只适用于麦克风，而不能反向驱动，比如NIST使用的LS1P类型。

新方法采用激光多普勒振动计，根据NIST的说法，比目前的比较方法快30%左右，因为它是在户外进行的，不需要耦合器或充氢。

这项工作发表在JASA Express Letters上。

“人们一直在寻找一种使用激光的高精度校准方法，但他们还没有找到一种能与现有最精确的方法竞争的方法，”NIST科学家理查德·艾伦(Richard Allen表示。“但现在，我们发现了一种比常规校准方法更好的比较校准方法。”

概念验证技术仅驱动麦克风作为扬声器，并用激光光斑测量麦克风膜片的运动——速度信号是通过将源激光样品与多普勒改进的返回激光混合得到的。

该研究所的聪明之处并不是使用激光测量，而是研究在不同条件下使用数千次这样的测量，以找到一种可重复的技术，与目前的金本位很好地一致——不确定度最终确定为±0.05dB。

研究人员在9个LS1P(直径18.6mm的膜片)麦克风上，以250Hz和1kHz的频率，在每个膜片上的数百个点进行了测量。

“最终，他们发现最好的方法是使用隔膜中心一小部分的数据，这只占总表面积的3%。越靠近边缘，测量结果的重复性就越差。”“只使用中央部分的想法，来自韩国和日本的一个研究团队最近的一篇论文。”

与通常的NIST技术相比，NIST研究员兰德尔·瓦格纳（Randall Wagner）说:“数据非常一致。”“从统计学上看，他们彼此难以区分。”

NIST指出，基于激光的比较方法的±0.05dB不确定度，与金标准的“互惠法”的±0.03dB和传统的“互惠法”的±0.08dB形成了对比。

高端的“互惠法”从三个标准级别的麦克风开始，使用一个充氢耦合器将它们以混合匹配对连接起来，它们轮流充当扬声器和麦克风。NIST说，在对所有六种组合进行多次测量后，“研究人员可以确定三个麦克风中的每一个的灵敏度，而不需要事先校准过的麦克风。”

“基于交互的比较”校准使用上述三个新校准的麦克风中的一个作为耦合器一端的信号源，另一端是未知的麦克风。

NIST说，激光多普勒方法性能良好，足以用于工业。瓦格纳表示:“据我所知，目前市场上还没有这样的产品。“这将是遥远的未来，是一件遥不可及的事情，但我认为这项工作为商业应用打开了大门。”

他和艾伦已经申请了一项临时专利。在接下来的几个月里，他们将使用更灵敏的激光振动计来检测更多频率下的更广泛的麦克风类型，并将努力降低不确定性，以与主要的校准技术竞争。