麥克風(microphone)是量測聲音壓力的感測器(sensor)，振動噪音工程師在量測產品的聲音，都需要借助麥克風進行量測。量測的聲音壓力訊號如何確保其正確性呢？當然需要透過感測器的校正(calibration)程序，本單元就來介紹「麥克風」的校正！
要進行「麥克風」校正，需要有標準音源器(Sound
Level Calibrator)，以及一部「頻譜分析儀」 (FFT Spectrum Analyzer)。
先前單元：【為什麼標準音源器取1kHz，94dB及114dB】，已經介紹了「標準音源器」的動作原理，本單元將應用「標準音源器」對麥克風進行校正。在此須附註：本單元介紹的是實驗室級的校正方法；麥克風的校正仍需要由通過「國家度量衡標準實驗室」認證之公正單位，定期進行麥克風感測器之校正。
如圖示將麥克風插入安置於「標準音源器」，其設定為94dB的訊號輸出，麥克風另一端透過連接線接到「頻譜分析儀」。頻譜分析儀的主要設定有：
1. 量測頻道設定(channel setup)：有三個主要設定，(1)選擇視窗加權函數(window)設定為Flat-Top，理由：因為「標準音源器」發出的是簡諧波，且希望有正確的簡諧波振幅解析。(2)設定感測器靈敏度(sensitivity)，圖示範例為46.44 mV/Pa，也就是電壓值為46.44mV時，聲音壓力為1 Pa。(3)設定0 dB的參考值，Pref=20μPa=2e-05 Pa，理由：依照「聲音壓力位準」分貝值dB的定義。
2. 快速傅立葉轉換參數設定(FFT setup)：(1)設定有效頻寬fc=2000 Hz，因為「標準音源器」的信號是1000Hz。(2) 設定頻率域有效解析條數Nc=3200，所以，可得到頻率解析度df=0.625 Hz。(3)觸發(trigger)設定為Free Run，也就是訊號的時間零點由量測軟體任意設定。(4)平均次數Average=3，因為是穩定音源。
由圖示的量測視窗，上半部是時間歷程訊號，下半部是自身功率頻譜密度函數(auto power spectral density function)，簡寫Auto PSD。量測視窗的重要討論如下：
1. 時間歷程的聲音壓力訊號，確實呈現簡諧波特徵，時間域振幅值接近1.4，在+/- 1.4之間波動，也就是聲音壓力之振幅大小為 1.4 Pa左右，此乃因為「標準音源器」是1000 Hz簡諧波，Prms=1 Pa，而振幅P=sqrt(2)*Prms，所以，P=1.414*Prms。
2. 在Auto PSD呈現的頻譜圖，注意y軸的單位是dB (Urms)，所以可以得到在x:1022 Hz，y:93.89 dB~=94dB，正確的頻譜圖。因此，可以判斷此麥克風的靈敏度設定與量測連線的組合，有正常正確的聲音壓力量測結果，符合1000 Hz簡諧波，Prms=1 Pa的聲音壓力特徵。
綜合本單元的說明，欲進行「麥克風」校正，振動噪音量測工程師必須認知：
1. 要進行「麥克風」校正，需要有標準音源器(Sound
Level Calibrator)，以及一部「頻譜分析儀」 (FFT Spectrum Analyzer)。
2. 充分了解「標準音源器」的動作原理，是1kHz簡諧波，有94dB及114dB兩個「聲音壓力位準」選項。
3. 熟悉「頻譜分析儀」的操作，包括：量測頻道設定(channel setup)、快速傅立葉轉換參數設定(FFT setup)及量測視窗的顯示功能。
4. 需要正確的判讀頻譜圖(spectrum)，本單元介紹了Auto PSD。由於，標準音源器(Sound Level Calibrator)的「聲音壓力位準」是94dB，代表的是Prms=1 Pa，Auto PSD的顯示單位要正確的對應。
本單元簡單說明【如何進行「麥克風」校正？】，希望對讀者有所幫助。
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2018.01.09
0 意見:
張貼留言