Metodologia adotada para a avaliação dos transdutores

O método se baseia na comparação do desempenho de transdutores acústicos com o desempenho de emissores acústicos conhecidos. De posse de um transdutor com as características próximas às que se queira reproduzir em um protótipo, a validação é feita por comparação entre eles, contando com que o método de medida ofereça precisão suficiente para o nível de conclusões a relatar. São exemplos destes níveis, se o transdutor for um protótipo inicial, protótipo para certificação em laboratório primário, ou secundário, ou produto pronto para comercializar, sendo de classe comercial, ou

Ө

d ~9cm

industrial, ou militar. Em qualquer uma destas situações, o principal requisito para um método comparativo deste tipo é a repetibilidade nos valores medidos, em condições controladas e idênticas.

O método proposto é composto de três fases, sendo uma de calibração relativa entre os microfones, mais duas fases de avaliação de setores dos diagramas de propagação, primeiro com o transdutor de referência, depois com um transdutor a ser avaliado (para ser validado como boa aproximação do modelo). As diferenças entre os dois diagramas obtidos já fornece indícios sobre o caminho a ser trilhado na correção do protótipo em termos de sua geometria e das dimensões, que influam na diretividade.

Na primeira fase, o procedimento de calibração in situ é feito com a fonte sonora próxima do eixo central da matriz dos microfones, a uma distância de 180 cm, para que as diferenças de posição (ângulo) entre os microfones não sejam significativas a ponto de alterar os valores captados pelos mesmos. O ideal é usar um emissor de som omnidirecional para esta calibração, mas mesmo usando um que seja pouco diretivo, a esta distância o raio da esfera correspondente à propagação da onda já tem raio consideravelmente grande para considerar a onda plana. Soma se a isso a proximidade dos microfones entre si, na matriz, o que diminui o ângulo entre eles, em relação ao emissor.

As duas avaliações de setores dos diagramas de propagação que se seguem à calibração são feitas a uma distância próxima de 20 cm, distante o suficiente para evitar a região de “ ”, mas ao mesmo tempo próximo o suficiente para detectar as diferenças de pressões sonoras entre sinais de microfones, devido à distribuição espacial dos mesmos (variação pressão x ângulos).

Tanto na calibração quanto nas duas tomadas de medidas para comparação, os valores captados pelos microfones passam por processos de normalização. Todos são divididos pelo valor captado pelo microfone localizado no centro da matriz (denominado mic0) – detalhes na FIG.3.21 adiante. O sinal deste não passa por nenhum canal de multiplexador, ele é levado direto a uma entrada de conversão A/D, para ser exposto a uma quantidade menor de possíveis causas de distorções, interferências e ruídos. Desta forma, ele se torna uma referência de qualidade para balizar a confiabilidade dos sinais

de todos os outros microfones e será usado então para normalizar as medidas de todos. Além disso, durante o processo de aquisição de sinais, o microfone central é amostrado junto com todos os 12 conjuntos de microfones que se alternam para chegar aos outros 3 canais de conversão, podendo ser submetido a médias mais longas que garantem menor variância às suas medidas. A normalização ocorre de formas complementares em fases diferentes do método:

Durante a primeira fase, de calibração (distância de 180 cm), é avaliado um fator multiplicativo que ajusta todos os microfones para o mesmo valor, estando expostos a sinais idênticos, em condições idênticas. Para tanto, o valor medido por cada microfone é dividido pelo valor medido pelo microfone de referência e invertido, para obter um fator multiplicativo de calibração, para cada canal.

FatorDeCalibração ( n ) = 1

/

Um microfone que tenha o dobro de sensibilidade do mic0, por exemplo, obtém um fator de calibração de 0,5 a ser aplicado no início do processamento, para compensar sua sensibilidade a mais. Todos os eles devem ser testados para selecionar os mais ajustados entre si (máx = mín x 4). O mic0 tem sempre 1,0 como fator de calibração.

Durante as fases de medida de pressões sonoras dependentes da posição, os valores captados por cada microfone são multiplicados pelo fator de calibração e em seguida, já compensados em suas diferenças de sensibilidade, têm suas medidas normalizadas ao serem divididas (novamente) pelo valor do padrão (mic0). Desta forma, o microfone central sempre exibirá o valor 1,0 e todos os outros receberão valores que indicam o quanto são maiores ou menores que esta referência, ou seja, todas as medidas são relativas a uma referência central.

Para verificar a consistência do processo, repete se a aquisição de sinais para calibração dos microfones, com todas as variações de frequências e amplitudes, em campo aberto. Um terreno gramado (FIG. 3.16b) é conveniente por ser pouco reflexivo, sem construções altas no entorno. Para manter a distância padrão de 180cm foi usado um tripé para fotografia, na falta do apoio mecânico da câmara de espumas (FIG. 3.16a).

FIG. 3.16ª Placa com a matriz de microfones e os 37 cabos (um por

microfone) posicionados por um tripé. Na figura abaixo, a seta aponta para a mesma matriz. FIG. 3.16b Calibração em campo aberto, a seta indica visada direta entre tweeter e a matriz.

Os ensaios foram conduzidos às 4h da manhã para contar com o silêncio, possível apenas depois de cessadas as atividades humanas do campo aberto escolhido. As interferências provocadas pelo vento e por animais de hábito noturno foram contornadas por uma repetição de numerosos ensaios, o que limitou o número de combinações de frequências e intensidades e posições (inclinações do tweeter) a um mínimo necessário para obter médias e comparar com as condições mais satisfatórias obtidas em câmara de espumas.

As vantagens da calibração feita desta forma são notáveis, nas quais que se destacam:

1 – Baixo custo, por dispensar o uso de sensores e equipamentos calibrados e certificados, já que as medidas são todas relativas e normalizadas. O sistema desenvolvido também possibilita usar sensores calibrados, nas situações em que se necessita de medidas absolutas exatas e em consonância com modelos teóricos.

2 – Medidas relativas compensam as variações que ocorrem em comum a todos os sensores, como por exemplo, a variação da intensidade acústica emitida pelo transdutor em teste (tweeter), assim como as diferenças de intensidade acústica média entre o transdutor de referência e o que está em avaliação.

3 – Compensação das variações com a temperatura, pois a calibração é rápida e feita pouco antes das medidas. Se a calibração é feita em um dia frio e as medidas em outro dia, mais quente, as diferenças entre os coeficientes de variação com a temperatura dos sensores e dos circuitos analógicos envolvidos causariam desvios diferentes em cada canal. Para evitar isto, podem ser usados sensores e circuitos compensados para variações com a temperatura, mas têm custo muito mais elevado.