Come calibrare un fonometro su smartphone o portatile

Il microfono di uno smartphone o di un portatile di consumo, appena uscito di fabbrica, è di solito scostato di 5 – 15 dB rispetto a un fonometro di classe 2 calibrato. Non è un difetto: è la conseguenza inevitabile di usare come strumento di misura un dispositivo pensato per la telefonia e la cancellazione del rumore. La buona notizia: ripulire la maggior parte di quell'errore richiede cinque minuti, non serve attrezzatura speciale, e porta il fonometro da browser di questo sito entro ±2 dB da un riferimento per le gamme tipiche ambientali e occupazionali.

Questa pagina descrive tre metodi di calibrazione (in ordine di precisione e praticità), spiega come inserire l'offset nelle impostazioni ed è onesta su ciò che l'hardware di consumo non può fare.

Perché conta la calibrazione

La scala dei decibel è ancorata a un riferimento fisico fisso: 0 dB SPL = 20 micropascal (µPa) di variazione di pressione. Un fonometro correttamente calibrato, esposto a un segnale di riferimento di 94 dB SPL, mostra esattamente 94 dB. Qualunque valore inferiore è un bias di misura — uno sfasamento costante fra il livello reale del suono e il numero a schermo.

Tre fonti di bias dominano nell'hardware di consumo:

• Tolleranze di sensibilità del microfono. I microfoni MEMS di smartphone e portatili sono tipicamente specificati a −38 dBV/Pa ± 3 dB. Quei ±3 dB si traducono direttamente in ±3 dB di bias prima di qualunque altro fattore.
• Guadagno del preamplificatore e scaling dell'ADC. La catena dal microfono al valore di campione digitale aggiunge qualche decibel di variabilità e non è standardizzata fra dispositivi.
• Elaborazione della catena audio. La maggior parte dei sistemi operativi e dei browser applica controllo automatico di guadagno (AGC), cancellazione d'eco, soppressione del rumore ed equalizzazione all'ingresso microfono. Ognuno modifica la relazione fra SPL della stanza e valore di campione digitale, spesso in modo non lineare con il livello.

Il fonometro di questo sito chiede il microfono con l'elaborazione disattivata dove la piattaforma lo consente (echoCancellation: false, noiseSuppression: false, autoGainControl: false nei vincoli getUserMedia). Anche così, l'elaborazione residua e le tolleranze del microfono fanno sì che ogni dispositivo benefici di una calibrazione iniziale.

Metodo 1 — Confronto con un SLM di riferimento (l'opzione pratica di default)

Se ha accesso a un fonometro di classe 2 calibrato (suo, di un collega, dell'ufficio prevenzione), questa è la calibrazione più semplice e affidabile. Cattura lo scostamento in condizioni reali e richiede circa cinque minuti.

1. Metta i due fonometri vicini. Posizioni smartphone o portatile col nostro fonometro accanto al SLM di riferimento, microfoni alla stessa altezza e orientamento, idealmente a meno di 5 cm uno dall'altro.
2. Scelga una sorgente stabile di livello medio. Una sorgente costante a banda larga fra 60 e 80 dB è ideale: un ventilatore in funzione, una bocchetta di ventilazione, il segnale acustico di un telefono in vivavoce. Eviti musica con transitori marcati e ambienti molto silenziosi dove dominerebbe il rumore di fondo di uno dei due.
3. Imposti i due con gli stessi parametri. Ponderazione A, tempo Slow su entrambi. Slow liscia le fluttuazioni brevi che renderebbero rumoroso il confronto.
4. Media 30 – 60 secondi. Legga le due letture. La maggior parte dei SLM di riferimento mostra un Leq scorrevole; sul nostro fonometro guardi la statistica Avg.
5. Calcoli lo scostamento. Lettura di riferimento meno la nostra, in dB. Se il riferimento segna 70 dBA e il nostro 65 dBA, lo scostamento è +5 dB.
6. Inserisca lo scostamento nelle impostazioni. Apra il menu ingranaggio, scorra fino a "calibration offset", inserisca il valore calcolato (con il segno) e salvi.

Un secondo confronto di 30 secondi dopo l'inserimento dovrebbe mostrare i due fonometri entro 1 dB l'uno dall'altro. Se restano oltre 2 dB di differenza su una sorgente stabile, la risposta in frequenza del suo dispositivo non è piatta sullo spettro della sorgente di test: provi con una sorgente a banda larga come un ventilatore o una bocchetta, non una sorgente tonale come un televisore.

Metodo 2 — Calibratore acustico (lo standard di riferimento)

Igienisti industriali e ricercatori in acustica calibrano con un pistonfono o un calibratore acustico: un dispositivo che si accoppia sul microfono e produce un tono di riferimento preciso, tipicamente 94 dB SPL o 114 dB SPL a 1 kHz, riferibile a campioni nazionali (IEC 60942 classe 1 o classe 2).

Se vi ha accesso (per esempio dal team prevenzione o ingegneria audio):

1. Accoppi il calibratore al microfono. È lo step scomodo su smartphone o portatile, perché la maggior parte degli accessi al microfono è troppo piccola, incassata o disallineata per l'accoppiatore. Un piccolo pezzo di espanso adattatore o di nastro aiuta, ma la tenuta non sarà mai perfetta.
2. Attivi il calibratore (94 dB SPL, 1 kHz). Tenga il nostro fonometro in funzione 30 secondi in ponderazione A e Fast.
3. Calcoli lo scostamento. 94 meno quanto segna il nostro fonometro. Inserisca il valore nelle impostazioni.

Il metodo del calibratore è, per costruzione, il più preciso, ma la forma dei microfoni di consumo limita la qualità dell'accoppiamento al diaframma reale. Per la maggior parte delle persone il metodo 1 (SLM di riferimento nella stessa stanza) dà risultati indistinguibili con molto meno disturbo.

Metodo 3 — Linea base di silenzio (ultima risorsa)

Senza SLM di riferimento né calibratore, può ancorare il fonometro contro un livello silenzioso noto. È il meno preciso dei tre metodi, ma serve solo il dispositivo e una stanza tranquilla.

1. Trovi uno spazio silenzioso di livello noto. Una camera tranquilla di notte è tipicamente fra 30 e 35 dBA; uno studio domestico trattato acusticamente può essere a 25 dBA; una sala di lettura di biblioteca tra 35 e 40 dBA.
2. Lasci che la stanza si stabilizzi. Smetta di camminare, tenga fermo il dispositivo, chieda silenzio ai presenti. Imposti il nostro fonometro su Slow, A, per 60 secondi.
3. Confronti col valore atteso. Una camera tranquilla tipica segna fra 30 e 35 dBA su un fonometro calibrato. Se in un posto che descriverebbe come "camera tranquilla" il suo fonometro segna 25 dBA, lo scostamento è di circa +5 a +8 dB. Se invece segna 50 dBA, il dispositivo sovrastima di 15 – 20 dB e lo scostamento è negativo.

Il metodo è grossolano — dipende dalla sua classificazione dell'ambiente — ma per chi non ha materiale di riferimento porta la calibrazione nel giusto ordine di grandezza ed evita letture assurde. Decisamente meglio del non calibrare.

Configurare il calibration offset

Una volta in possesso della cifra, la inserisce nel fonometro:

1. Clicchi sull'icona ingranaggio (in alto a destra del fonometro).
2. Localizzi il campo calibration offset.
3. Inserisca lo scostamento incluso il segno. Esempi: +5 se il fonometro legge 5 dB sotto al riferimento; -3 se legge 3 dB sopra.
4. Salvi.

Lo scostamento è memorizzato nello storage locale del browser per quell'origine e quel dispositivo, dunque persiste fra sessioni. Non è sincronizzato fra dispositivi: smartphone e portatili di solito richiedono valori diversi, e perfino due telefoni dello stesso modello possono differire di qualche decibel.

Se vuole testare più dispositivi, annoti lo scostamento di ciascuno separatamente. Profili nominati per dispositivo sono in roadmap; per ora va ricordato a memoria.

Quando ricalibrare

Alcune situazioni giustificano la ricalibrazione:

• Dispositivo o browser nuovi. La catena audio differisce fra Chrome, Firefox e Safari, e fra versioni di sistema operativo. Dopo un aggiornamento maggiore, ricalibri se le letture derivano.
• Microfono nuovo. I microfoni USB e Bluetooth hanno calibrazione propria. Il Bluetooth è particolarmente complicato perché il codec può modificare in modo non lineare il livello percepito.
• Cambi significativi di temperatura o umidità. I MEMS derivano con l'ambiente, ma l'effetto è piccolo (sub-decibel) in condizioni interne tipiche.
• Discrepanza con un riferimento noto. Se una misura si discosta di oltre 5 dB da un riferimento pubblicato su una sorgente stabile, ricalibri prima di considerare reale la differenza.

Un controllo mensile contro lo stesso ambiente di riferimento (stesso ventilatore nella stessa stanza) è una buona abitudine se usa il fonometro per decisioni che contano.

Cosa la calibrazione non può aggiustare

Tre limiti dell'hardware di consumo non si risolvono con uno scostamento.

Saturazione al SPL massimo

La maggior parte dei microfoni di smartphone e portatili satura — lo stadio analogico arriva al tetto e il segnale digitale smette di essere proporzionale all'ingresso — fra 95 e 110 dB SPL. Sopra il punto di saturazione, il fonometro sottostima il livello reale. Nessuno scostamento corregge ciò: l'informazione si è persa prima di arrivare al fonometro.

Se le serve misurare 100 dBA o più con affidabilità, serve un fonometro di classe 2 (IEC 61672‑1) o un dosimetro dedicato. Il nostro fonometro da browser è un eccellente strumento di screening sotto la zona di saturazione.

Risposta in frequenza

Un microfono di misura ideale ha risposta piatta da 20 Hz a 20 kHz. I microfoni di smartphone e portatili presentano picchi e avvallamenti di alcuni decibel su quel range: sono accordati per la voce (200 Hz – 4 kHz) a discapito dei bassi profondi e dell'aria negli acuti. Il calibration offset è un singolo scalare; non corregge una risposta non piatta.

In pratica, il fonometro è abbastanza preciso con sorgenti a banda larga di gamma media (traffico, conversazione, ventilazione) e meno con sorgenti molto basse o molto alte. La ponderazione C amplifica l'errore nei bassi; la A lo sopprime. Nel dubbio, A.

Integrazione temporale

Il fonometro mostra valori istantanei ponderati nel tempo; calibrare un valore a livello stabile non garantisce un Leq accurato integrato per un'ora, soprattutto con rumore variabile. La pagina di consigli spiega quando questo conta.

Verificare la calibrazione

Dopo l'inserimento dello scostamento, faccia un controllo di ripetibilità:

1. Prenda tre letture di 30 secondi su una sorgente stabile (stesso ventilatore, stessa distanza). Dovrebbero stare entro 1 dB l'una dall'altra.
2. Se le letture derivano oltre 1 dB, o la sorgente non è davvero stabile o l'AGC del dispositivo resta attivo nonostante i flag getUserMedia. Provi un'altra sorgente (una bocchetta di ventilazione a 1 m è in genere fra le più affidabili).
3. Confronti con un secondo riferimento se disponibile. Se due riferimenti indipendenti coincidono entro ±2 dB, la sua calibrazione è solida.

Un fonometro da browser calibrato, usato entro i suoi limiti, basta per quasi tutto fuorché la documentazione formale di conformità. La guida, i consigli e la tabella comparativa presuppongono che lei abbia fatto questo almeno una volta. Senza calibrazione, tutte le letture del sito sono scostate di una quantità ignota ma probabilmente significativa.