Ako navrhnúť zvukomer založený na MEMS?
MEMS sú mikroelektromechanické systémy, ktoré sú vyrobené s použitím rovnakých materiálov (zvyčajne kremíka) a leptacích techník používaných na výrobu mikroelektronických obvodov. Tieto techniky môžu vytvárať štruktúry v mikro a nanometroch s vysokou presnosťou a reprodukovateľnosťou. MEMS mikrofóny sú veľmi malé, ale vysoko citlivé (hlučnosť je zvyčajne lepšia ako 30 dBA). Mnohé MEMS mikrofóny integrujú zosilňovacie a digitálne vzorkovacie čipy na úrovni zariadenia (dokonca aj na úrovni čipu), čím priamo poskytujú digitálne signály a znižujú náklady na ostatné časti systému alebo nástroja. Okrem toho priama integrácia analógovo-digitálnych obvodov na úrovni zariadenia eliminuje elektromagnetický šum spojený s analógovými vstupnými linkami v konvenčných dizajnoch.
Mikrofóny MEMS sa vyrábajú pomocou prísne kontrolovaného procesu mikroleptania, takže individuálne charakteristiky každého mikrofónu MEMS sú mimoriadne konzistentné. Sú veľmi lineárne (0,1 percenta celkového harmonického skreslenia (HD) alebo lepšie pri 1 kHz/94 dB SPL) a majú široký dynamický rozsah (zvyčajne lepší ako 30 dBA až 120 dBA). Okrem toho majú mikrofóny MEMS malú citlivosť na zmeny teploty a podobne sú ich membrány mikrofónov také malé a tenké, že sú viac ako 10-krát menej citlivé na vibrácie ako elektrostatické mikrofóny. Okrem toho sú mikrofóny MEMS široko dostupné na trhu spotrebnej elektroniky, takže sú aj veľmi lacné. Ich citlivosť zostáva v priebehu času veľmi stabilná a zvyčajne nevyžaduje rekalibráciu, aby zostala v rámci špecifikácií typu I.
Vďaka týmto výhodám sú mikrofóny MEMS ideálne pre dizajn. Samozrejme, MEMS mikrofóny majú určité nedostatky, ktoré treba vynahradiť, ak chcú navrhnúť efektívny zvukomer.
Pretože mikrofóny MEMS poskytujú digitálne signály na úrovni zariadenia, nie je možné odstrániť dutinu citlivú na tlak z obvodu a otestovať analógové spojenie v izolácii. Všetky relevantné normy pre zvukomery boli napísané v 70-tych rokoch a predpokladali, že konštrukcia zvukomeru pozostáva z jedinej dutiny mikrofónu poháňajúcej reťazec analógového spracovania alebo analógovo-digitálneho prevodníka (ADC), po ktorom nasleduje reťazec digitálneho spracovania. To si vyžaduje použitie elektrických signálov namiesto mikrofónov na testovanie zvukomerov. Mikrofóny MEMS na druhej strane dokončujú analógovo-digitálnu konverziu na úrovni zariadenia, čo znamená, že aj keď zvukomer môže mať výkon potrebný na to, aby vyhovoval norme, nemožno ho testovať metódami špecifikovanými v ten štandard.
Vďaka veľmi malým rozmerom kremíkových štruktúr MEMS mikrofónov môžu aj drobné čiastočky prachu ľahko vniknúť do dutiny mikrofónu a poškodiť ich. Extrémne vysoké statické a dynamické namáhanie (zvyčajne nad 160 dB-SPL) môže tiež spôsobiť poškodenie týchto malých kremíkových štruktúr.
MEMS mikrofóny majú zvyčajne ostré rezonancie v rozsahu 10 kHz až 20 kHz. Korekcia tejto rezonancie je potrebná tak, aby frekvenčná charakteristika zvukomera spadala do limitov príslušnej normy.
