Návrh a aplikácia zvukomeru na báze MEMS
Návrh a konštrukcia efektívneho zvukomeru si vyžaduje prekonanie vyššie uvedených nedostatkov, pričom najdôležitejším faktorom je zabezpečenie plochej frekvenčnej odozvy vzhľadom na špecifikovanú teoretickú váženú odozvu (dB-A, dB-C alebo dB-Z). Vysokofrekvenčná rezonancia a tlmenie MEMS mikrofónov sa líši od jednotlivca k jednotlivcovi, preto je dôležité presne merať rezonanciu a optimalizovať korekčný filter na vyrovnanie odozvy. Počas výroby využíva Convergence Instruments technológiu adaptívnych filtrov na identifikáciu a optimalizáciu korekčných filtrov pre každý váhový faktor.
Proces je plne automatizovaný a trvá 30 sekúnd na jeden prístroj. Obrázky 3, 4 a 5 ukazujú chybu vo vzťahu k teoretickej odozve dB-C pre nekorigovaný mikrofón a opravený filtrovaný mikrofón. Na korekciu odpovede sú k dispozícii dva spôsoby.
Metóda 1: Ako štandardná špecifikácia sa požaduje, aby bola odozva plochá od 20 Hz do 10 kHz. Nad 10 kHz musí presne sledovať stred medzi dvoma limitnými čiarami IEC61672-2002 typu I. To poskytuje najlepšiu rezervu na splnenie tohto štandardu.
Metóda 2: Konvergenčné nástroje môžu tiež sploštiť odozvu až na 20 kHz ako špeciálnu požiadavku.
Proti prachu sa dá bojovať pomocou membrány ePTFE, ktorá má extrémne malú pórovitosť, aby zabránila vniknutiu prachu alebo kvapaliny do dutiny mikrofónu. Najlepšie ePTFE membrány pre MEMS mikrofóny majú asi 1db útlmu s miernou frekvenčnou závislosťou, preto treba túto frekvenčnú závislosť brať do úvahy pri vykonávaní korekcií frekvenčnej odozvy po umiestnení membrány do mikrofónu.
Poškodeniu mikrofónov MEMS v dôsledku statického alebo dynamického pretlaku sa nedá zabrániť a táto zraniteľnosť si tiež vyžaduje pozornosť. Mikrofóny MEMS sú navrhnuté s vyrovnávacími otvormi v kremíkovej štruktúre, ale pri nízkych frekvenciách je časová konštanta vyrovnávania dlhá, čo znamená, že rýchle zmeny tlaku môžu mikrofón poškodiť. Typickou situáciou, ktorá spôsobuje pretlak, je zapojenie mikrofónu do kalibrátora. Limit absolútneho maximálneho tlaku 160dB-SPL znamená iba 0,02 atmosféry. Limit absolútneho maximálneho tlaku sa dosiahne vložením mikrofónu do kalibrátora, takže vkladanie mikrofónu do kalibrátora (a vyberanie z neho treba robiť čo najpomalšie, aby mikrofón čo najlepšie vyrovnal tlak a nedošlo k poškodeniu). Upozorňujeme tiež, že mikrofóny MEMS nie sú najlepšou voľbou na meranie vysokotlakových zvukových impulzov, ako sú výbuchy alebo výstrely. Pri takýchto aplikáciách sa musí zabezpečiť, aby špičkový tlak v mieste merania nedosiahol úroveň absolútneho maximálneho tlaku.
na záver
Pretože mikrofóny MEMS sú navrhnuté a vyrobené pre spotrebiteľský trh, sú schopné získať vysokokvalitné signály pri nízkych nákladoch. Výrobná technológia MEMS zaisťuje, že parametre každého mikrofónu sú vysoko konzistentné a sú veľmi stabilné v čase a teplote. Vysokofrekvenčná rezonancia mikrofónu MEMS sa musí presne zrušiť, aby sa získala dostatočne presná spektrálna citlivosť, ktorá spĺňa požiadavky na zvukomer typu I, ktorý vyžaduje pokročilé techniky spracovania signálu. Vzhľadom na obrovský výpočtový výkon dnešných procesorov to však na cene prístroja výrazne nepridáva.
