Návrh a aplikace zvukoměru založeného na MEMS
Návrh a stavba efektivního zvukoměru vyžaduje překonání výše uvedených nedostatků, přičemž nejdůležitějším faktorem je zajištění ploché frekvenční charakteristiky s ohledem na specifikovanou teoretickou váženou odezvu (dB-A, dB-C nebo dB-Z). Vysokofrekvenční rezonance a tlumení MEMS mikrofonů se liší jednotlivec od jednotlivce, proto je důležité přesně měřit rezonanci a optimalizovat korekční filtr pro zploštění odezvy. Během výroby používá Convergence Instruments technologii adaptivních filtrů k identifikaci a optimalizaci korekčních filtrů pro každý váhový faktor.
Proces je plně automatizovaný a trvá 30 sekund na nástroj. Obrázky 3, 4 a 5 ukazují chybu ve vztahu k teoretické odezvě dB-C pro nekorigovaný mikrofon a opravený filtrovaný mikrofon. Pro korekci odezvy jsou k dispozici dvě metody.
Metoda 1: Jako standardní specifikace se požaduje, aby odezva byla plochá od 20 Hz do 10 kHz. Nad 10 kHz musí přesně sledovat střed mezi dvěma limitními čarami IEC61672-2002 typu I. To poskytuje nejlepší rezervu pro splnění tohoto standardu.
Metoda 2: Konvergenční nástroje mohou na zvláštní požadavek také zploštit odezvu až na 20 kHz.
Proti prachu se bojuje pomocí membrány ePTFE, která má extrémně malou pórovitost, aby zabránila vniknutí prachu nebo dokonce kapaliny do dutiny mikrofonu. Nejlepší ePTFE membrány pro MEMS mikrofony mají cca 1db útlum s mírnou frekvenční závislostí, proto je třeba tuto frekvenční závislost zohlednit při provádění korekcí frekvenční odezvy po umístění membrány do mikrofonu.
Poškození MEMS mikrofonů v důsledku statického nebo dynamického přetlaku nelze čelit a tato zranitelnost také vyžaduje pozornost. MEMS mikrofony jsou navrženy s ekvalizačními otvory v křemíkové struktuře, ale při nízkých frekvencích je časová konstanta ekvalizace dlouhá, což znamená, že rychlé změny tlaku mohou mikrofon poškodit. Typickou situací, která způsobuje přetlak, je zapojení mikrofonu do kalibrátoru. Absolutní maximální tlakový limit 160dB-SPL znamená pouze 0,02 atmosféry. Absolutního maximálního tlakového limitu se dosáhne vložením mikrofonu do kalibrátoru, takže vkládání mikrofonu do kalibrátoru (a vyjímání z něj) je nutné provádět co nejpomaleji, aby mikrofon co nejlépe vyrovnal tlak a nedošlo k poškození. Všimněte si také, že MEMS mikrofony nejsou nejlepší volbou pro měření vysokotlakých zvukových impulsů, jako jsou exploze nebo výstřely. V takových aplikacích musí být zajištěno, že špičkový tlak v místě měření nedosáhne úrovně absolutního maximálního tlaku.
na závěr
Protože MEMS mikrofony jsou navrženy a vyrobeny pro spotřebitelský trh, jsou schopny získat vysoce kvalitní signály za nízkou cenu. Výrobní technologie MEMS zajišťuje, že parametry každého mikrofonu jsou vysoce konzistentní a jsou velmi stabilní v čase a teplotě. Vysokofrekvenční rezonance mikrofonu MEMS musí být přesně vyrušena, aby se získala dostatečně přesná spektrální citlivost, aby byly splněny požadavky na zvukoměr typu I, který vyžaduje pokročilé techniky zpracování signálu. To však vzhledem k obrovskému výpočetnímu výkonu dnešních procesorů na ceně nástroje výrazně nepřidává.
