Hangszintmérő tervezése és alkalmazása MEMS alapú
A hatékony zajszintmérő tervezése és megépítése megköveteli a fent említett hiányosságok kiküszöbölését, a legfontosabb tényező annak biztosítása, hogy a frekvenciamenet a megadott elméleti súlyozott válaszhoz (dB-A, dB-C vagy dB-Z) képest egyenletes legyen. A MEMS mikrofonok nagyfrekvenciás rezonanciája és csillapítása egyénenként változó, ezért fontos a rezonancia pontos mérése és a korrekciós szűrő optimalizálása a válasz simítása érdekében. A gyártás során a Convergence Instruments adaptív szűrőtechnológiát használ a korrekciós szűrők azonosítására és optimalizálására az egyes súlyozási tényezőkhöz.
A folyamat teljesen automatizált, és műszerenként 30 másodpercet vesz igénybe. A 3., 4. és 5. ábrán látható a hiba az elméleti dB-C válaszhoz viszonyítva a nem korrigált mikrofon és a korrigált szűrt mikrofon esetén. A válaszok javítására két módszer áll rendelkezésre.
1. módszer: Standard specifikációként a válasznak egyenletesnek kell lennie 20 Hz és 10 kHz között. 10 kHz felett pontosan követnie kell az IEC61672-2002 Type I két határvonala közötti középpontot. Ez biztosítja a legjobb határt a szabvány teljesítéséhez.
2. módszer: A konvergenciaeszközök speciális kérésként 20 kHz-re is le tudják simítani a választ.
A por ellen ePTFE membránnal küzd, amelynek rendkívül kis porozitása van, hogy megakadályozza a por vagy akár folyadék bejutását a mikrofon üregébe. A MEMS mikrofonokhoz készült legjobb ePTFE membránok enyhe frekvenciafüggéssel kb 1db csillapítással rendelkeznek, ezért ezt a frekvenciafüggést figyelembe kell venni a membrán mikrofonba helyezése utáni frekvenciamenet korrekcióknál.
A MEMS-mikrofonok statikus vagy dinamikus túlnyomásból eredő károsodása nem ellensúlyozható, és ez a sérülékenység is figyelmet igényel. A MEMS mikrofonok kiegyenlítő lyukakkal vannak kialakítva a szilícium szerkezetben, de alacsony frekvenciákon a kiegyenlítési időállandó hosszú, ami azt jelenti, hogy a gyors nyomásváltozások károsíthatják a mikrofont. Egy tipikus túlnyomást okozó helyzet az, ha egy mikrofont csatlakoztatunk a kalibrátorhoz. A 160dB-SPL abszolút maximális nyomáshatár mindössze 0,02 atmoszférát jelent. Az abszolút maximális nyomáshatár a mikrofon kalibrátorba való behelyezésével érhető el, ezért a mikrofon kalibrátorba történő behelyezését (és onnan történő eltávolítását) a lehető leglassabban kell elvégezni, hogy a mikrofon a lehető legjobban kiegyenlítse a nyomást és elkerülje a károsodást. Vegye figyelembe azt is, hogy a MEMS mikrofonok nem a legjobb választás a nagynyomású hangimpulzusok, például robbanások vagy lövések mérésére. Az ilyen alkalmazásoknál ügyelni kell arra, hogy a mérési helyen a csúcsnyomás ne érje el az abszolút maximális nyomásszintet.
Következtetésképpen
Mivel a MEMS mikrofonokat a fogyasztói piac számára tervezték és gyártják, alacsony költséggel képesek kiváló minőségű jelek vételére. A MEMS gyártási technológia biztosítja, hogy az egyes mikrofonok paraméterei rendkívül konzisztensek legyenek, és nagyon stabilak legyenek az időben és a hőmérsékleten. A MEMS mikrofon nagyfrekvenciás rezonanciáját pontosan ki kell zárni, hogy kellően pontos spektrális érzékenységet kapjunk ahhoz, hogy megfeleljen az I. típusú hangszintmérő követelményeinek, amely fejlett jelfeldolgozási technikákat igényel. A mai processzorok óriási számítási teljesítményét tekintve azonban ez nem növeli jelentősen a műszer költségeit.
