Design og anvendelse af lydniveaumåler baseret på MEMS
At designe og bygge en effektiv lydniveaumåler kræver at de førnævnte mangler overvindes, hvor den vigtigste faktor er at sikre, at frekvensresponsen er flad i forhold til den specificerede teoretisk vægtede respons (dB-A, dB-C eller dB-Z). Højfrekvent resonans og dæmpning af MEMS-mikrofoner varierer fra individ til individ, så det er vigtigt at måle resonansen nøjagtigt og optimere korrektionsfilteret for at udjævne responsen. Under produktionen bruger Convergence Instruments adaptiv filterteknologi til at identificere og optimere korrektionsfiltre for hver vægtningsfaktor.
Processen er fuldautomatisk og tager 30 sekunder pr. instrument. Figur 3, 4 og 5 viser fejlen i forhold til den teoretiske dB-C-respons for den ukorrigerede mikrofon og den korrigerede filtrerede mikrofon. Der er to tilgængelige metoder til svarkorrektion.
Metode 1: Som en standardspecifikation kræves, at responsen er flad fra 20Hz til 10kHz. Over 10 kHz skal den følge nøjagtigt midtpunktet mellem de to grænselinjer i IEC61672-2002 Type I. Dette giver den bedste margen til at opfylde denne standard.
Metode 2: Konvergensinstrumenter kan også flade svaret ned til 20kHz som en særlig anmodning.
Støv bekæmpes med en ePTFE-membran, som har en ekstrem lille porøsitet for at forhindre støv eller endda væske i at trænge ind i mikrofonens hulrum. De bedste ePTFE-membraner til MEMS-mikrofoner har omkring 1db dæmpning med en lille frekvensafhængighed, så denne frekvensafhængighed skal tages i betragtning ved udførelse af frekvensresponskorrektioner efter placering af membranen i mikrofonen.
Skader på MEMS-mikrofoner på grund af statisk eller dynamisk overtryk kan ikke modvirkes, og denne sårbarhed kræver også opmærksomhed. MEMS mikrofoner er designet med udligningshuller i siliciumstrukturen, men ved lave frekvenser er udligningstidskonstanten lang, hvilket betyder at hurtige trykændringer kan beskadige mikrofonen. En typisk situation, der forårsager overtryk, er at tilslutte en mikrofon til en kalibrator. Den absolutte maksimale trykgrænse på 160dB-SPL betyder kun 0,02 atmosfærer. Den absolutte maksimale trykgrænse nås ved at sætte mikrofonen ind i kalibratoren, så indsættelse af mikrofonen i (og udtagning fra) kalibratoren skal ske så langsomt som muligt for at lade mikrofonen udligne trykket bedst muligt og undgå skader. Bemærk også, at MEMS-mikrofoner ikke er det bedste valg til måling af højtrykslydimpulser såsom eksplosioner eller pistolskud. I sådanne applikationer skal det sikres, at spidstrykket på målestedet ikke når det absolutte maksimale trykniveau.
Afslutningsvis
Fordi MEMS-mikrofoner er designet og fremstillet til forbrugermarkedet, er de i stand til at opnå højkvalitetssignaler til lave omkostninger. MEMS-fremstillingsteknologi sikrer, at parametrene for hver mikrofon er meget konsistente, og de er meget stabile over tid og temperatur. MEMS-mikrofonens højfrekvente resonans skal udlignes præcist for at opnå en tilstrækkelig nøjagtig spektral følsomhed til at opfylde kravene til en Type I lydniveaumåler, som kræver avancerede signalbehandlingsteknikker. Men i betragtning af den enorme computerkraft i nutidens processorer, øger dette ikke omkostningerne ved instrumentet væsentligt.
