Σχεδιασμός και Εφαρμογή Ηχομετρητή Βασισμένο σε MEMS
Ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός αποτελεσματικού μετρητή ηχοστάθμης απαιτεί να ξεπεραστούν οι προαναφερθείσες ελλείψεις, με σημαντικότερο παράγοντα τη διασφάλιση ότι η απόκριση συχνότητας είναι επίπεδη σε σχέση με την καθορισμένη θεωρητική σταθμισμένη απόκριση (dB-A, dB-C ή dB-Z). Ο συντονισμός υψηλής συχνότητας και η απόσβεση των μικροφώνων MEMS διαφέρουν από άτομο σε άτομο, επομένως είναι σημαντικό να μετρήσετε τον συντονισμό με ακρίβεια και να βελτιστοποιήσετε το φίλτρο διόρθωσης για να ισοπεδώσετε την απόκριση. Κατά την παραγωγή, η Convergence Instruments χρησιμοποιεί τεχνολογία προσαρμοστικών φίλτρων για τον εντοπισμό και τη βελτιστοποίηση των φίλτρων διόρθωσης για κάθε συντελεστή στάθμισης.
Η διαδικασία είναι πλήρως αυτοματοποιημένη και διαρκεί 30 δευτερόλεπτα ανά όργανο. Τα σχήματα 3, 4 και 5 δείχνουν το σφάλμα σε σχέση με τη θεωρητική απόκριση dB-C για το μη διορθωμένο μικρόφωνο και το διορθωμένο φιλτραρισμένο μικρόφωνο. Υπάρχουν δύο διαθέσιμες μέθοδοι για τη διόρθωση της απόκρισης.
Μέθοδος 1: Ως τυπική προδιαγραφή, η απόκριση απαιτείται να είναι επίπεδη από 20 Hz έως 10 kHz. Πάνω από τα 10 kHz, πρέπει να ακολουθεί ακριβώς το κεντρικό σημείο μεταξύ των δύο οριακών γραμμών του IEC61672-2002 Τύπου I. Αυτό παρέχει το καλύτερο περιθώριο για την τήρηση αυτού του προτύπου.
Μέθοδος 2: Τα όργανα σύγκλισης μπορούν επίσης να ισοπεδώσουν την απόκριση στα 20 kHz ως ειδικό αίτημα.
Η καταπολέμηση της σκόνης γίνεται με μια μεμβράνη ePTFE, η οποία έχει εξαιρετικά μικρό πορώδες για να εμποδίζει την είσοδο σκόνης ή ακόμα και υγρού στην κοιλότητα του μικροφώνου. Οι καλύτερες μεμβράνες ePTFE για μικρόφωνα MEMS έχουν περίπου 1db εξασθένηση με μια ελαφρά εξάρτηση από τη συχνότητα, επομένως αυτή η εξάρτηση από τη συχνότητα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την εκτέλεση διορθώσεων απόκρισης συχνότητας μετά την τοποθέτηση της μεμβράνης στο μικρόφωνο.
Η ζημιά στα μικρόφωνα MEMS λόγω στατικής ή δυναμικής υπερπίεσης δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί και αυτή η ευπάθεια χρειάζεται επίσης προσοχή. Τα μικρόφωνα MEMS έχουν σχεδιαστεί με οπές εξισορρόπησης στη δομή του πυριτίου, αλλά σε χαμηλές συχνότητες, η σταθερά χρόνου εξισορρόπησης είναι μεγάλη, πράγμα που σημαίνει ότι οι γρήγορες αλλαγές στην πίεση μπορούν να βλάψουν το μικρόφωνο. Μια τυπική κατάσταση που προκαλεί υπερπίεση είναι η σύνδεση ενός μικροφώνου σε έναν βαθμονομητή. Το απόλυτο όριο μέγιστης πίεσης των 160dB-SPL σημαίνει μόνο 0,02 ατμόσφαιρες. Το απόλυτο μέγιστο όριο πίεσης επιτυγχάνεται με την εισαγωγή του μικροφώνου στον βαθμονομητή, επομένως η εισαγωγή του μικροφώνου (και η αφαίρεση από) του βαθμονομητή πρέπει να γίνεται όσο το δυνατόν πιο αργά, ώστε το μικρόφωνο να εξισορροπήσει την πίεση όσο το δυνατόν καλύτερα και να αποφύγει τη ζημιά. Σημειώστε επίσης ότι τα μικρόφωνα MEMS δεν είναι η καλύτερη επιλογή για τη μέτρηση παλμών ήχου υψηλής πίεσης, όπως εκρήξεις ή πυροβολισμούς. Σε τέτοιες εφαρμογές, πρέπει να διασφαλίζεται ότι η μέγιστη πίεση στη θέση μέτρησης δεν φτάνει στο απόλυτο μέγιστο επίπεδο πίεσης.
Συμπερασματικά
Επειδή τα μικρόφωνα MEMS σχεδιάζονται και κατασκευάζονται για την καταναλωτική αγορά, είναι σε θέση να αποκτούν σήματα υψηλής ποιότητας με χαμηλό κόστος. Η τεχνολογία κατασκευής MEMS διασφαλίζει ότι οι παράμετροι κάθε μικροφώνου είναι εξαιρετικά συνεπείς και είναι πολύ σταθερές στο χρόνο και τη θερμοκρασία. Ο συντονισμός υψηλής συχνότητας του μικροφώνου MEMS πρέπει να ακυρωθεί με ακρίβεια για να ληφθεί επαρκώς ακριβής φασματική ευαισθησία ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις ενός ηχομετρητή στάθμης ήχου Τύπου Ι, ο οποίος απαιτεί προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας σήματος. Ωστόσο, δεδομένης της τεράστιας υπολογιστικής ισχύος των σημερινών επεξεργαστών, αυτό δεν αυξάνει σημαντικά το κόστος του οργάνου.
