Πώς να σχεδιάσετε έναν ηχομετρητή με βάση το MEMS;
Τα MEMS είναι μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα που κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας τα ίδια υλικά (συνήθως πυρίτιο) και τεχνικές χάραξης που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μικροηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Αυτές οι τεχνικές μπορούν να δημιουργήσουν δομές μικροκλίμακας και νανοκλίμακας με υψηλή ακρίβεια και αναπαραγωγιμότητα. Τα μικρόφωνα MEMS είναι πολύ μικρά αλλά πολύ ευαίσθητα (το επίπεδο θορύβου είναι συνήθως καλύτερο από 30dBA). Πολλά μικρόφωνα MEMS ενσωματώνουν τσιπ ενίσχυσης και ψηφιακής δειγματοληψίας σε επίπεδο συσκευής (ακόμη και σε επίπεδο τσιπ), παρέχοντας έτσι άμεσα ψηφιακά σήματα και μειώνοντας το κόστος άλλων τμημάτων του συστήματος ή του οργάνου. Επιπλέον, η άμεση ενσωμάτωση αναλογικού σε ψηφιακό κύκλωμα σε επίπεδο συσκευής εξαλείφει τον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο που συνδέεται με αναλογικές γραμμές εισόδου σε συμβατικά σχέδια.
Τα μικρόφωνα MEMS κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μια αυστηρά ελεγχόμενη διαδικασία μικροεγχάραξης, επομένως τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά κάθε μικροφώνου MEMS είναι εξαιρετικά συνεπή. Είναι πολύ γραμμικά (0.1 τοις εκατό συνολική αρμονική παραμόρφωση (HD) ή καλύτερα στα 1kHz/94dB SPL) και έχουν μεγάλο δυναμικό εύρος (συνήθως καλύτερο από 30dBA έως 120dBA). Επιπλέον, τα μικρόφωνα MEMS έχουν μικρή ευαισθησία στις αλλαγές θερμοκρασίας και ομοίως, τα διαφράγματα μικροφώνου τους είναι τόσο μικρά και λεπτά που είναι περισσότερο από 10 φορές λιγότερο ευαίσθητα στους κραδασμούς από τα ηλεκτροστατικά μικρόφωνα. Επιπλέον, τα μικρόφωνα MEMS είναι ευρέως διαθέσιμα στην αγορά ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, επομένως είναι επίσης πολύ φθηνά. Η ευαισθησία τους παραμένει πολύ σταθερή με την πάροδο του χρόνου και συνήθως δεν απαιτεί επαναβαθμονόμηση για να παραμείνει εντός των προδιαγραφών Τύπου Ι.
Αυτά τα πλεονεκτήματα κάνουν τα μικρόφωνα MEMS ιδανικά για σχέδια. Φυσικά, τα μικρόφωνα MEMS έχουν κάποιες ελλείψεις που πρέπει να καλύψουν εάν θέλουν να σχεδιάσουν έναν αποτελεσματικό ηχομετρητή.
Επειδή τα μικρόφωνα MEMS παρέχουν ψηφιακά σήματα σε επίπεδο συσκευής, δεν είναι δυνατό να αφαιρέσετε την ευαίσθητη στην πίεση κοιλότητα από το κύκλωμα και να ελέγξετε την αναλογική ζεύξη μεμονωμένα. Όλα τα σχετικά πρότυπα για τα ηχόμετρα γράφτηκαν τη δεκαετία του 1970 και υποθέτουν ότι ο σχεδιασμός του ηχομετρητή αποτελείτο από μια ενιαία κοιλότητα μικροφώνου που οδηγεί μια αλυσίδα αναλογικής επεξεργασίας ή έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) που ακολουθείται από μια ψηφιακή αλυσίδα επεξεργασίας. Αυτό απαιτεί τη χρήση ηλεκτρικών σημάτων αντί μικροφώνων για τη δοκιμή μετρητών στάθμης ήχου. Τα μικρόφωνα MEMS, από την άλλη πλευρά, ολοκληρώνουν τη μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό σε επίπεδο συσκευής, πράγμα που σημαίνει ότι, παρόλο που ένας μετρητής στάθμης ήχου μπορεί να έχει την απαιτούμενη απόδοση για να συμμορφωθεί με ένα πρότυπο, δεν μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας τις μεθόδους που καθορίζονται στο αυτό το πρότυπο.
Λόγω του πολύ μικρού μεγέθους των δομών πυριτίου των μικροφώνων MEMS, ακόμη και μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης μπορούν εύκολα να εισέλθουν στην κοιλότητα του μικροφώνου και να τα καταστρέψουν. Οι εξαιρετικά υψηλές στατικές και δυναμικές τάσεις (συνήθως πάνω από 160 dB-SPL) μπορούν επίσης να προκαλέσουν ζημιά σε αυτές τις μικρές δομές πυριτίου.
Τα μικρόφωνα MEMS έχουν συνήθως ευκρινείς συντονισμούς στην περιοχή από 10kHz έως 20kHz. Απαιτείται διόρθωση για αυτόν τον συντονισμό, ώστε η απόκριση συχνότητας του ηχομετρητή να είναι εντός των ορίων του κατάλληλου προτύπου.
