Progettazione e applicazione di fonometri basati su MEMS
La progettazione e la costruzione di un fonometro efficace richiede il superamento delle suddette carenze, il fattore più importante è garantire che la risposta in frequenza sia piatta rispetto alla risposta ponderata teorica specificata (dB-A, dB-C o dB-Z). La risonanza ad alta frequenza e lo smorzamento dei microfoni MEMS variano da individuo a individuo, quindi è importante misurare accuratamente la risonanza e ottimizzare il filtro di correzione per appiattire la risposta. Durante la produzione, Convergence Instruments utilizza la tecnologia dei filtri adattativi per identificare e ottimizzare i filtri di correzione per ciascun fattore di ponderazione.
Il processo è completamente automatizzato e richiede 30 secondi per strumento. Le figure 3, 4 e 5 mostrano l'errore relativo alla risposta dB-C teorica per il microfono non corretto e il microfono filtrato corretto. Sono disponibili due metodi per la correzione della risposta.
Metodo 1: Come specifica standard, la risposta deve essere piatta da 20Hz a 10kHz. Al di sopra di 10kHz, deve seguire esattamente il punto centrale tra le due linee limite di IEC61672-2002 Tipo I. Ciò fornisce il miglior margine per soddisfare tale standard.
Metodo 2: Convergence Instruments può anche appiattire la risposta fino a 20kHz come richiesta speciale.
La polvere viene combattuta con una membrana in ePTFE, che ha una porosità estremamente ridotta per impedire a qualsiasi polvere o persino liquido di entrare nella cavità del microfono. Le migliori membrane ePTFE per microfoni MEMS hanno circa 1 dB di attenuazione con una leggera dipendenza dalla frequenza, quindi questa dipendenza dalla frequenza deve essere presa in considerazione quando si eseguono correzioni della risposta in frequenza dopo aver posizionato la membrana nel microfono.
I danni ai microfoni MEMS dovuti a sovrapressione statica o dinamica non possono essere contrastati e anche questa vulnerabilità richiede attenzione. I microfoni MEMS sono progettati con fori di equalizzazione nella struttura in silicio, ma alle basse frequenze la costante di tempo di equalizzazione è lunga, il che significa che rapidi cambiamenti di pressione possono danneggiare il microfono. Una situazione tipica che causa sovrapressione è l'inserimento di un microfono in un calibratore. Il limite di pressione massima assoluta di 160dB-SPL significa solo 0,02 atmosfere. Il limite massimo assoluto di pressione viene raggiunto inserendo il microfono nel calibratore, quindi l'inserimento del microfono nel (e la rimozione dal) calibratore deve essere fatto il più lentamente possibile per consentire al microfono di equalizzare la pressione nel miglior modo possibile ed evitare danni. Si noti inoltre che i microfoni MEMS non sono la scelta migliore per misurare impulsi sonori ad alta pressione come esplosioni o spari. In tali applicazioni, è necessario garantire che la pressione di picco nel punto di misurazione non raggiunga il livello di pressione massimo assoluto.
Insomma
Poiché i microfoni MEMS sono progettati e realizzati per il mercato consumer, sono in grado di acquisire segnali di alta qualità a basso costo. La tecnologia di produzione MEMS garantisce che i parametri di ciascun microfono siano altamente coerenti e molto stabili nel tempo e alla temperatura. La risonanza ad alta frequenza del microfono MEMS deve essere annullata con precisione per ottenere una sensibilità spettrale sufficientemente accurata per soddisfare i requisiti di un fonometro di tipo I, che richiede tecniche avanzate di elaborazione del segnale. Tuttavia, data l'enorme potenza di calcolo dei processori odierni, ciò non aumenta significativamente il costo dello strumento.
