طراحی و کاربرد صدا سنج بر اساس MEMS
طراحی و ساخت یک تراز سنج موثر نیاز به غلبه بر کاستی های ذکر شده دارد، مهمترین عامل اطمینان از مسطح بودن پاسخ فرکانسی با توجه به پاسخ وزنی نظری مشخص شده (dB-A، dB-C یا dB-Z) است. رزونانس فرکانس بالا و میرایی میکروفون های MEMS از فردی به فرد دیگر متفاوت است، بنابراین اندازه گیری دقیق رزونانس و بهینه سازی فیلتر اصلاح برای صاف کردن پاسخ مهم است. در طول تولید، Convergence Instruments از فناوری فیلتر تطبیقی برای شناسایی و بهینه سازی فیلترهای اصلاح برای هر عامل وزنی استفاده می کند.
این فرآیند کاملاً خودکار است و هر دستگاه 30 ثانیه طول می کشد. شکل های 3، 4، و 5 خطا را نسبت به پاسخ نظری dB-C برای میکروفون اصلاح نشده و میکروفون فیلتر شده تصحیح شده نشان می دهد. دو روش برای تصحیح پاسخ وجود دارد.
روش 1: به عنوان یک مشخصات استاندارد، پاسخ باید از 20 هرتز تا 10 کیلوهرتز صاف باشد. بالاتر از 10 کیلوهرتز، باید دقیقاً از نقطه مرکزی بین دو خط حد IEC{4}} نوع I پیروی کند. این بهترین حاشیه را برای مطابقت با آن استاندارد فراهم می کند.
روش 2: ابزارهای همگرایی همچنین می توانند به عنوان یک درخواست ویژه، پاسخ را به 20 کیلوهرتز کاهش دهند.
گرد و غبار با یک غشای ePTFE مبارزه می شود که دارای تخلخل بسیار کوچکی برای جلوگیری از ورود گرد و غبار یا حتی مایع به داخل حفره میکروفون است. بهترین ممبران های ePTFE برای میکروفون های MEMS حدود 1db تضعیف با وابستگی جزئی به فرکانس دارند، بنابراین این وابستگی فرکانس باید هنگام انجام اصلاحات پاسخ فرکانسی پس از قرار دادن ممبران در میکروفون در نظر گرفته شود.
آسیب میکروفون های MEMS به دلیل فشار بیش از حد استاتیک یا دینامیک قابل مقابله نیست و این آسیب پذیری نیز نیاز به توجه دارد. میکروفونهای MEMS با سوراخهای تساوی در ساختار سیلیکونی طراحی شدهاند، اما در فرکانسهای پایین، ثابت زمانی یکسان سازی طولانی است، به این معنی که تغییرات سریع فشار میتواند به میکروفون آسیب برساند. یک وضعیت معمولی که باعث فشار بیش از حد می شود، وصل کردن یک میکروفون به یک کالیبراتور است. حد حداکثر مطلق فشار 160dB-SPL به معنای تنها 0.02 اتمسفر است. حداکثر فشار مطلق با قرار دادن میکروفون در کالیبراتور بدست میآید، بنابراین قرار دادن میکروفون در (و خارج کردن از) کالیبراتور باید تا حد امکان به آرامی انجام شود تا میکروفون بتواند فشار را به بهترین شکل ممکن یکسان کند و از آسیب جلوگیری کند. همچنین توجه داشته باشید که میکروفون های MEMS بهترین انتخاب برای اندازه گیری پالس های صوتی با فشار بالا مانند انفجار یا شلیک گلوله نیستند. در چنین کاربردهایی باید اطمینان حاصل شود که اوج فشار در محل اندازه گیری به سطح حداکثر فشار مطلق نمی رسد.
در نتیجه
از آنجایی که میکروفون های MEMS برای بازار مصرف طراحی و تولید می شوند، می توانند سیگنال های باکیفیت را با هزینه کم به دست آورند. فناوری ساخت MEMS تضمین می کند که پارامترهای هر میکروفون بسیار سازگار هستند و در طول زمان و دما بسیار پایدار هستند. تشدید فرکانس بالای میکروفون MEMS باید دقیقاً حذف شود تا حساسیت طیفی به اندازه کافی دقیق برای برآورده کردن الزامات یک صدا سنج نوع I، که به تکنیک های پردازش سیگنال پیشرفته نیاز دارد، به دست آید. با این حال، با توجه به قدرت محاسباتی بسیار زیاد پردازندههای امروزی، این امر به قیمت دستگاه اضافه نمیکند.
