Skaņas līmeņa mērītāja dizains un pielietojums, pamatojoties uz MEMS
Lai izstrādātu un izveidotu efektīvu skaņas līmeņa mērītāju, ir jānovērš iepriekš minētie trūkumi, un vissvarīgākais faktors ir nodrošināt, lai frekvences reakcija ir vienmērīga attiecībā pret norādīto teorētisko svērto reakciju (dB-A, dB-C vai dB-Z). MEMS mikrofonu augstfrekvences rezonanse un slāpēšana katram indivīdam atšķiras, tāpēc ir svarīgi precīzi izmērīt rezonansi un optimizēt korekcijas filtru, lai izlīdzinātu reakciju. Ražošanas laikā Convergence Instruments izmanto adaptīvo filtru tehnoloģiju, lai identificētu un optimizētu korekcijas filtrus katram svēruma koeficientam.
Process ir pilnībā automatizēts un katram instrumentam aizņem 30 sekundes. 3., 4. un 5. attēlā parādīta kļūda attiecībā pret teorētisko dB-C reakciju nekoriģētajam mikrofonam un koriģētajam filtrētajam mikrofonam. Ir pieejamas divas atbildes korekcijas metodes.
1. metode: kā standarta specifikācija, reakcijai ir jābūt vienmērīgai no 20 Hz līdz 10 kHz. Ja frekvence pārsniedz 10 kHz, tai precīzi jāatbilst centra punktam starp divām IEC61672-2002 I tipa robežlīnijām. Tas nodrošina vislabāko rezervi šī standarta izpildei.
2. metode: konverģences instrumenti pēc īpaša pieprasījuma var arī samazināt reakciju līdz 20 kHz.
Putekļus apkaro ar ePTFE membrānu, kurai ir ārkārtīgi maza porainība, lai novērstu putekļu vai pat šķidruma iekļūšanu mikrofona dobumā. Labākajām ePTFE membrānām MEMS mikrofoniem ir aptuveni 1db vājināšanās ar nelielu frekvences atkarību, tāpēc šī frekvences atkarība ir jāņem vērā, veicot frekvences reakcijas korekcijas pēc membrānas ievietošanas mikrofonā.
MEMS mikrofonu bojājumus statiskā vai dinamiskā pārspiediena dēļ nevar novērst, un arī šai ievainojamībai ir jāpievērš uzmanība. MEMS mikrofoni ir izstrādāti ar izlīdzināšanas atverēm silīcija struktūrā, bet zemās frekvencēs izlīdzināšanas laika konstante ir gara, kas nozīmē, ka straujas spiediena izmaiņas var sabojāt mikrofonu. Tipiska situācija, kas izraisa pārspiedienu, ir mikrofona pievienošana kalibratoram. Absolūtā maksimālā spiediena robeža 160dB-SPL nozīmē tikai 0,02 atmosfēras. Absolūtā maksimālā spiediena robeža tiek sasniegta, ievietojot mikrofonu kalibratorā, tāpēc mikrofona ievietošana kalibratorā (un izņemšana no tā) jāveic pēc iespējas lēnāk, lai mikrofons pēc iespējas labāk izlīdzinātu spiedienu un izvairītos no bojājumiem. Ņemiet vērā arī to, ka MEMS mikrofoni nav labākā izvēle augsta spiediena skaņas impulsu, piemēram, sprādzienu vai šāvienu, mērīšanai. Šādos lietojumos ir jānodrošina, lai maksimālais spiediens mērījumu vietā nesasniegtu absolūto maksimālo spiediena līmeni.
noslēgumā
Tā kā MEMS mikrofoni ir izstrādāti un ražoti patērētāju tirgum, tie spēj iegūt augstas kvalitātes signālus par zemām izmaksām. MEMS ražošanas tehnoloģija nodrošina, ka katra mikrofona parametri ir ļoti konsekventi, un tie ir ļoti stabili laika un temperatūras ziņā. MEMS mikrofona augstfrekvences rezonanse ir precīzi jāatceļ, lai iegūtu pietiekami precīzu spektrālo jutību, kas atbilst I tipa skaņas līmeņa mērītāja prasībām, kam nepieciešamas uzlabotas signālu apstrādes metodes. Tomēr, ņemot vērā mūsdienu procesoru milzīgo skaitļošanas jaudu, tas būtiski nepalielina instrumenta izmaksas.
