Kako dizajnirati mjerač nivoa zvuka zasnovan na MEMS-u?
MEMS su mikroelektromehanički sistemi koji su proizvedeni koristeći iste materijale (obično silicijum) i tehnike jetkanja koje se koriste za pravljenje mikroelektronskih kola. Ove tehnike mogu izgraditi strukture na mikro i nanorazmjerima s visokom preciznošću i ponovljivošću. MEMS mikrofoni su vrlo mali, ali vrlo osjetljivi (pod buke je obično bolji od 30 dBA). Mnogi MEMS mikrofoni integrišu čipove za pojačavanje i digitalno uzorkovanje na nivou uređaja (čak i na nivou čipa), čime direktno obezbeđuju digitalne signale i smanjuju troškove drugih delova sistema ili instrumenta. Pored toga, direktna integracija analogno-digitalnih kola na nivou uređaja eliminiše elektromagnetni šum povezan sa analognim ulaznim linijama u konvencionalnim dizajnima.
MEMS mikrofoni se proizvode pomoću strogo kontrolisanog procesa mikrojetkanja, tako da su individualne karakteristike svakog MEMS mikrofona izuzetno konzistentne. Vrlo su linearni (0.1 posto ukupnog harmonijskog izobličenja (HD) ili bolje na 1kHz/94dB SPL) i imaju širok dinamički raspon (obično bolji od 30dBA do 120dBA). Osim toga, MEMS mikrofoni imaju malu osjetljivost na promjene temperature, a isto tako, njihove dijafragme mikrofona su toliko male i tanke da su više od 10 puta manje osjetljive na vibracije od elektrostatičkih mikrofona. Osim toga, MEMS mikrofoni su široko dostupni na tržištu potrošačke elektronike, tako da su i vrlo jeftini. Njihova osjetljivost ostaje vrlo stabilna tokom vremena i obično ne zahtijeva ponovnu kalibraciju kako bi ostala unutar specifikacija tipa I.
Ove prednosti čine MEMS mikrofone idealnim za dizajn. Naravno, MEMS mikrofoni imaju neke nedostatke koje treba nadoknaditi ako žele dizajnirati efikasan mjerač nivoa zvuka.
Budući da MEMS mikrofoni pružaju digitalne signale na nivou uređaja, nije moguće ukloniti šupljinu osjetljivu na pritisak iz kola i testirati analognu vezu u izolaciji. Svi relevantni standardi za mjerenje nivoa zvuka napisani su 1970-ih i pretpostavljali su da se dizajn mjerača zvuka sastoji od jedne šupljine mikrofona koja pokreće analogni procesni lanac ili analogno-digitalni pretvarač (ADC) praćen lancem digitalne obrade. Ovo zahtijeva korištenje električnih signala umjesto mikrofona za testiranje mjerača nivoa zvuka. MEMS mikrofoni, s druge strane, dovršavaju analogno-digitalnu konverziju na nivou uređaja, što znači da iako mjerač nivoa zvuka može imati performanse potrebne za usklađenost sa standardom, ne može se testirati korištenjem metoda navedenih u taj standard.
Zbog vrlo male veličine silikonskih struktura MEMS mikrofona, čak i sitne čestice prašine mogu lako ući u šupljinu mikrofona i oštetiti ih. Ekstremno visoka statička i dinamička naprezanja (obično iznad 160 dB-SPL) također mogu uzrokovati oštećenje ovih malih silikonskih struktura.
MEMS mikrofoni obično imaju oštre rezonancije u opsegu od 10 kHz do 20 kHz. Korekcija za ovu rezonanciju je potrebna tako da frekvencijski odziv merača nivoa zvuka bude u granicama odgovarajućeg standarda.
