MEMS tabanlı bir ses seviyesi ölçer nasıl tasarlanır?
MEMS, mikroelektronik devreler yapmak için kullanılan aynı malzemeler (genellikle silikon) ve aşındırma teknikleri kullanılarak üretilen mikroelektromekanik sistemlerdir. Bu teknikler, yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlik ile mikro ölçekli ve nano ölçekli yapılar oluşturabilir. MEMS mikrofonları çok küçüktür ancak oldukça hassastır (gürültü tabanı tipik olarak 30dBA'dan daha iyidir). Birçok MEMS mikrofonu, amplifikasyon ve dijital örnekleme çiplerini cihaz seviyesinde (hatta çip seviyesinde) entegre eder, böylece doğrudan dijital sinyaller sağlar ve sistemin veya enstrümanın diğer parçalarının maliyetini düşürür. Ek olarak, analogdan dijitale devrenin cihaz düzeyinde doğrudan entegrasyonu, geleneksel tasarımlarda analog giriş hatlarına bağlanan elektromanyetik gürültüyü ortadan kaldırır.
MEMS mikrofonları, sıkı bir şekilde kontrol edilen bir mikro dağlama işlemi kullanılarak üretilir, bu nedenle her bir MEMS mikrofonunun bireysel özellikleri son derece tutarlıdır. Çok doğrusaldırlar (0,1 yüzde toplam harmonik bozulma (HD) veya 1kHz/94dB SPL'de daha iyi) ve geniş bir dinamik aralığa sahiptirler (tipik olarak 30dBA ila 120dBA'dan daha iyi). Ek olarak, MEMS mikrofonlarının sıcaklık değişimlerine karşı çok az hassasiyeti vardır ve aynı şekilde mikrofon diyaframları o kadar küçük ve incedir ki, titreşime elektrostatik mikrofonlardan 10 kat daha az hassastırlar. Ek olarak, MEMS mikrofonları tüketici elektroniği pazarında yaygın olarak bulunur, bu nedenle de çok ucuzdurlar. Duyarlılıkları zaman içinde çok sabit kalır ve genellikle Tip I spesifikasyonları içinde kalmak için yeniden kalibrasyon gerektirmez.
Bu avantajlar, MEMS mikrofonlarını tasarımlar için ideal hale getirir. Tabii ki, verimli bir ses seviyesi ölçer tasarlamak istiyorlarsa, MEMS mikrofonlarının telafi etmesi gereken bazı eksiklikleri vardır.
MEMS mikrofonları cihaz seviyesinde dijital sinyaller sağladığından, basınca duyarlı boşluğu devreden çıkarmak ve analog bağlantıyı izole olarak test etmek mümkün değildir. Ses seviyesi ölçerler için ilgili tüm standartlar 1970'lerde yazılmıştır ve ses seviyesi ölçer tasarımının, bir analog işleme zincirini veya bir analogdan dijitale dönüştürücüyü (ADC) ve ardından bir dijital işleme zincirini çalıştıran tek bir mikrofon boşluğundan oluştuğu varsayılmıştır. Bu, ses seviyesi ölçerleri test etmek için mikrofon yerine elektrik sinyallerinin kullanılmasını gerektirir. MEMS mikrofonları ise analogdan dijitale dönüştürmeyi cihaz düzeyinde tamamlar, yani bir ses seviyesi ölçer bir standarda uymak için gereken performansa sahip olsa bile, belirtilen yöntemler kullanılarak test edilemez. o standart.
MEMS mikrofonlarının silikon yapılarının çok küçük olması nedeniyle, çok küçük toz parçacıkları bile mikrofon boşluğuna kolayca girip zarar verebilir. Son derece yüksek statik ve dinamik gerilimler de (tipik olarak 160 dB-SPL'nin üzerinde) bu küçük silikon yapılara zarar verebilir.
MEMS mikrofonları tipik olarak 10kHz ila 20kHz aralığında keskin rezonanslara sahiptir. Bu rezonansın düzeltilmesi, ses seviyesi ölçerin frekans yanıtının uygun standardın sınırları içinde kalması için gereklidir.
