Kako dizajnirati mjerač razine zvuka temeljen na MEMS-u?
MEMS su mikroelektromehanički sustavi koji se izrađuju korištenjem istih materijala (obično silicija) i tehnika jetkanja koje se koriste za izradu mikroelektroničkih sklopova. Ove tehnike mogu izgraditi mikro i nano strukture s visokom preciznošću i obnovljivošću. MEMS mikrofoni su vrlo mali, ali vrlo osjetljivi (niska buke obično je bolja od 30 dBA). Mnogi MEMS mikrofoni integriraju čipove za pojačanje i digitalno uzorkovanje na razini uređaja (čak i na razini čipa), čime izravno daju digitalne signale i smanjuju troškove drugih dijelova sustava ili instrumenta. Dodatno, izravna integracija analogno-digitalnih strujnih krugova na razini uređaja eliminira elektromagnetski šum spojen na analogne ulazne linije u konvencionalnim dizajnima.
MEMS mikrofoni se proizvode strogo kontroliranim procesom mikrojetkanja, tako da su individualne karakteristike svakog MEMS mikrofona izuzetno dosljedne. Vrlo su linearni (0.1 posto ukupnog harmonijskog izobličenja (HD) ili bolje pri 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, membrane njihovih 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 također vrlo jeftini. Njihova osjetljivost ostaje vrlo stabilna tijekom vremena i obično nije potrebna ponovna kalibracija 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 učinkovit mjerač razine zvuka.
Budući da MEMS mikrofoni daju digitalne signale na razini uređaja, nije moguće ukloniti šupljinu osjetljivu na pritisak iz kruga i testirati analognu vezu u izolaciji. Svi relevantni standardi za mjerače razine zvuka napisani su 1970-ih i pretpostavljali su da se dizajn mjerača razine zvuka sastoji od jedne šupljine mikrofona koja pokreće lanac analogne obrade ili analogno-digitalni pretvarač (ADC) nakon čega slijedi lanac digitalne obrade. To zahtijeva upotrebu električnih signala umjesto mikrofona za testiranje mjerača razine zvuka. MEMS mikrofoni, s druge strane, dovršavaju analogno-digitalnu pretvorbu na razini uređaja, što znači da, iako mjerač razine zvuka može imati performanse potrebne za usklađivanje sa standardom, ne može se testirati pomoću metoda navedenih u taj standard.
Zbog vrlo male veličine silikonske strukture MEMS mikrofona, čak i sitne čestice prašine mogu lako ući u šupljinu mikrofona i oštetiti ga. 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 rasponu od 10 kHz do 20 kHz. Potrebna je korekcija za ovu rezonanciju kako bi frekvencijski odziv mjerača razine zvuka bio unutar granica odgovarajućeg standarda.
