Разработка и применение шумомера на основе МЭМС
Проектирование и создание эффективного шумомера требует преодоления вышеупомянутых недостатков, наиболее важным фактором является обеспечение того, чтобы частотная характеристика была плоской по отношению к заданной теоретической взвешенной характеристике (дБ-А, дБ-С или дБ-Z). Высокочастотный резонанс и демпфирование микрофонов MEMS варьируются от человека к человеку, поэтому важно точно измерить резонанс и оптимизировать корректирующий фильтр, чтобы сгладить отклик. Во время производства Convergence Instruments использует технологию адаптивных фильтров для определения и оптимизации корректирующих фильтров для каждого весового коэффициента.
Процесс полностью автоматизирован и занимает 30 секунд на каждый инструмент. На рисунках 3, 4 и 5 показана ошибка относительно теоретического отклика дБ-С для нескорректированного микрофона и скорректированного фильтрованного микрофона. Существует два метода коррекции отклика.
Метод 1: В соответствии со стандартной спецификацией отклик должен быть ровным в диапазоне от 20 Гц до 10 кГц. На частотах выше 10 кГц он должен точно следовать центральной точке между двумя ограничительными линиями IEC61672-2002 типа I. Это обеспечивает наилучший запас для соответствия этому стандарту.
Метод 2: Convergence Instruments также может сгладить отклик до 20 кГц по специальному запросу.
Пыль борется с помощью мембраны из ePTFE, которая имеет чрезвычайно малую пористость, чтобы предотвратить попадание любой пыли или даже жидкости в полость микрофона. Лучшие мембраны из вПТФЭ для МЭМС-микрофонов имеют затухание около 1 дБ с небольшой частотной зависимостью, поэтому эту частотную зависимость необходимо учитывать при корректировке частотной характеристики после установки мембраны в микрофон.
Повреждения МЭМС-микрофонов из-за статического или динамического избыточного давления невозможно устранить, и эта уязвимость также требует внимания. Микрофоны MEMS имеют выравнивающие отверстия в кремниевой структуре, но на низких частотах постоянная времени выравнивания велика, а это означает, что быстрые изменения давления могут повредить микрофон. Типичной ситуацией, вызывающей избыточное давление, является подключение микрофона к калибратору. Абсолютный предел максимального давления 160dB-SPL означает всего 0,02 атмосферы. Абсолютный предел максимального давления достигается при вставке микрофона в калибратор, поэтому вставлять микрофон в калибратор (и извлекать из него) следует как можно медленнее, чтобы позволить микрофону как можно лучше выровнять давление и избежать повреждений. Также обратите внимание, что микрофоны MEMS — не лучший выбор для измерения звуковых импульсов высокого давления, таких как взрывы или выстрелы. В таких случаях необходимо следить за тем, чтобы пиковое давление в месте измерения не достигало уровня абсолютного максимального давления.
в заключение
Поскольку микрофоны MEMS разработаны и изготовлены для потребительского рынка, они способны принимать высококачественные сигналы по низкой цене. Технология производства MEMS гарантирует, что параметры каждого микрофона очень стабильны, и они очень стабильны во времени и температуре. Высокочастотный резонанс MEMS-микрофона должен быть точно устранен, чтобы получить достаточно точную спектральную чувствительность, чтобы соответствовать требованиям шумомера типа I, для которого требуются передовые методы обработки сигналов. Однако, учитывая огромную вычислительную мощность современных процессоров, это незначительно увеличивает стоимость прибора.
