Thiết kế và ứng dụng máy đo mức âm thanh dựa trên MEMS
Việc thiết kế và xây dựng một máy đo mức âm thanh hiệu quả đòi hỏi phải khắc phục những thiếu sót đã nói ở trên, yếu tố quan trọng nhất là đảm bảo rằng đáp ứng tần số bằng phẳng đối với đáp ứng trọng số lý thuyết đã chỉ định (dB-A, dB-C hoặc dB-Z). Độ cộng hưởng tần số cao và giảm âm của micrô MEMS thay đổi theo từng cá nhân, vì vậy, điều quan trọng là phải đo độ cộng hưởng một cách chính xác và tối ưu hóa bộ lọc hiệu chỉnh để làm phẳng đáp tuyến. Trong quá trình sản xuất, Convergence Instruments sử dụng công nghệ bộ lọc thích ứng để xác định và tối ưu hóa các bộ lọc hiệu chỉnh cho từng hệ số trọng số.
Quá trình này hoàn toàn tự động và mất 30 giây cho mỗi thiết bị. Hình 3, 4 và 5 hiển thị lỗi liên quan đến phản hồi dB-C lý thuyết đối với micrô chưa được hiệu chỉnh và micrô đã lọc đã hiệu chỉnh. Có hai phương pháp có sẵn để sửa lỗi phản hồi.
Phương pháp 1: Theo thông số kỹ thuật tiêu chuẩn, đáp ứng được yêu cầu phải bằng phẳng từ 20Hz đến 10kHz. Trên 10kHz, nó phải tuân theo chính xác tâm giữa hai đường giới hạn của IEC61672-2002 Loại I. Điều này mang lại biên độ tốt nhất để đáp ứng tiêu chuẩn đó.
Phương pháp 2: Công cụ hội tụ cũng có thể làm phẳng đáp ứng xuống 20kHz theo yêu cầu đặc biệt.
Bụi được chống lại bằng màng ePTFE có độ xốp cực nhỏ để ngăn bụi hoặc thậm chí cả chất lỏng xâm nhập vào khoang micrô. Màng ePTFE tốt nhất cho micrô MEMS có độ suy giảm khoảng 1db với sự phụ thuộc tần số nhẹ, vì vậy sự phụ thuộc tần số này phải được tính đến khi thực hiện hiệu chỉnh đáp ứng tần số sau khi đặt màng vào micrô.
Không thể khắc phục được hư hỏng đối với micrô MEMS do quá áp suất tĩnh hoặc động và lỗ hổng này cũng cần được chú ý. Micrô MEMS được thiết kế với các lỗ cân bằng trong cấu trúc silicon, nhưng ở tần số thấp, hằng số thời gian cân bằng dài, điều đó có nghĩa là sự thay đổi áp suất nhanh chóng có thể làm hỏng micrô. Một tình huống điển hình gây ra quá áp là cắm micrô vào bộ hiệu chuẩn. Giới hạn áp suất tối đa tuyệt đối là 160dB-SPL có nghĩa là chỉ 0,02 atm. Giới hạn áp suất tối đa tuyệt đối đạt được bằng cách lắp micrô vào bộ hiệu chuẩn, do đó, việc lắp micrô vào (và tháo ra khỏi) bộ hiệu chuẩn phải được thực hiện càng chậm càng tốt để micrô cân bằng áp suất tốt nhất có thể và tránh hư hỏng. Cũng lưu ý rằng micrô MEMS không phải là lựa chọn tốt nhất để đo các xung âm thanh áp suất cao như tiếng nổ hoặc tiếng súng. Trong các ứng dụng như vậy, phải đảm bảo rằng áp suất cực đại tại vị trí đo không đạt đến mức áp suất tối đa tuyệt đối.
Tóm lại là
Bởi vì micrô MEMS được thiết kế và sản xuất cho thị trường tiêu dùng nên chúng có khả năng thu được tín hiệu chất lượng cao với chi phí thấp. Công nghệ sản xuất MEMS đảm bảo rằng các thông số của từng micrô có tính nhất quán cao và chúng rất ổn định theo thời gian và nhiệt độ. Cộng hưởng tần số cao của micrô MEMS phải được loại bỏ chính xác để có được độ nhạy quang phổ đủ chính xác nhằm đáp ứng các yêu cầu của máy đo mức âm thanh Loại I, đòi hỏi các kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến. Tuy nhiên, với khả năng tính toán khổng lồ của các bộ vi xử lý ngày nay, điều này không làm tăng đáng kể giá thành của thiết bị.
