Làm cách nào để thiết kế máy đo mức âm thanh dựa trên MEMS?
MEMS là các hệ thống vi cơ điện tử được chế tạo bằng cách sử dụng cùng loại vật liệu (thường là silicon) và các kỹ thuật ăn mòn được sử dụng để chế tạo các mạch vi điện tử. Những kỹ thuật này có thể xây dựng các cấu trúc ở cấp độ vi mô và nano với độ chính xác và khả năng tái tạo cao. Micrô MEMS rất nhỏ nhưng có độ nhạy cao (tiếng ồn sàn thường tốt hơn 30dBA). Nhiều micrô MEMS tích hợp khuếch đại và chip lấy mẫu kỹ thuật số ở cấp độ thiết bị (thậm chí cấp độ chip), do đó trực tiếp cung cấp tín hiệu kỹ thuật số và giảm chi phí cho các bộ phận khác của hệ thống hoặc thiết bị. Ngoài ra, việc tích hợp trực tiếp mạch tương tự sang kỹ thuật số ở cấp độ thiết bị giúp loại bỏ nhiễu điện từ kết hợp với các đường đầu vào tương tự trong các thiết kế thông thường.
Micrô MEMS được sản xuất bằng quy trình vi khắc được kiểm soát chặt chẽ, vì vậy các đặc điểm riêng của từng micrô MEMS cực kỳ nhất quán. Chúng rất tuyến tính (0.1 phần trăm độ méo hài tổng (HD) hoặc tốt hơn ở 1kHz/94dB SPL) và có dải động rộng (thường tốt hơn từ 30dBA đến 120dBA). Ngoài ra, micrô MEMS ít nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ và tương tự như vậy, màng chắn micrô của chúng quá nhỏ và mỏng nên chúng ít nhạy cảm với rung động hơn 10 lần so với micrô tĩnh điện. Ngoài ra, micro MEMS được phổ biến rộng rãi trên thị trường điện tử tiêu dùng nên giá cũng rất rẻ. Độ nhạy của chúng vẫn rất ổn định theo thời gian và thường không yêu cầu hiệu chuẩn lại để duy trì trong các thông số kỹ thuật của Loại I.
Những ưu điểm này làm cho micro MEMS trở nên lý tưởng cho các thiết kế. Tất nhiên, micrô MEMS có một số thiếu sót cần bù đắp nếu muốn thiết kế một máy đo mức âm thanh hiệu quả.
Vì micrô MEMS cung cấp tín hiệu kỹ thuật số ở cấp độ thiết bị nên không thể loại bỏ khoang nhạy cảm với áp suất khỏi mạch và kiểm tra liên kết analog một cách cô lập. Tất cả các tiêu chuẩn liên quan cho máy đo mức âm thanh đã được viết vào những năm 1970 và giả định rằng thiết kế máy đo mức âm thanh bao gồm một khoang micrô duy nhất điều khiển chuỗi xử lý tương tự hoặc bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC) theo sau là chuỗi xử lý kỹ thuật số. Điều này yêu cầu sử dụng tín hiệu điện thay vì micrô để kiểm tra máy đo mức âm thanh. Mặt khác, micrô MEMS hoàn thành quá trình chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số ở cấp độ thiết bị, điều đó có nghĩa là mặc dù máy đo mức âm thanh có thể có hiệu suất cần thiết để tuân thủ tiêu chuẩn, nhưng không thể kiểm tra nó bằng các phương pháp được chỉ định trong tiêu chuẩn đó.
Do cấu trúc silicon của micrô MEMS có kích thước rất nhỏ, ngay cả những hạt bụi nhỏ cũng có thể dễ dàng lọt vào khoang micrô và làm hỏng chúng. Ứng suất tĩnh và động cực cao (thường trên 160 dB-SPL) cũng có thể gây hư hỏng cho các cấu trúc silicon nhỏ này.
Micrô MEMS thường có cộng hưởng sắc nét trong phạm vi 10kHz đến 20kHz. Việc hiệu chỉnh cộng hưởng này là cần thiết để đáp ứng tần số của máy đo mức âm thanh nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn thích hợp.
