Kaip sukurti garso lygio matuoklį, pagrįstą MEMS?
MEMS yra mikroelektromechaninės sistemos, pagamintos naudojant tas pačias medžiagas (dažniausiai silicį) ir ėsdinimo būdus, naudojamas mikroelektroninėms grandinėms gaminti. Taikant šiuos metodus galima sukurti labai tiksliai ir atkuriančias mikro ir nanoskalės struktūras. MEMS mikrofonai yra labai maži, bet labai jautrūs (triukšmo lygis paprastai didesnis nei 30 dBA). Daugelis MEMS mikrofonų integruoja stiprinimo ir skaitmeninių diskretizavimo lustus įrenginio lygiu (net lustų lygiu), tokiu būdu tiesiogiai perduodant skaitmeninius signalus ir sumažinant kitų sistemos ar instrumento dalių išlaidas. Be to, tiesioginis analoginio ir skaitmeninio schemų integravimas įrenginio lygiu pašalina elektromagnetinį triukšmą, susietą su įprastų konstrukcijų analoginėmis įvesties linijomis.
MEMS mikrofonai gaminami naudojant griežtai kontroliuojamą mikrograviravimo procesą, todėl kiekvieno MEMS mikrofono individualios charakteristikos yra itin nuoseklios. Jie yra labai linijiniai (0,1 proc. bendras harmoninis iškraipymas (HD) arba geresnis esant 1 kHz/94 dB SPL) ir turi platų dinaminį diapazoną (paprastai geresnis nei 30 dBA–120 dBA). Be to, MEMS mikrofonai yra mažai jautrūs temperatūros pokyčiams, taip pat jų mikrofonų diafragmos yra tokios mažos ir plonos, kad yra daugiau nei 10 kartų mažiau jautrios vibracijai nei elektrostatiniai mikrofonai. Be to, MEMS mikrofonai yra plačiai prieinami plataus vartojimo elektronikos rinkoje, todėl jie taip pat yra labai pigūs. Jų jautrumas laikui bėgant išlieka labai stabilus ir paprastai nereikia iš naujo kalibruoti, kad atitiktų I tipo specifikacijas.
Dėl šių privalumų MEMS mikrofonai idealiai tinka dizainui. Žinoma, MEMS mikrofonai turi tam tikrų trūkumų, kuriuos reikia kompensuoti, jei jie nori sukurti efektyvų garso lygio matuoklį.
Kadangi MEMS mikrofonai teikia skaitmeninius signalus įrenginio lygiu, neįmanoma pašalinti slėgiui jautrios ertmės iš grandinės ir patikrinti analoginės jungties atskirai. Visi atitinkami garso lygio matuoklių standartai buvo parašyti aštuntajame dešimtmetyje ir buvo daroma prielaida, kad garso lygio matuoklio konstrukciją sudaro viena mikrofono ertmė, valdanti analoginio apdorojimo grandinę arba analoginį skaitmeninį keitiklį (ADC), po kurio seka skaitmeninio apdorojimo grandinė. Norint patikrinti garso lygio matuoklius, reikia naudoti elektrinius signalus, o ne mikrofonus. Kita vertus, MEMS mikrofonai užbaigia analoginį į skaitmeninį konvertavimą įrenginio lygiu, o tai reiškia, kad nors garso lygio matuoklis gali turėti našumą, reikalingą, kad atitiktų standartą, jis negali būti išbandytas naudojant metodus, nurodytus tas standartas.
Dėl labai mažo MEMS mikrofonų silicio konstrukcijų dydžio net mažos dulkių dalelės gali lengvai patekti į mikrofono ertmę ir jas sugadinti. Itin dideli statiniai ir dinaminiai įtempiai (paprastai viršija 160 dB-SPL) taip pat gali pakenkti šioms mažoms silicio konstrukcijoms.
MEMS mikrofonai paprastai turi aštrų rezonansą nuo 10 kHz iki 20 kHz diapazone. Reikalinga šio rezonanso korekcija, kad garso lygio matuoklio dažnio atsakas patektų į atitinkamo standarto ribas.
