Kako oblikovati merilnik ravni zvoka, ki temelji na MEMS?
MEMS so mikroelektromehanski sistemi, ki so izdelani z uporabo istih materialov (običajno silicija) in tehnik jedkanja, ki se uporabljajo za izdelavo mikroelektronskih vezij. Te tehnike lahko zgradijo strukture na mikro in nanometru z visoko natančnostjo in ponovljivostjo. Mikrofoni MEMS so zelo majhni, a zelo občutljivi (nizka raven hrupa je običajno boljša od 30 dBA). Številni mikrofoni MEMS vključujejo čipe za ojačanje in digitalno vzorčenje na ravni naprave (celo na ravni čipa), s čimer neposredno zagotavljajo digitalne signale in zmanjšujejo stroške drugih delov sistema ali instrumenta. Poleg tega neposredna integracija analogno-digitalnega vezja na ravni naprave odpravlja elektromagnetni šum, povezan z analognimi vhodnimi linijami v običajnih oblikah.
Mikrofoni MEMS so izdelani s strogo nadzorovanim postopkom mikrojedkanja, zato so posamezne značilnosti vsakega mikrofona MEMS izjemno dosledne. So zelo linearni (0.1-odstotno skupno harmonično popačenje (HD) ali boljše pri 1 kHz/94 dB SPL) in imajo širok dinamični razpon (običajno boljši od 30 dBA do 120 dBA). Poleg tega so mikrofoni MEMS malo občutljivi na temperaturne spremembe, prav tako pa so njihove mikrofonske membrane tako majhne in tanke, da so več kot 10-krat manj občutljive na vibracije kot elektrostatični mikrofoni. Poleg tega so mikrofoni MEMS široko dostopni na trgu zabavne elektronike, zato so tudi zelo poceni. Njihova občutljivost ostaja sčasoma zelo stabilna in običajno ne zahteva ponovnega umerjanja, da ostane znotraj specifikacij tipa I.
Zaradi teh prednosti so mikrofoni MEMS idealni za oblikovanje. Seveda imajo mikrofoni MEMS nekaj pomanjkljivosti, ki jih je treba nadomestiti, če želijo oblikovati učinkovit merilnik ravni zvoka.
Ker mikrofoni MEMS zagotavljajo digitalne signale na ravni naprave, ni mogoče odstraniti na pritisk občutljive votline iz vezja in preizkusiti analogno povezavo v izolaciji. Vsi ustrezni standardi za merilnike ravni zvoka so bili napisani v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja in so predpostavljali, da je zasnova merilnika ravni zvoka sestavljena iz ene votline mikrofona, ki poganja verigo analogne obdelave ali analogno-digitalni pretvornik (ADC), ki mu sledi veriga digitalne obdelave. To zahteva uporabo električnih signalov namesto mikrofonov za testiranje merilnikov ravni zvoka. Mikrofoni MEMS na drugi strani dokončajo analogno-digitalno pretvorbo na ravni naprave, kar pomeni, da čeprav ima merilnik ravni zvoka zmogljivost, ki je potrebna za skladnost s standardom, ga ni mogoče preizkusiti z metodami, navedenimi v ta standard.
Zaradi zelo majhne velikosti silicijevih struktur mikrofonov MEMS lahko celo drobni delci prahu zlahka vstopijo v votlino mikrofona in ga poškodujejo. Izjemno visoke statične in dinamične napetosti (običajno nad 160 dB-SPL) lahko povzročijo tudi poškodbe teh majhnih silicijevih struktur.
Mikrofoni MEMS imajo običajno ostre resonance v območju od 10 kHz do 20 kHz. Popravek za to resonanco je potreben, da frekvenčni odziv merilnika ravni zvoka pade v meje ustreznega standarda.
