Design und Anwendung eines Schallpegelmessers auf Basis von MEMS
Die Entwicklung und der Bau eines effektiven Schallpegelmessers erfordert die Überwindung der oben genannten Mängel. Der wichtigste Faktor besteht darin, sicherzustellen, dass der Frequenzgang im Vergleich zum angegebenen theoretischen gewichteten Frequenzgang (dB-A, dB-C oder dB-Z) flach ist. Hochfrequenzresonanz und Dämpfung von MEMS-Mikrofonen variieren von Person zu Person. Daher ist es wichtig, die Resonanz genau zu messen und den Korrekturfilter zu optimieren, um die Reaktion abzuflachen. Während der Produktion nutzt Convergence Instruments die adaptive Filtertechnologie, um Korrekturfilter für jeden Gewichtungsfaktor zu identifizieren und zu optimieren.
Der Vorgang ist vollautomatisch und dauert 30 Sekunden pro Instrument. Die Abbildungen 3, 4 und 5 zeigen den Fehler relativ zur theoretischen dB-C-Reaktion für das unkorrigierte Mikrofon und das korrigierte gefilterte Mikrofon. Für die Antwortkorrektur stehen zwei Methoden zur Verfügung.
Methode 1: Als Standardspezifikation muss der Frequenzgang von 20 Hz bis 10 kHz flach sein. Oberhalb von 10 kHz muss es genau dem Mittelpunkt zwischen den beiden Grenzlinien von IEC61672-2002 Typ I folgen. Dies bietet den besten Spielraum zur Erfüllung dieser Norm.
Methode 2: Konvergenzinstrumente können die Antwort auf besonderen Wunsch auch auf 20 kHz reduzieren.
Staub wird mit einer ePTFE-Membran bekämpft, die eine extrem geringe Porosität aufweist, um zu verhindern, dass Staub oder sogar Flüssigkeit in den Mikrofonhohlraum eindringt. Die besten ePTFE-Membranen für MEMS-Mikrofone weisen eine Dämpfung von etwa 1 dB mit einer leichten Frequenzabhängigkeit auf. Daher muss diese Frequenzabhängigkeit bei der Durchführung von Frequenzgangkorrekturen nach der Platzierung der Membran im Mikrofon berücksichtigt werden.
Schäden an MEMS-Mikrofonen durch statischen oder dynamischen Überdruck können nicht entgegengewirkt werden, und auch diese Schwachstelle muss beachtet werden. MEMS-Mikrofone sind mit Ausgleichslöchern in der Siliziumstruktur ausgestattet, aber bei niedrigen Frequenzen ist die Ausgleichszeitkonstante lang, was bedeutet, dass schnelle Druckänderungen das Mikrofon beschädigen können. Eine typische Situation, die zu Überdruck führt, ist das Anschließen eines Mikrofons an einen Kalibrator. Die absolute maximale Druckgrenze von 160dB-SPL bedeutet nur 0,02 Atmosphären. Die absolute maximale Druckgrenze wird durch das Einsetzen des Mikrofons in den Kalibrator erreicht. Daher muss das Einsetzen des Mikrofons in den Kalibrator (und das Entfernen aus dem Kalibrator) so langsam wie möglich erfolgen, damit das Mikrofon den Druck bestmöglich ausgleichen kann und Schäden vermieden werden. Beachten Sie außerdem, dass MEMS-Mikrofone nicht die beste Wahl für die Messung von Hochdruckschallimpulsen wie Explosionen oder Schüssen sind. Bei solchen Anwendungen muss sichergestellt werden, dass der Spitzendruck am Messort nicht das absolute Maximaldruckniveau erreicht.
abschließend
Da MEMS-Mikrofone für den Verbrauchermarkt entwickelt und hergestellt werden, sind sie in der Lage, qualitativ hochwertige Signale zu geringen Kosten zu erfassen. Die MEMS-Fertigungstechnologie stellt sicher, dass die Parameter jedes Mikrofons äußerst konsistent und über Zeit und Temperatur sehr stabil sind. Die hochfrequente Resonanz des MEMS-Mikrofons muss präzise aufgehoben werden, um eine ausreichend genaue spektrale Empfindlichkeit zu erhalten, die den Anforderungen eines Schallpegelmessers vom Typ I entspricht, was fortschrittliche Signalverarbeitungstechniken erfordert. Angesichts der enormen Rechenleistung heutiger Prozessoren erhöht dies jedoch nicht wesentlich die Kosten des Instruments.
