Com dissenyar un sonòmetre basat en MEMS?
Els MEMS són sistemes microelectromecànics que es fabriquen utilitzant els mateixos materials (generalment silici) i tècniques de gravat que s'utilitzen per fer circuits microelectrònics. Aquestes tècniques poden construir estructures a microescala i nanoescala amb alta precisió i reproductibilitat. Els micròfons MEMS són molt petits però molt sensibles (el soroll de fons normalment és millor que 30 dBA). Molts micròfons MEMS integren xips d'amplificació i mostreig digital a nivell de dispositiu (fins i tot a nivell de xip), proporcionant així directament senyals digitals i reduint el cost d'altres parts del sistema o instrument. A més, la integració directa de circuits analògics a digitals a nivell del dispositiu elimina el soroll electromagnètic acoblat a les línies d'entrada analògiques en dissenys convencionals.
Els micròfons MEMS es fabriquen mitjançant un procés de microgravat molt controlat, de manera que les característiques individuals de cada micròfon MEMS són extremadament coherents. Són molt lineals (0,1 per cent de distorsió harmònica total (HD) o millor a 1 kHz/94 dB SPL) i tenen un ampli rang dinàmic (normalment millor de 30 dBA a 120 dBA). A més, els micròfons MEMS tenen poca sensibilitat als canvis de temperatura i, de la mateixa manera, els seus diafragmes de micròfons són tan petits i prims que són més de 10 vegades menys sensibles a la vibració que els micròfons electrostàtics. A més, els micròfons MEMS estan àmpliament disponibles al mercat d'electrònica de consum, de manera que també són molt barats. La seva sensibilitat es manté molt estable al llarg del temps i normalment no requereix recalibració per mantenir-se dins de les especificacions del tipus I.
Aquests avantatges fan que els micròfons MEMS siguin ideals per a dissenys. Per descomptat, els micròfons MEMS tenen algunes deficiències per compensar si volen dissenyar un sonòmetre eficient.
Com que els micròfons MEMS proporcionen senyals digitals a nivell del dispositiu, no és possible eliminar la cavitat sensible a la pressió del circuit i provar l'enllaç analògic de manera aïllada. Tots els estàndards rellevants per als sonòmetres es van escriure a la dècada de 1970 i es van suposar que el disseny del sonòmetre consistia en una única cavitat de micròfon que conduïa una cadena de processament analògic o un convertidor analògic a digital (ADC) seguit d'una cadena de processament digital. Això requereix l'ús de senyals elèctrics en lloc de micròfons per provar els sonòmetres. Els micròfons MEMS, d'altra banda, completen la conversió d'analògic a digital a nivell de dispositiu, la qual cosa significa que tot i que un sonòmetre pot tenir el rendiment necessari per complir amb una norma, no es pot provar amb els mètodes especificats a aquest estàndard.
A causa de la mida molt petita de les estructures de silici dels micròfons MEMS, fins i tot les petites partícules de pols poden entrar fàcilment a la cavitat del micròfon i danyar-les. Les tensions estàtiques i dinàmiques extremadament altes (normalment per sobre de 160 dB-SPL) també poden causar danys a aquestes petites estructures de silici.
Els micròfons MEMS solen tenir ressonàncies agudes en el rang de 10 kHz a 20 kHz. Cal corregir aquesta ressonància perquè la resposta en freqüència del sonòmetre quedi dins dels límits de la norma adequada.
