Como projetar um medidor de nível de som baseado em MEMS?
MEMS são sistemas microeletromecânicos que são fabricados usando os mesmos materiais (geralmente silício) e técnicas de gravação usadas para fazer circuitos microeletrônicos. Essas técnicas podem construir estruturas em micro e nanoescala com alta precisão e reprodutibilidade. Os microfones MEMS são muito pequenos, mas altamente sensíveis (ruído normalmente melhor que 30 dBA). Muitos microfones MEMS integram amplificação e chips de amostragem digital no nível do dispositivo (até mesmo no nível do chip), fornecendo sinais digitais diretamente e reduzindo o custo de outras partes do sistema ou instrumento. Além disso, a integração direta do circuito analógico para digital no nível do dispositivo elimina o ruído eletromagnético acoplado às linhas de entrada analógicas em projetos convencionais.
Os microfones MEMS são fabricados usando um processo de microgravação rigidamente controlado, de modo que as características individuais de cada microfone MEMS são extremamente consistentes. Eles são muito lineares (0.1 por cento de distorção harmônica total (HD) ou melhor em 1kHz/94dB SPL) e têm uma ampla faixa dinâmica (normalmente melhor que 30dBA a 120dBA). Além disso, os microfones MEMS têm pouca sensibilidade a mudanças de temperatura e, da mesma forma, seus diafragmas de microfone são tão pequenos e finos que são mais de 10 vezes menos sensíveis à vibração do que os microfones eletrostáticos. Além disso, os microfones MEMS estão amplamente disponíveis no mercado de eletrônicos de consumo, portanto, também são muito baratos. Sua sensibilidade permanece muito estável ao longo do tempo e geralmente não requer recalibração para permanecer dentro das especificações do Tipo I.
Essas vantagens tornam os microfones MEMS ideais para projetos. Obviamente, os microfones MEMS têm algumas deficiências a serem compensadas se quiserem projetar um medidor de nível de som eficiente.
Como os microfones MEMS fornecem sinais digitais no nível do dispositivo, não é possível remover a cavidade sensível à pressão do circuito e testar o link analógico isoladamente. Todos os padrões relevantes para medidores de nível de som foram escritos na década de 1970 e assumiram que o design do medidor de nível de som consistia em uma única cavidade de microfone conduzindo uma cadeia de processamento analógico ou um conversor analógico-digital (ADC) seguido por uma cadeia de processamento digital. Isso requer o uso de sinais elétricos em vez de microfones para testar medidores de nível de som. Os microfones MEMS, por outro lado, completam a conversão analógico-digital no nível do dispositivo, o que significa que, embora um medidor de nível de som possa ter o desempenho necessário para atender a um padrão, ele não pode ser testado usando os métodos especificados em esse padrão.
Devido ao tamanho muito pequeno das estruturas de silício dos microfones MEMS, mesmo pequenas partículas de poeira podem entrar facilmente na cavidade do microfone e danificá-los. Tensões estáticas e dinâmicas extremamente altas (normalmente acima de 160 dB-SPL) também podem causar danos a essas pequenas estruturas de silício.
Os microfones MEMS normalmente têm ressonâncias nítidas na faixa de 10 kHz a 20 kHz. A correção para esta ressonância é necessária para que a resposta de frequência do medidor de nível de som caia dentro dos limites do padrão apropriado.
