Sut i ddylunio mesurydd lefel sain yn seiliedig ar MEMS?
Mae MEMS yn systemau microelectromecanyddol sy'n cael eu gwneud gan ddefnyddio'r un deunyddiau (silicon fel arfer) a thechnegau ysgythru a ddefnyddir i wneud cylchedau microelectroneg. Gall y technegau hyn adeiladu strwythurau micro-raddfa a nanoraddfa gyda manwl gywirdeb ac atgynhyrchedd uchel. Mae meicroffonau MEMS yn fach iawn ond yn sensitif iawn (llawr sŵn fel arfer yn well na 30dBA). Mae llawer o ficroffonau MEMS yn integreiddio sglodion chwyddo a samplu digidol ar lefel y ddyfais (hyd yn oed lefel sglodion), a thrwy hynny ddarparu signalau digidol yn uniongyrchol a lleihau cost rhannau eraill o'r system neu'r offeryn. Yn ogystal, mae integreiddio cylchedau analog-i-ddigidol yn uniongyrchol ar lefel y ddyfais yn dileu sŵn electromagnetig ynghyd â llinellau mewnbwn analog mewn dyluniadau confensiynol.
Mae meicroffonau MEMS yn cael eu cynhyrchu gan ddefnyddio proses micro-ysgythru a reolir yn dynn, felly mae nodweddion unigol pob meicroffon MEMS yn hynod gyson. Maent yn llinol iawn (0.1 y cant o afluniad harmonig cyfan (HD)) neu well ar 1kHz/94dB SPL) ac mae ganddynt ystod ddeinamig eang (fel arfer yn well na 30dBA i 120dBA). Yn ogystal, nid oes gan ficroffonau MEMS lawer o sensitifrwydd i newidiadau tymheredd, ac yn yr un modd, mae diafframau eu meicroffonau mor fach a denau eu bod fwy na 10 gwaith yn llai sensitif i ddirgryniad na meicroffonau electrostatig. Yn ogystal, mae meicroffonau MEMS ar gael yn eang yn y farchnad electroneg defnyddwyr, felly maent hefyd yn rhad iawn. Mae eu sensitifrwydd yn parhau'n sefydlog iawn dros amser ac fel arfer nid oes angen ei ail-raddnodi i aros o fewn manylebau Math I.
Mae'r manteision hyn yn gwneud meicroffonau MEMS yn ddelfrydol ar gyfer dyluniadau. Wrth gwrs, mae gan ficroffonau MEMS rai diffygion i'w gwneud yn iawn os ydynt am ddylunio mesurydd lefel sain effeithlon.
Oherwydd bod meicroffonau MEMS yn darparu signalau digidol ar lefel y ddyfais, nid yw'n bosibl tynnu'r ceudod sy'n sensitif i bwysau o'r gylched a phrofi'r cyswllt analog ar ei ben ei hun. Ysgrifennwyd yr holl safonau perthnasol ar gyfer mesuryddion lefel sain yn y 1970au a thybiwyd bod dyluniad y mesurydd lefel sain yn cynnwys un ceudod meicroffon yn gyrru cadwyn brosesu analog neu drawsnewidydd analog-i-ddigidol (ADC) ac yna cadwyn brosesu ddigidol. Mae hyn yn gofyn am ddefnyddio signalau trydanol yn lle meicroffonau i brofi mesuryddion lefel sain. Mae meicroffonau MEMS, ar y llaw arall, yn cwblhau'r trosi analog-i-ddigidol ar lefel y ddyfais, sy'n golygu, er y gallai fod gan fesurydd lefel sain y perfformiad sy'n ofynnol i gydymffurfio â safon, ni ellir ei brofi gan ddefnyddio'r dulliau a nodir yn y safon honno.
Oherwydd maint bach iawn strwythurau silicon meicroffonau MEMS, gall hyd yn oed gronynnau llwch bach fynd i mewn i geudod y meicroffon a'u difrodi. Gall straen statig a deinamig hynod uchel (fel arfer uwchlaw 160 dB-SPL) hefyd achosi difrod i'r strwythurau silicon bach hyn.
Yn nodweddiadol mae gan ficroffonau MEMS atseiniau sydyn yn yr ystod 10kHz i 20kHz. Mae angen cywiro'r cyseiniant hwn fel bod ymateb amledd y mesurydd lefel sain yn dod o fewn terfynau'r safon briodol.
