MEMSに基づく騒音計の設計と応用
効果的な騒音計を設計および構築するには、前述の欠点を克服する必要があります。最も重要な要素は、指定された理論上の重み付け応答 (dB-A、dB-C、または dB-Z) に対して周波数応答が平坦であることを保証することです。 MEMSマイクの高周波共振と減衰は個体差があるため、共振を正確に測定し、応答を平坦化するために補正フィルターを最適化することが重要です。 Convergence Instruments は、生産中に適応フィルター技術を使用して、各重み付け係数の補正フィルターを特定し、最適化します。
このプロセスは完全に自動化されており、機器ごとに 30 秒かかります。 図 3、4、および 5 は、補正されていないマイクと補正されたフィルターをかけたマイクの理論的な dB-C 応答に対する誤差を示しています。 レスポンス補正には 2 つの方法があります。
方法1：標準仕様として、20Hzから10kHzまでフラットな応答が求められます。 10kHz を超えると、IEC61672-2002 タイプ I の 2 つの制限線の間の中心点に正確に従う必要があります。これにより、その規格を満たすための最適なマージンが得られます。
方法 2: Convergence Instruments は、特別なリクエストとして応答を 20kHz まで平坦化することもできます。
ほこりは、非常に小さな気孔率を備えた ePTFE メンブレンで処理され、ほこりや液体さえもマイクのキャビティに侵入するのを防ぎます。 MEMS マイクに最適な ePTFE メンブレンは、わずかな周波数依存性を持つ約 1db の減衰があるため、メンブレンをマイクに配置した後に周波数応答補正を実行する場合は、この周波数依存性を考慮する必要があります。
静的または動的過圧による MEMS マイクの損傷には対処できず、この脆弱性にも注意が必要です。 MEMS マイクはシリコン構造にイコライゼーション ホールを備えて設計されていますが、低周波数ではイコライゼーション時定数が長いため、急激な圧力変化によりマイクが損傷する可能性があります。 過圧を引き起こす一般的な状況は、マイクをキャリブレーターに接続することです。 160dB-SPL の絶対最大圧力制限は、わずか 0.02 気圧を意味します。 マイクをキャリブレーターに挿入すると絶対最大圧力制限に達するため、マイクが圧力をできるだけ均等にし、損傷を避けるために、マイクをキャリブレーターに挿入 (およびキャリブレーターから取り外す) は、できるだけゆっくり行う必要があります。 また、MEMS マイクは爆発や銃声などの高圧の音響パルスの測定には最適ではないことにも注意してください。 このような用途では、測定場所のピーク圧力が絶対最大圧力レベルに達しないようにする必要があります。
結論は
MEMS マイクは民生市場向けに設計および製造されているため、低コストで高品質の信号を取得できます。 MEMS 製造技術により、各マイクのパラメータの一貫性が高く、時間や温度に対して非常に安定しています。 高度な信号処理技術を必要とするタイプ I 騒音計の要件を満たす十分に正確なスペクトル感度を得るには、MEMS マイクの高周波共振を正確にキャンセルする必要があります。 ただし、今日のプロセッサーの膨大な計算能力を考慮すると、これによって機器のコストが大幅に増加することはありません。
