Comment concevoir un sonomètre basé sur MEMS ?
Les MEMS sont des systèmes microélectromécaniques fabriqués à l'aide des mêmes matériaux (généralement du silicium) et des mêmes techniques de gravure que ceux utilisés pour fabriquer les circuits microélectroniques. Ces techniques peuvent construire des structures à l'échelle microscopique et nanométrique avec une précision et une reproductibilité élevées. Les microphones MEMS sont très petits mais très sensibles (bruit de fond généralement supérieur à 30 dBA). De nombreux microphones MEMS intègrent des puces d'amplification et d'échantillonnage numérique au niveau de l'appareil (même au niveau de la puce), fournissant ainsi directement des signaux numériques et réduisant le coût des autres parties du système ou de l'instrument. De plus, l'intégration directe des circuits analogique-numérique au niveau de l'appareil élimine le bruit électromagnétique couplé aux lignes d'entrée analogiques dans les conceptions conventionnelles.
Les microphones MEMS sont fabriqués à l'aide d'un processus de microgravure étroitement contrôlé, de sorte que les caractéristiques individuelles de chaque microphone MEMS sont extrêmement cohérentes. Ils sont très linéaires (0.1 % de distorsion harmonique totale (HD) ou mieux à 1 kHz/94 dB SPL) et ont une large plage dynamique (généralement supérieure à 30 dBA à 120 dBA). De plus, les microphones MEMS ont peu de sensibilité aux changements de température, et de même, leurs diaphragmes de microphone sont si petits et fins qu'ils sont plus de 10 fois moins sensibles aux vibrations que les microphones électrostatiques. De plus, les microphones MEMS sont largement disponibles sur le marché de l'électronique grand public, ils sont donc également très bon marché. Leur sensibilité reste très stable dans le temps et ne nécessite généralement pas de réétalonnage pour rester dans les spécifications de type I.
Ces avantages rendent les microphones MEMS idéaux pour les conceptions. Bien sûr, les microphones MEMS ont quelques lacunes à combler s'ils veulent concevoir un sonomètre efficace.
Étant donné que les microphones MEMS fournissent des signaux numériques au niveau de l'appareil, il n'est pas possible de retirer la cavité sensible à la pression du circuit et de tester la liaison analogique de manière isolée. Toutes les normes pertinentes pour les sonomètres ont été écrites dans les années 1970 et supposaient que la conception du sonomètre consistait en une seule cavité de microphone pilotant une chaîne de traitement analogique ou un convertisseur analogique-numérique (ADC) suivi d'une chaîne de traitement numérique. Cela nécessite l'utilisation de signaux électriques au lieu de microphones pour tester les sonomètres. Les microphones MEMS, d'autre part, complètent la conversion analogique-numérique au niveau de l'appareil, ce qui signifie que même si un sonomètre peut avoir les performances requises pour se conformer à une norme, il ne peut pas être testé en utilisant les méthodes spécifiées dans cette norme.
En raison de la très petite taille des structures en silicium des microphones MEMS, même de minuscules particules de poussière peuvent facilement pénétrer dans la cavité du microphone et les endommager. Des contraintes statiques et dynamiques extrêmement élevées (généralement supérieures à 160 dB-SPL) peuvent également endommager ces petites structures en silicium.
Les microphones MEMS ont généralement des résonances aiguës dans la plage de 10 kHz à 20 kHz. Une correction de cette résonance est nécessaire pour que la réponse en fréquence du sonomètre tombe dans les limites de la norme appropriée.
