UN MICROFONO DI MISURAZIONE DA LABORATORIO PER NON MOLTO
La qualità di qualsiasi misurazione può essere buona solo quanto lo strumento utilizzato per rilevarla e, per le misurazioni acustiche, trovare uno strumento sufficientemente buono può essere sorprendentemente difficile. I microfoni comunemente disponibili possono essere di buona qualità, ma poiché sono invariabilmente progettati per il parlato o la musica, non è necessario che abbiano la risposta piatta o sufficientemente ampia e la bassa figura di rumore richiesta da un microfono per strumentazione.
I microfoni per scopi di misurazione possono essere acquistati con un esborso molto elevato, ma ecco [Peter Riccardi] con un’unità progettata attorno a una serie di capsule MEMS che offre prestazioni comparabili a una frazione del costo .
Il risultato è sia un progetto estremamente interessante per quelli di noi interessati all’audio, sia un’analisi approfondita di alcuni aspetti del suo design per coloro che sono semplicemente curiosi. Utilizza quattro capsule nel tentativo di annullare il rumore elettrico indotto e vanta alcune impressionanti misurazioni comparative quando testato rispetto a un microfono di misurazione commerciale. Potremmo quasi vederci costruire questo progetto.
L’ingegnere acustico Peter Riccardi ha presentato un microfono da laboratorio appositamente sviluppato, che a volte proviene da una stampante 3D ed è uno dei più economici a $ 30.
Nell’arsenale di un acustico o di un laboratorio di acustica, i microfoni da laboratorio di alta qualità sono uno strumento elementare perché offrono la precisione necessaria per acquisire segnali fisici. Tuttavia, i tradizionali microfoni a condensatore possono costare ben oltre $ 1000, il che è un limite significativo dovuto al solo budget.
Sulla sua pagina del progetto Hackaday, Riccardi scrive: “La qualità di tali microfoni è eccellente, ma ci sono alternative per hobbisti e appassionati che offrono prestazioni comparabili a una frazione del prezzo”.
Anche l’ingegnere acustico Peter Riccardi ha avuto questa idea e ha sviluppato il proprio microfono da laboratorio. Ha progettato un alloggiamento per questo e lo ha prodotto utilizzando la stampa 3D. Ci ha costruito quattro microfoni MEMS , portando il prezzo a $ 30 da record.
Si dice che il microfono offra un rumore di fondo, una risposta in frequenza, una planarità e una sensibilità simili nella banda audio da 20 Hz a 20 kHz.
Progettazione e stampa 3D del microfono
L’ingegnere divide l’elettronica su due schede, la prima delle quali è la scheda portante MEMS. I quattro microfoni sono stati montati in cerchio su un circuito stampato e cablati. La seconda scheda funge da scheda principale che gestisce tutti gli ingressi e il condizionamento del segnale.
Per accoglierlo, Riccardi ha progettato un alloggiamento cilindrico in SolidWorks, la cui forma e dimensione si basa su microfoni disponibili in commercio, e l’ha stampato in due parti da semplice PLA.
Aggiunge: “Poiché l’intero gruppo meccanico è un arco, è abbastanza robusto e può essere lanciato senza timore di danneggiare o rompere la custodia. L’apertura per la piastra di base dei MEM deve ancora essere regolata in futuro poiché c’è pochissimo materiale e ci sono grandi concentrazioni di sollecitazioni sulla connessione strato-strato. Ma al momento funziona abbastanza bene”.
Riccardi ha affermato di aver utilizzato deliberatamente quattro microfoni MEMS. Poiché ogni elemento MEMS ha un livello base di rumore elettrico, ha dovuto collegarli in parallelo per ottenere una cifra di rumore media che avrebbe potuto contrastare più facilmente. I tipici microfoni a condensatore hanno un eccellente rapporto segnale/rumore con sensibilità di circa 50 mV/Pa.
Le prestazioni reggono?
Riccardi ha effettuato le prove in camera semianecoica. Qui ha utilizzato un sistema di acquisizione dati National Instruments NI 4431 per confrontare la risposta in frequenza e le misurazioni del rumore dell’unità con quelle di un microfono a condensatore a campo libero Piezotronics 378B20 PCB
Alla fine i risultati sono stati così buoni che anche Riccardi è rimasto colpito. La risposta in frequenza nella banda audio è stata sufficientemente piatta e la sua sensibilità si è rivelata sufficientemente alta per effettuare misurazioni reali, sebbene nettamente inferiore a quella del microfono PCB. Tuttavia, la controparte commerciale è stata superata in termini di prestazioni nella gamma inferiore a 200Hz.
Scrive: “Occorrono ulteriori esperimenti per caratterizzare ulteriormente il microfono. Ma i risultati preliminari sono molto promettenti e il prezzo rende impossibile ignorarli”.
