聲級計（Sound Level Meter，簡稱SLM）的主要成本是測量級麥克風，如0.5英寸反應耦合等離子體（Inductively Coupled Plasma，簡稱ICP）麥克風。高昂的麥克風成本限制了聲級計在如建筑工地監測或環境研究等諸多儀器中的應用。微機電系統（Micro-Electro-Mechanical System，簡稱MEMS）麥克風成為了傳統ICP麥克風的高性能替代產品，成本至少降低兩個數量級。MEMS麥克風的高品質主要是受到消費電子市場需求的驅動而發展。但是，在設計高品質聲級計時也需要考慮它們的特性。

注：聲級計是最基本的噪聲測量儀器，它是一種電子儀器，但又不同于電壓表等客觀電子儀表。在把聲信號轉換成電信號時，可以模擬人耳對聲波反應速度的時間特性；對高低頻有不同靈敏度的頻率特性以及不同響度時改變頻率特性的強度特性。 聲級計是一種主觀性的電子儀器。

MEMS是一種微型機電系統，采用與制造微電子電路相同的材料（通常是硅）和蝕刻技術進行制造（見圖1）。這些技術可以構建具有高精度和可重復性的微米級和納米級結構。MEMS麥克風體積非常小，但靈敏度很高（本底噪聲通常優于30dBA）。許多MEMS麥克風在器件級（甚至芯片級）集成了放大和數字采樣芯片，從而直接提供數字信號，降低了系統或儀器的其它部分成本。此外，在器件級直接集成模數電路也消除了傳統設計中耦合到模擬輸入線的電磁噪聲。

圖1：毫米刻度與MEMS麥克風尺寸對比示意

MEMS麥克風使用嚴格控制的微蝕刻工藝制造，故每個MEMS麥克風的個體特性極其一致。它們具有非常線性（在1kHz/94dB SPL時，總諧波失真（Harmonic Distortion，簡稱HD）為0.1%或更優），且動態范圍也很寬（通常優于30dBA至120dBA）。此外，MEMS麥克風對溫度變化的敏感性很小，同樣地，它們的麥克風振膜小巧輕薄，以至于對振動的敏感性比靜電式麥克風低10倍以上。另外，MEMS麥克風大規模供應消費電子市場，因此價格也非常便宜。它們的靈敏度隨時間變化依然非常穩定，通常不需要重新校準即可保持在I型規范的范圍內。

MEMS麥克風結構和封裝示意圖

這些優勢使MEMS麥克風成為設計的理想選擇。當然，若想設計高效的聲級計，MEMS麥克風還需彌補一些缺陷。

由于MEMS麥克風是在器件級提供數字信號，因此無法從電路中單獨移出壓力敏感腔，并單獨測試模擬鏈路。而聲級計的所有相關標準都編寫于20世紀70年代，并假設聲級計設計包括一個單獨的麥克風振腔，驅動一個模擬處理鏈或者一個模數轉換器（ADC），然后是一個數字處理鏈。這就要求使用電信號代替麥克風來測試聲級計。而MEMS麥克風在器件級完成了模數轉換，這意味著，即使聲級計可能具有符合某個標準所需的性能，也無法使用該標準規定的方法對其進行測試。

圖2：無線聲級計數據記錄器

由于MEMS麥克風硅結構的尺寸非常小，即便是微小的灰塵顆粒也很容易進入麥克風腔體進而損壞它們。極高的靜態和動態壓力（通常高于160 dB-SPL）也會對這些小型硅結構造成損壞。

MEMS麥克風通常在10kHz至20kHz范圍內具有尖銳的諧振。需要對此諧振進行校正，以使聲級計的頻率響應落在適當標準的限制線之內。

基于MEMS的聲級計設計與應用

設計和制造有效的聲級計需要克服上述缺點，最重要的因素是確保頻率響應相對于指定的理論加權響應（dB-A、dB-C或dB-Z）是平坦的。MEMS麥克風的高頻諧振和阻尼因個體而異，因此，精確測量諧振并優化校正濾波器以平坦響應是非常重要的。在生產過程中，Convergence Instruments使用自適應濾波器技術來識別和優化每個加權因子的校正濾波器。

圖3：未校正的MEMS麥克風響應誤差，相對于理論dB-C響應