I sensori acustici IoT per esterni vengono sempre più spesso utilizzati per rilevare l'andamento del rumore nel lungo periodo nei pressi di parchi industriali, siti produttivi e altre vaste aree all'aperto. A differenza dei dispositivi di registrazione audio a breve termine, questi sensori possono rimanere installati per mesi o anni, raccogliendo dati acustici in condizioni mutevoli di temperatura, umidità e ambiente.
Per questo tipo di applicazione, la stabilità del microfono può essere importante tanto quanto la sensibilità nominale. Una capsula microfonica che subisce variazioni significative con la temperatura o che presenta derive nel corso di lunghi periodi può introdurre nei dati raccolti variazioni estranee all’effettivo ambiente acustico.
La stabilità della temperatura è fondamentale per i sensori acustici da esterno
I nodi di monitoraggio all'aperto possono essere soggetti a notevoli variazioni di temperatura tra il giorno e la notte, oltre che a differenze di temperatura stagionali. Tali variazioni possono influire sulla sensibilità e sulle caratteristiche elettriche della capsula del microfono.
In un sistema progettato per monitorare l'andamento del rumore nel tempo, ridurre al minimo le variazioni di sensibilità dovute alla temperatura contribuisce a garantire una maggiore coerenza dei dati acustici.
Ciò è particolarmente importante quando il sistema di monitoraggio mette a confronto misurazioni raccolte in momenti diversi. Una variazione dell'uscita del sensore dovrebbe idealmente riflettere una variazione dell'ambiente acustico piuttosto che una semplice variazione della temperatura ambiente.
Una risposta in frequenza compresa tra 20 Hz e 8 kHz per l’analisi delle tendenze del rumore ambientale
Il rumore ambientale e industriale può contenere energia acustica in una gamma di frequenze relativamente ampia. Per le applicazioni di monitoraggio IoT all’aperto, una risposta del microfono che copra approssimativamente Da 20 Hz a 8 kHz offre una gamma pratica per l'acquisizione delle informazioni acustiche richieste da molti sistemi di monitoraggio dell'andamento del rumore.
L'obiettivo non è necessariamente quello di riprodurre l'audio per l'ascolto. Il microfono deve invece fornire una risposta prevedibile all'interno della banda di frequenza utilizzata dal sistema di misurazione e di elaborazione del segnale del sensore.
Per lo sviluppo OEM, i requisiti effettivi di risposta in frequenza devono essere determinati tenendo conto dell’algoritmo di monitoraggio, dell’involucro acustico e delle condizioni di misurazione previste.
Stabilità a lungo termine per la raccolta continua dei dati
Il monitoraggio acustico all'aperto è spesso un'applicazione di misurazione continua. Una volta installato, un nodo IoT può raccogliere dati per lunghi periodi con una manutenzione minima.
In queste condizioni, la stabilità a lungo termine del microfono diventa un fattore importante da considerare a livello dei componenti. Caratteristiche di carica dell'elettrete stabili possono contribuire a mantenere una sensibilità costante, riducendo variazioni inutili nell'uscita del sensore durante il periodo di funzionamento.
Questo aspetto è importante anche quando nello stesso sito sono presenti più nodi di monitoraggio. Caratteristiche dei microfoni uniformi consentono al sistema di confrontare più facilmente i dati raccolti da diverse postazioni.
Protezione dalle intemperie
A differenza dei microfoni utilizzati in ambienti controllati, i sensori acustici per esterni devono resistere alla polvere, all'umidità, alla condensa e alle mutevoli condizioni meteorologiche.
Una protezione di base contro polvere e umidità a livello del microfono può migliorare l'idoneità della capsula all'integrazione in sensori da esterno. Tuttavia, la protezione del microfono non dovrebbe essere considerata separatamente dal progetto complessivo dell'involucro.
L'apertura acustica, la membrana protettiva, la struttura dell'alloggiamento, il layout del circuito stampato e la posizione di installazione possono tutti influire sulle prestazioni ambientali finali del sensore.
Basso consumo energetico per il monitoraggio distribuito dell'IoT
I sistemi di monitoraggio del rumore all'aperto possono essere costituiti da più nodi sensori distribuiti. A seconda dell'installazione, questi nodi possono essere alimentati tramite cavo, batterie o sistemi di alimentazione solare.
Un basso consumo energetico del microfono è quindi utile nella progettazione di apparecchiature di rilevamento IoT compatte e funzionanti in modo continuo. Ridurre il fabbisogno energetico dei singoli componenti può contribuire all'efficienza energetica complessiva del nodo di monitoraggio.
Applicazioni tipiche
Le capsule ECM a deriva a bassa temperatura possono essere prese in considerazione per applicazioni di rilevamento acustico all’aperto quali:
- Monitoraggio dell'andamento del rumore nelle vicinanze dei poli industriali
- Raccolta di dati acustici a lungo termine presso gli stabilimenti produttivi
- Nodi distribuiti per il monitoraggio del rumore tramite IoT
- Monitoraggio acustico perimetrale di un sito industriale
- Attrezzature per attività all'aperto e monitoraggio acustico ambientale
Queste applicazioni si concentrano generalmente sulla raccolta e sul confronto delle tendenze acustiche nel tempo, piuttosto che sull'utilizzo del microfono come componente convenzionale per la registrazione audio.
Cosa dovrebbero tenere in considerazione i produttori OEM nella scelta di un ECM
Nel caso di un sensore acustico IoT da esterno, la scelta del microfono dovrebbe basarsi sull'ambiente operativo nel suo complesso, piuttosto che sulla sola sensibilità nominale.
Tra i parametri importanti possono figurare:
- Risposta in frequenza da circa 20 Hz a 8 kHz
- Deriva termica a bassa sensibilità
- Carica dell'elettretto stabile durante il funzionamento a lungo termine
- Sensibilità costante tra i lotti di produzione
- Resistenza alla polvere e all'umidità adeguata al tipo di involucro
- Basso consumo energetico
Le specifiche finali del microfono dovrebbero inoltre essere valutate tenendo conto della struttura acustica del sensore, dell'ambiente di installazione, del circuito di condizionamento del segnale e del metodo di taratura.
ECMIC per progetti IoT nel campo dell'acustica per esterni
ECMIC fornisce capsule microfoniche a condensatore electret per applicazioni OEM e ODM. Per i progetti di monitoraggio acustico in ambienti esterni, le specifiche dei microfoni possono essere sviluppate in base alla risposta in frequenza richiesta, alle caratteristiche termiche, alla stabilità della sensibilità, alle condizioni ambientali e alla configurazione elettrica.
Per i progetti che riguardano parchi industriali, il monitoraggio di siti produttivi o sensori acustici IoT distribuiti, il microfono dovrebbe essere considerato parte integrante del sistema di misurazione piuttosto che un semplice componente audio standard.
Se state sviluppando un sensore IoT acustico per uso esterno e avete bisogno di una capsula microfonica con prestazioni stabili alle basse temperature, contattate ECMIC indicando la banda di frequenza desiderata, l’ambiente operativo, i requisiti di sensibilità e i dettagli dell’applicazione.
