Os sensores acústicos de IoT para uso externo são cada vez mais utilizados para coletar tendências de ruído de longo prazo em parques industriais, instalações fabris e outras grandes áreas ao ar livre. Ao contrário dos dispositivos de gravação de áudio de curto prazo, esses sensores podem permanecer instalados por meses ou anos, coletando dados acústicos sob condições variáveis de temperatura, umidade e ambiente.
Para esse tipo de aplicação, a estabilidade do microfone pode ser tão importante quanto a sensibilidade nominal. Uma cápsula de microfone que sofre alterações significativas com a temperatura ou que apresenta desvios ao longo de longos períodos pode introduzir variações nos dados coletados que não têm relação com o ambiente acústico real.
A estabilidade da temperatura é fundamental para sensores acústicos externos
Os nós de monitoramento ao ar livre podem sofrer variações significativas de temperatura entre o dia e a noite, bem como diferenças sazonais de temperatura. Essas variações podem afetar a sensibilidade e as características elétricas da cápsula do microfone.
Para um sistema projetado para monitorar as tendências de ruído ao longo do tempo, manter a variação de sensibilidade causada pela temperatura o mais baixa possível ajuda a garantir dados acústicos mais consistentes.
Isso é particularmente importante quando o sistema de monitoramento compara medições coletadas em momentos diferentes. Uma variação na saída do sensor deveria, idealmente, refletir uma alteração no ambiente acústico, e não simplesmente uma variação na temperatura ambiente.
Resposta de 20 Hz a 8 kHz para tendências de ruído ambiental
O ruído ambiental e industrial pode conter energia acústica em uma faixa de frequência relativamente ampla. Para aplicações de monitoramento de IoT em ambientes externos, uma resposta do microfone que abranja aproximadamente 20 Hz a 8 kHz oferece uma faixa prática para capturar as informações acústicas exigidas por muitos sistemas de monitoramento de tendências de ruído.
O objetivo não é necessariamente reproduzir áudio para audição. Em vez disso, o microfone precisa oferecer uma resposta previsível dentro da faixa de frequência utilizada pelo sistema de medição e processamento de sinal do sensor.
Para o desenvolvimento de equipamentos originais (OEM), o requisito real de resposta em frequência deve ser determinado em conjunto com o algoritmo de monitoramento, o compartimento acústico e as condições de medição pretendidas.
Estabilidade a longo prazo para coleta contínua de dados
O monitoramento acústico ao ar livre costuma ser uma aplicação de medição contínua. Uma vez instalado, um nó de IoT pode coletar dados por longos períodos com manutenção limitada.
Nessas condições, a estabilidade do microfone a longo prazo torna-se uma consideração importante no nível dos componentes. Características estáveis de carga do eletréto podem ajudar a manter uma sensibilidade consistente, reduzindo variações desnecessárias na saída do sensor ao longo do período de vida útil.
Isso também é importante quando vários nós de monitoramento são implantados no mesmo local. Características consistentes dos microfones facilitam a comparação, pelo sistema, dos dados coletados em diferentes locais.
Proteção contra as condições climáticas externas
Ao contrário dos microfones utilizados em ambientes controlados, os sensores acústicos para uso externo precisam lidar com poeira, umidade, condensação e mudanças nas condições climáticas.
A proteção básica contra poeira e umidade no nível do microfone pode aumentar a adequação da cápsula para integração em sensores ao ar livre. No entanto, a proteção do microfone não deve ser considerada separadamente do projeto geral do invólucro.
A abertura acústica, a membrana protetora, a estrutura da caixa, o layout da placa de circuito impresso e a posição de instalação podem, todos, afetar o desempenho ambiental final do sensor.
Baixo consumo de energia para monitoramento distribuído da IoT
Os sistemas de monitoramento de ruído em ambientes externos podem ser compostos por vários nós sensores distribuídos. Dependendo da instalação, esses nós podem funcionar com alimentação por fio, baterias ou sistemas de energia solar.
O baixo consumo de energia do microfone é, portanto, útil no projeto de equipamentos de sensoriamento de IoT compactos e que operam continuamente. A redução do consumo de energia de componentes individuais pode contribuir para a eficiência energética geral do nó de monitoramento.
Aplicações típicas
As cápsulas ECM com baixa deriva de temperatura podem ser consideradas para aplicações de sensoriamento acústico em ambientes externos, tais como:
- Monitoramento da evolução dos níveis de ruído nas proximidades de parques industriais
- Coleta de dados acústicos de longo prazo em instalações fabris
- Nós distribuídos de monitoramento de ruído por meio da IoT
- Monitoramento acústico do perímetro de instalações industriais
- Equipamentos para uso ao ar livre e monitoramento de ruídos ambientais
Essas aplicações geralmente se concentram na coleta e na comparação de tendências acústicas ao longo do tempo, em vez de utilizar o microfone como um componente convencional de gravação de áudio.
O que os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) devem levar em consideração ao selecionar um ECM
No caso de um sensor acústico de IoT para uso externo, a escolha do microfone deve se basear no ambiente operacional como um todo, e não apenas na sensibilidade nominal.
Entre os parâmetros importantes podem estar:
- Resposta em frequência de aproximadamente 20 Hz a 8 kHz
- Desvio de temperatura com baixa sensibilidade
- Carga eletrostática estável durante o funcionamento a longo prazo
- Sensibilidade consistente entre os lotes de produção
- Resistência à poeira e à umidade adequada ao invólucro
- Baixo consumo de energia
A especificação final do microfone também deve ser avaliada em conjunto com a estrutura acústica do sensor, o ambiente de instalação, o circuito de condicionamento de sinal e o método de calibração.
ECMIC para projetos de IoT acústica em ambientes externos
A ECMIC fornece cápsulas de microfone condensador eletrético para aplicações OEM e ODM. Para projetos de monitoramento acústico ao ar livre, as especificações dos microfones podem ser desenvolvidas com base na resposta de frequência exigida, nas características de temperatura, na estabilidade da sensibilidade, nas condições ambientais e na configuração elétrica.
Em projetos que envolvam parques industriais, monitoramento de instalações fabris ou sensores acústicos distribuídos de IoT, o microfone deve ser considerado parte do sistema de medição, e não simplesmente um componente de áudio comum.
Se você estiver desenvolvendo um sensor acústico de IoT para uso externo e precisar de uma cápsula de microfone com desempenho estável em baixas temperaturas, entre em contato com a ECMIC informando a faixa de frequência alvo, o ambiente operacional, os requisitos de sensibilidade e os detalhes da aplicação.
