Disques_ piezoelectrics.htm - Capteurs piézoélectriques - Piezoelectric sensors
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Disques piézo-électriques à la guitare acoustique
Rivel. Acoustique Musicale


Introduction
Actuellement, nous avons d'excellents fabricants de micros piézo-électriques, aussi connues comme transducteurs ou capteurs, tels que Shadow, TAV pickups, Fishman, KK sound et d'autres que ils nous offrent des transducteurs de haute qualité, dont le but est convertir les vibrations mécaniques des instruments musicaux en signaux électriques pour être amplifié avec l'électronique conventionnelle.
Nous présentons ce texte parce que ces derniers temps, des vidéos sont apparues sur YouTube indiquant qu'il est possible d'électrifier un instrument de musique avec des  disques piézoélectriques présents dans les réveils, les alarmes et autres gadgets électroniques.
Nous savons que la qualité a un prix; une voiture haut de gamme n'est pas la même chose qu'une voiture populaire, bien que, dans les deux cas ils ont quatre roues plus le rechange. C'est la vie. D'un autre côté, nous savons que la plupart des grandes offres type "très bon marché" dans de nombreuses occasions il produit de l'insatisfaction pour la qualité douteuse de l'achat.
Nous commencerons par dire que, en effet, à la fois le piézoélectrique d'un réveil et le micro piezo d'une guitare ils sont basés sur le même principe physique. Mais, tandis que dans un réveil, le disque piézo-électrique doit offrir un rendement élevé dans une gamme de fréquence  très réduit, où la linéarité de la courbe de réponse est sans importance, dans un instrument de musique la réponse piézo-électrique doit offrir une gamme étendue de fréquences, toutes avec la même amplitude.
Nous pouvons électrifier un instrument de musique avec un piézo-électrique, très bon marché, mais les résultats obtenus peuvent difficilement satisfaire un musicien exigeant, produisant un son artificiel, en plus d'une grande tendance aux couplages (Effet Larsen).
De toute évidence, un musicien est libre d'électrifier son instrument de la façon qui lui convient le mieux. Cependant, nous recommandons de faire un test comparatif avec un micro piezo de qualité professionnelle, à la fois du son produit, ainsi que de la résistance aux couplages lorsque l'on augmente le volume de l'amplificateur. Les tests comparatifs sont cruciaux pour analyser le phénomène de la manière la plus objective possible et ce texte tente de démontrer que ce que nous affirmons ici est absolument vrai.

Un piézoélectrique est un transducteur réversible
Un transducteur réversible convertit les variations de tension en vibrations mécaniques, mais aussi des vibrations mécaniques dans un signal électrique. Du point de vue physico-mathématique, nous pouvons diviser ce composant en trois parties: le circuit d'entrée électrique, le système mécanique et, enfin, lorsque le transducteur doit fonctionner comme haut-parleur, le circuit de sortie acoustique. Le cas inverse s'applique également: le circuit acoustique de l'entrée, (facultatif) le système mécanique et le circuit de sortie électrique. Ce dernier cas est celui qui nous concerne en ce moment.
Il faut ajouter que, de ce point de vue, entre le circuit électrique et le circuit mécanique, il y a ce qu'on appelle le transducteur électromécanique et, entre le circuit mécanique et acoustique, nous avons le transducteur mécanique-acoustique.
Nous n'allons pas ici développer de théorie physique-mathématique sur tout ce qui est dit parce que ce n'est pas le bon endroit. Il suffit de dire que toute incidence physique dans l'un des trois systèmes, il sera reflété dans les deux autres grâce aux coupleurs virtuels décrits.

La première mesure: l'mpedance électrique
Dans ce domaine, l'une des premières mesures effectuées en laboratoire est le graphique de l'impédance électrique qui, en tenant compte tout ce qui est dit dans la section précédente reflète, aussi, le comportement mécanique-acoustique du système. Pour cela, nous pouvons faire un certain arrangement avec un disque piézo-électrique connecté à un enregistreur qui montrera la variation de l'impédance électrique que nous augmentons la fréquence de balayage. Autrement dit, nous exprimons graphiquement, la fonction: Z = f(1/fr).
Le graphique ci-joint a été obtenu avec une céramique de taille moyenne, qui possède deux fortes résonances, reflet fidèle de la partie electro-mécanique. Ces fréquences sont 900Hz et 3300Hz.
De plus, nous observons que ces résonances ont un facteur Q très élevé, ce qui rend leur élimination difficile. D'autre part, ces résonances inquiétantes se déplaceront vers les graves ou les aigus en fonction de la taille du disque, l'épaisseur du substrat et type de matériaux utilisés.

La deuxième mesure: la réponse en fréquence
Si, par exemple, nous mesurons la réponse en fréquence de la céramique, sans modifier aucune de ses caractéristiques, les résonances apparaissent également dans le graphique, quelque peu déplacé en fonction du type de fixation, empêcher l'utilisation dans le domaine musical. Avec le disque piézoélectrique précédent nous obtenons le résultat suivant:

Si nous utilisons ce disque pour reproduire et amplifier électriquement les vibrations mécaniques produites par une guitare, violon, etc. deux phénomènes néfastes apparaissent:

  1. Avec un graphe de réponse si irrégulier, le timbre de l'instrument sera masqué. Avec des instruments acoustiques de qualité, cette réponse est irrecevable. Reproduire, dans ces conditions, le son d'une guitare acoustique ou d'un violon est une une grosse erreur; quelques notes ils sonneront plus fort, d'autres avec un niveau plus bas, ce qui fera disparaître l'équilibre tonal et le timbre de l'instrument.

  2. Les pics positifs dans le graphique sont des points où le couplage ou l'effet de Larsen apparaîtra lorsque nous augmenterons le volume sonore. La solution consistera à baisser le volume mais, ensuite, le reste du son de l'instrument sera trop bas pour une écoute confortable. En fait, si on augmente beaucoup le volume de reproduction, cet effet apparaît toujours, mais avec un disque piézoélectrique standard, pas prêt pour la musique, il apparaîtra beaucoup avant. Ces céramiques à réponse irrégulière (toutes) sont utiles pour, par exemple, des réveils où l'ingénieur concepteur concordera la gamme de fréquence de l'oscillateur électronique avec la réponse de la céramique.

La solution
Ainsi, les ingénieurs, travaillant avec la taille, l'épaisseur et le type de céramique (zirconate de plomb, titanate de baryum ou les deux dans les proportions appropriées). Aussi, en choisissant le matériau le plus adapté au substrat et en ajoutant, en plus, une résistance mécanique à l'ensemble, nous aurons un excellent réponse en fréquence, comme le graphique que nous présentons maintenant: (TAV - TB38)

Conclusions
Si vous êtes un musicien amateur sans ressources économiques et, en outre, très peu exigeant avec le son produit, vous pouvez utiliser un piezo de réveil, bien que les résultats, du point de vue acoustique, seront très médiocres, blessant votre propre musique. De plus, les auditeurs seront fatigués du timbre produit par votre instrument. Ni vous ni eux ne connaissent la raison, mais la vérité est qu'une telle réponse irrégulière finira par produire une fatigue auditive chez l'auditeur, en plus des accouplements acoustiques. (Effet Larsen). Si, au contraire, vous êtes un musicien exigeant, possesseur d'un bon instrument acoustique, vous souhaiterez que rien ne déforme pas le son de votre instrument.
Si vous êtes sceptique, nous vous conseillons de faire le test pour tirer vos propres conclusions à ce sujet.

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Rivel. Acoustique Musicale. Barcelona.