Як падабраць п'езакерамічныя матэрыялы да прымянення акустычных гуказдымальнікаў

Захоп натуральнага рэзанансу акустычнага інструмента без увядзення страшнага «п'езаквакання» застаецца асноўнай інжынернай задачай. Пераходныя скажэнні расчароўваюць будаўнікоў і гульцоў. Ён маскіруе сапраўдны голас тонвуда. Пазбягаць гэтых сінтэтычных ломкіх тонаў трэба пачынаць задоўга да таго, як сігнал дасягне этапу папярэдняга ўзмацнення. Яна пачынаецца з выбару правільнага п'езаэлектрычнага керамічнага матэрыялу, дакладнага складу і аптымальнай фізічнай геаметрыі. Калі вы выбіраеце няправільны падмурак, вы ствараеце сур'ёзныя акустычныя неадпаведнасці. Вы не можаце проста выправіць гэтыя памылкі з дапамогай выраўноўвання пазней.

Гэты дапаможнік служыць практычнай тэхнічнай асновай для майстроў, аўдыяінжынераў і вытворцаў абсталявання. Вы даведаецеся, як правільна ацэньваць, складаць кароткі спіс і ўкараняць пьезокерамические кампаненты. Мы забяспечваем дакладныя патрабаванні да акустыкі, выбар формаў-фактару і адпаведнасць імпедансу, каб дапамагчы вам дасягнуць некранутага акустычнага прайгравання. Разумеючы гэтыя асноўныя прынцыпы, вы можаце распрацоўваць сістэмы гуказдымальнікаў, якія забяспечваюць натуральнае, празрыстае інструментальнае ўзмацненне.

Ключавыя вывады

• Фізічная геаметрыя п'езаэлемента (дыскі супраць блокаў) вызначае стыль мацавання і асноўную вось механічнага напружання, якое ён можа дакладна ўлавіць.

• Мяккая кераміка PZT (тытанат цырканату свінцу) звычайна забяспечвае высокую адчувальнасць і высокую ёмістасць, ідэальную для акустычных частотных дыяпазонаў, хоць яна патрабуе строгага ўзгаднення імпедансу.

• Механічнае злучэнне (адгезійны тып, размеркаванне ціску) гэтак жа важна, як і характарыстыкі керамікі; дрэнная ўстаноўка ставіць пад пагрозу нават самы якасны п'езаматэрыял.

• Адпаведнасць ёмістасці з уваходным супрацівам убудаванага або вонкавага папярэдняга ўзмацняльніка (звычайна ад 1 МОм да 10 МОм) з'яўляецца абавязковым для роўнай частотнай характарыстыкі і адэкватнага захавання нізкіх частот.

1. Вызначэнне поспеху: тэхнічныя крытэрыі ацэнкі акустычнага гуказдымальніка

Распрацоўка празрыстай акустычнай сістэмы гуказдымання патрабуе строгага захавання базавых тэхнічных крытэраў. Вы не можаце проста прымацаваць любы п'езаэлектрычны элемент да дэкі і чакаць высокай дакладнасці гуку. Для надзейнай працы кампанент павінен адпавядаць пэўным электрычным і механічным парогам.

Феномен 'шарлатана'.

Многія акустычныя гітарысты скардзяцца на рэзкі, штучны гук падчас агрэсіўнай гульні. Інжынеры звычайна называюць гэта 'п'езаквакам'. Гэта з'ява адбываецца таму, што хуткія пераходныя працэсы, такія як моцныя ўдары кіркі, выклікаюць моцную імгненную фізічную нагрузку на керамічны элемент. Кераміка пераводзіць гэтую раптоўную механічную сілу ў экстрэмальны ўсплёск напружання. Калі электрычны буфер не можа вытрымаць гэты хуткі ўсплёск, сігнал абрываецца. Выбар правільнага класа керамікі дапамагае змякчыць гэта. Вы павінны злучыць керамічны матэрыял з адпаведнай буфернай прыступкай, каб згладзіць гэтыя экстрэмальныя пікі напружання.

Частотная характарыстыка і ёмістасць

Акустычны інструмент поўнага дыяпазону стварае шырокі спектр частот. Звычайна вам трэба захопліваць частоты ў дыяпазоне ад 20 Гц да 20 кГц. П'езаэлектрычны элемент паводзіць сябе электрычна як кандэнсатар. Яго ўласная ёмістасць наўпрост вызначае яго здольнасць прайграваць нізкія частоты. Калі ёмістасць занадта нізкая, вам будзе цяжка ўлавіць глыбокія фундаментальныя ноты акустычнага басу або гітары-дрэдноўта. Вытворцы павінны ацаніць характарыстыкі ёмістасці керамікі, каб гарантаваць, што яна можа дакладна прайграваць увесь акустычны спектр.

Суадносіны сігнал/шум (SNR)

Вы таксама павінны ацаніць уласную адчувальнасць керамікі. Інжынеры вымяраюць гэта з дапамогай канстанты п'езаэлектрычнага зарада. Керамічны кампанент, які валодае высокай сталай зарада, стварае больш моцны электрычны сігнал пры дадзенай механічнай нагрузцы. Гэты больш высокі выхад памяншае колькасць узмацнення, неабходнае на этапе папярэдняга ўзмацнення. Спадзяванне на меншае штучнае ўзмацненне па сваёй сутнасці паляпшае ваша стаўленне сігнал/шум. Ён падтрымлівае нізкі фон шыпення і захоўвае натуральную дынаміку інструмента.

Даўгавечнасць і ўраджайнасць

Акустычныя кампаненты вытрымліваюць экстрэмальныя фізічныя ўмовы. Датчыкі пад сядлом знаходзяцца пад туга накручанымі струнамі, аказваючы велізарны ціск уніз. Пераўтваральнікі дэкі адчуваюць пастаянную вібрацыю і тэмпературныя зрухі ўнутры корпуса гітары. Вы павінны выбраць кераміку, здольную вытрымаць гэтыя межы механічных нагрузак. У далікатных элементах з часам узнікнуць мікраразломы. Гэтыя нябачныя шчыліны пагаршаюць гукавы сігнал, зніжаючы выхад і ствараючы перарывістую статыку.

2. Выбар формаў-фактару: п'езадыскагібшчыкі супраць п'езапласцін і блокаў

Фізічная геаметрыя п'езаэлектрычнага элемента вызначае, як ён улоўлівае гук. Розныя формы рэагуюць на розныя віды механічнага ўздзеяння. Вы павінны выбраць правільны формаў-фактар ​​у залежнасці ад канкрэтнай канструкцыі прыбора.

П'езадыскагібшчыкі (пераўтваральнікі дэкі - SBT)

Пераўтваральнікі дэкі ў асноўным выкарыстоўваюць П'езадыскагібчыкі . Гэтыя кампаненты абапіраюцца на рух згінання. Яны маюць тонкі пласт п'езакерамікі, прымацаваны да пласціны з латуні або сплаву. Калі дрэва інструмента вібруе, увесь дыск згінаецца, ствараючы сігнал.

Яны выдатна ўлоўліваюць унутраны рэзананс цела. Гульцы Fingerstyle любяць іх, таму што яны лёгка ўлоўліваюць ударныя ўдары па верхняй частцы гітары. Яны ствараюць шырокі, вельмі натуральны акустычны ландшафт. Аднак яны маюць пэўныя абмежаванні. Паколькі яны адчуваюць агульны рух дэкі, яны вельмі адчувальныя да зваротнай сувязі пры вялікай гучнасці сцэны. Яны таксама патрабуюць неверагодна дакладнага размяшчэння на пласціне моста. Перасоўванне дыска нават на некалькі міліметраў кардынальна змяняе тон.

П'езапласціны і блокі (пераўтваральнікі пад сядлом - UST)

Датчыкі пад сядлом належаць Пьезопластины і блокі . Гэтыя элементы знаходзяцца непасрэдна ў прарэзе моста пад касцяным або сінтэтычным сядлом. Яны працуюць шляхам прамога сціску. Яны рэагуюць на канцэнтраваны ціск уніз ад вібруючых струн.

Гэтыя кампаненты забяспечваюць неверагодную супраціўляльнасць зваротнай сувязі. Яны забяспечваюць выразную артыкуляцыю струн і стабільную гучнасць на асобных струнах. Гэта робіць іх стандартнымі для жывых гітар. Іх асноўнае абмежаванне заключаецца ў іх сфакусаванай зоне пікапа. Яны менш улоўліваюць рэзананс 'драўнянага' цела. Акрамя таго, яны застаюцца схільнымі да рэзкасці, калі ціск струны размяркоўваецца па керамічнаму блоку нераўнамерна.

Гнуткія кааксіяльныя і кабельныя п'еза

Некаторыя акустычныя ўстаноўкі маюць выгнутыя мантажныя паверхні. Суцэльныя керамічныя блокі не могуць сагнуцца, каб адпавядаць гэтым контурам. У гэтых выпадках будаўнікі часта выкарыстоўваюць гнуткія кааксіяльныя кабелі п'еза. П'езаактыўны палімер акружае цэнтральны провад. Нягледзячы на ​​тое, што яны вельмі адаптыўныя і простыя ва ўсталёўцы, яны звычайна даюць меншую прадукцыйнасць у параўнанні з цвёрдай керамікай. Яны часта патрабуюць большага ўзмацнення папярэдняга ўзмацняльніка, што можа паўплываць на агульны ўзровень шуму.

Агляд параўнання формаў-фактараў

3. Тэхнічныя характарыстыкі матэрыялу: склад керамікі і акустычны супраціў

Выбар правільнай геаметрыі вырашае толькі палову галаваломкі. Вы таксама павінны ўказаць правільны хімічны склад пры выбары п'езакераміка для акустычных гуказдымальнікаў . Клас матэрыялу вызначае адчувальнасць, стабільнасць і акустычны пераклад.

Мяккія супраць цвёрдых складаў PZT

Інжынеры падзяляюць тытанат цырканата свінцу (PZT) на дзве шырокія катэгорыі: мяккі і цвёрды. Вы заўсёды павінны рэкамендаваць мяккія матэрыялы PZT для стварэння аўдыя. Спецыяльныя класы, такія як PZT-5A або PZT-5H, ідэальна падыходзяць для інструментальных гуказдымальнікаў.

Мяккі PZT мае выключна высокую дыэлектрычную пранікальнасць. Ён забяспечвае максімальную адчувальнасць да хвілінных фізічных вібрацый. Ён выдатна працуе пры стандартных пакаёвых тэмпературах. Жорсткі PZT, наадварот, служыць зусім іншым мэтам. Вытворцы захоўваюць цвёрды PZT для ультрагукавых прымянення высокай магутнасці, такіх як медыцынскія ачышчальнікі або гідралакатары. Цвёрдая кераміка супрацьстаіць дэпалярызацыі пад высокім напружаннем, але ёй не хапае далікатнай механічнай адчувальнасці, неабходнай для ўлоўлівання тонкіх абертонаў акустычнай гітары.

Адпаведнасць акустычнага імпедансу

Вы павінны звярнуцца да фізікі перадачы энергіі паміж двума вельмі рознымі матэрыяламі. Такія пароды дрэва, як чырвонае дрэва або елка, валодаюць вельмі нізкім акустычным супрацівам. Яны лёгкія і вельмі рэзанансныя. П'езаэлектрычная кераміка валодае надзвычай высокім акустычным імпедансам. Яны шчыльныя і жорсткія.

Калі гукавыя хвалі перамяшчаюцца з асяроддзя з нізкім імпедансам у асяроддзе з высокім імпедансам, большая частка энергіі адлюстроўваецца назад. Гэта адлюстраванне выклікае сур'ёзную страту частоты. Каб пераадолець гэты разрыў акустычнага імпедансу, майстры выкарыстоўваюць матэрыялы інтэрфейсу. Спецыяльныя эпаксідныя смалы, медныя пракладкі і збалансаваны механічны ціск дапамагаюць стварыць градыент. Гэта прадухіляе адлюстраванне сігналу і гарантуе, што кераміка ўлоўлівае поўную механічную вібрацыю, якую стварае прыбор.

4. Рэаліі ўкаранення: схема і механічнае злучэнне

Нават самая якасная кераміка будзе жудасна гучаць пры няправільным мантажы. Вы павінны разглядаць гуказдымальнік, асяроддзе мантажу і электрычную ланцуг як адну цэласную сістэму.

Патрабаванні да папярэдняга ўзмацняльніка (электрычны імпеданс)

Неапрацаваная п'езакераміка дзейнічае як кандэнсатар у электрычным ланцугу. Калі вы падключыце сыры п'еза непасрэдна ў стандартны мікшерный пульт з нізкім супрацівам, вы пазбаўляецеся нізкіх частот. Неадпаведнасць стварае ненаўмысны фільтр высокіх частот. Вы цалкам губляеце асноўныя басавыя ноты, пакідаючы тонкі, бляшаны гук.

Вы павінны спалучыць кераміку з буферам з высокім уваходным супрацівам. Папярэдні ўзмацняльнік з уваходным супрацівам ад 1 МОм да 10 МОм ідэальна падыходзіць. Гэты этап буферызацыі выраўноўвае АЧХ. Ён аднаўляе страчаныя басы і ўтаймоўвае рэзанансныя пікі высокіх частот, забяспечваючы збалансаваны гукавы сігнал.

Рызыкі мантажу і адгезіі

Механічнае злучэнне мае вырашальнае значэнне. Спосаб мацавання кампанента пастаянна змяняе яго частотную характарыстыку.

1. Маршрутызацыя датчыка пад сядлом (UST): Вы павінны пракладваць прарэз пад сядлом абсалютна роўна. Калі ў прарэзе ёсць падзенні або смецце, сядло не будзе раўнамерна ціснуць на керамічны блок. Нераўнамерны ціск выклікае драматычны дысбаланс гучнасці паміж струнамі. Ён таксама канцэнтруе напружанне ў пэўных кропках, выклікаючы пераломы ў п'езаблокаў.

2. Адгезія пераўтваральніка дэкі (SBT): Вы павінны ўважліва выбіраць клей. Двухбаковыя пенапластавыя стужкі выконваюць ролю механічнага фільтра нізкіх частот. Яны гасяць высокія частоты і змякчаюць прыступ. Цыянакрылат (суперклей) забяспечвае жорсткую поўначашчынную сувязь. Ён перадае максімальную высокачашчынную дэталізацыю. Тым не менш, суперклей робіць выдаленне будучага кампанента выключна цяжкім.

Экранаванне і прадухіленне шуму

П'езакераміка валодае сумнавядомым высокім электрычным імпедансам. Гэта робіць іх вельмі адчувальнымі да электрамагнітных перашкод (EMI) і радыёчастотных перашкод (RFI). Неэкранаваныя акустычныя гуказдымальнікі будуць гучна гудзець пры асвятленні сцэны або каля электрычных трансфарматараў. Вы павінны абараніць сырыя керамічныя элементы. Вытворцы звычайна выкарыстоўваюць абгортку з меднай фальгі, токаправодныя фарбы або плеценыя металічныя корпусы, каб адхіліць гэты навакольны шум. Правільнае зазямленне з'яўляецца абавязковым крокам для любога неэкранаванага акустычнага прымянення.

5. Адбор кампанентаў для канкрэтнага прымянення ў акустычных гуказдымальніках

Розныя музычныя стылі патрабуюць розных канфігурацый датчыкаў. Вы можаце аптымізаваць Прымяненне ў акустычных гуказдымальніках шляхам строгага супастаўлення кампанента з асноўным асяроддзем выканання гульца.

Для акустыкі Steel-String (Жывое выкананне ў цэнтры ўвагі)

Гастралюючым музыкам, якія іграюць на сталёвых струнах, перад зваротнай сувяззю патрэбна сырая гучнасць. Для гэтых сцэнарыяў вы павінны аддаць перавагу п'езапласцінам і блокам пад сядлом. Яны эфектыўна адхіляюць фонавы сцэнічны шум. Вы павінны спалучыць гэтыя цвёрдыя датчыкі з актыўным убудаваным папярэднім узмацняльнікам 9 В або 18 В. Больш высокі запас напружання спраўляецца з агрэсіўнымі пераходнымі працэсамі без унутранага адсячэння.

Для класічных і нейлонавых струнных гітар

Нейлонавыя струны вырабляюць значна больш мяккую фізічную атаку. Пікапы пад сядлом часта з цяжкасцю ўлоўліваюць іх тонкую цеплыню. Для класічных інструментаў варта аддаваць перавагу п'езагібчыкам. Мантаж некалькіх дыскавых датчыкаў непасрэдна на маставую пласціну выдатна фіксуе багатыя вібрацыі верхняй пласціны. Такі падыход падкрэслівае натуральныя сярэднія частоты інструмента і далікатную артыкуляцыю падбору пальцамі.

Для гібрыдных і перкусійных гульцоў Fingerstyle

Сучасныя гульцы ў стылі фінгерстайл ставяцца да акустычнай гітары як да ўдарнай устаноўкі. Яны стукаюць па дэцы, выконваючы складаныя акордавыя мелодыі. Адзін тып гуказдымальніка не можа ахапіць гэты дынамічны дыяпазон. Вы павінны ўказаць тут сістэму з двума крыніцамі. Аб'яднайце цвёрды п'езаблок пад сядлом для выразнай выразнасці струн з унутраным згінальнікам п'езадыска для перкусіі цела. Вы можаце змяшаць гэтыя два сігналу з дапамогай убудаванага стэрэапераўзмацняльніка.

Наступныя крокі па стварэнні прататыпа

Вытворцы павінны вызначыць строгую метадалогію тэсціравання перад завяршэннем вытворчасці.

• Выканайце тэставанне A/B з выкарыстаннем розных нагрузак ёмістасці на каскадзе папярэдняга ўзмацняльніка.

• Праверце допускі механічнага сядла для некалькіх прататыпаў гітар.

• Праверце розныя эпаксідныя смалы для залівання і герметызацыі, каб пераканацца, што яны выпадкова не заглушаюць рэзанансную частату керамікі.

Матрыца прыняцця рашэнняў па кампанентах акустычных гуказдымальнікаў

Заключэнне

Паспяховы акустычны гуказдымач дзейнічае як вельмі адчувальная, узаемазвязаная цэласная сістэма. Гэта патрабуе дакладнага ўзгаднення паміж формаў-фактарам керамікі, хімічным складам, фізічным спосабам мантажу і парнай электрычнай схемай. Ігнараванне любой асобнай зменнай прыводзіць да рэзкіх пераходных працэсаў, незбалансаванай гучнасці радкоў або празмернай зваротнай сувязі па сцэне.

Мы рэкамендуем будаўнікам аддаць перавагу дакладнасці механічнага злучэння і правільнаму супастаўленню электрычнага імпедансу перад простай купляй керамікі з найбольшай прадукцыйнасцю. Кераміка сярэдняй магутнасці, ідэальна спалучаная з добра апрацаваным слотам для сядла і папярэднім узмацняльнікам 10 МОм, заўсёды пераўзыходзіць неадпаведны датчык высокай магутнасці.

Каб дасягнуць найлепшых вынікаў, распрацоўшчыкі абсталявання павінны перастаць здагадвацца. Запытвайце падрабязныя тэхнічныя характарыстыкі ў сваіх пастаўшчыкоў. Заказвайце ўзоры прататыпаў, створаныя для вашых канкрэтных канструкцый інструментаў. Калі вы сутыкаецеся з пастаяннымі тонавымі праблемамі, пракансультуйцеся непасрэдна са спецыялістам па кераміцы, каб наладзіць ідэальны акустычны пераўтваральнік.

FAQ

Пытанне: Чаму п'езаздымачы часам гучаць рэзка або ломка?

A: Жорсткасць звычайна вынікае з двух камбінаваных фактараў. Па-першае, неадпаведнасць імпедансу ўзнікае, калі ў вас адсутнічае належны электрычны буфер, які адсякае нізкія частоты. Па-другое, цвёрды керамічны элемент улоўлівае экстрэмальныя несціснутыя пераходныя пікі ад моцных удараў па струнах. У выніку скокі напружання заціскаюць папярэдні ўзмацняльнік, выклікаючы страшнае «кваканне».

Пытанне: ці магу я выкарыстоўваць п'езакерамічны гуказдымач без акумулятара/пярэдняга ўзмацняльніка?

A: Так, п'езакераміка - гэта пасіўныя генератары сігналаў. Яны могуць вырабляць гук без знешняга сілкавання. Аднак пасіўная запуск неапрацаванага п'еза ў стандартны гітарны ўзмацняльнік прыводзіць да сур'ёзнага пагаршэння сігналу. Неадпаведнасць імпедансу стварае фільтр высокіх частот, пакідаючы вас з вельмі тонкім, бляшаным і слабым тонам.

Пытанне: У чым розніца паміж п'езадыскам і п'езаплёнкай?

A: П'езакераміка забяспечвае высокі выхад сігналу, надзвычайную трываласць і жорсткую механічную структуру. Яны лёгка праразаюць жывыя міксы. Палімерныя плёнкі з полівінілідэнфтарыду (ПВДФ) гнуткія і даюць меншую прадукцыйнасць. У той час як фільмы часам прапануюць больш 'натуральны' або больш мяккі гук, яны патрабуюць значна большага ўзмацнення папярэдняга ўзмацняльніка.

Пытанне: Як таўшчыня п'езакерамікі ўплывае на яе гук?

A: Існуе зваротная залежнасць паміж таўшчынёй керамікі і ёмістасцю. Больш тоўстая кераміка звычайна вырабляе меншую ёмістасць. Гэтая меншая ёмістасць можа абмежаваць нізкачашчынную характарыстыку кампанента, калі яна не буферызуецца належным чынам. Аднак больш тоўстая кераміка часта вытрымлівае большы фізічны ціск, павялічваючы яе агульную трываласць пры моцным нацяжэнні струны.