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Buenas explicaciones sobre el comportamiento de los elementos piezoeléctricos de audio

¿Existe alguna descripción de cómo interactúan el voltaje, la corriente, la masa, el momento y el aire en un piezoeléctrico típico de audio, y qué tipo de señal debería esperarse en la tercera clavija de un dispositivo de tres terminales (relación de fase con respecto al accionamiento, etc.)? Me gustaría accionar un piezoeléctrico de la forma más ruidosa y eficiente posible a partir de una pequeña batería; presumiblemente eso implicaría tratar de explotar al máximo su comportamiento resonante. El circuito normal que se da para accionar piezos de 3 hilos me parece ineficiente (similar a un amplificador de clase A), aunque quizás haya algo en el comportamiento eléctrico de los piezos que haga que las resistencias pasen la mayor parte del tiempo con un voltaje muy bajo a través de ellas.

He buscado en google el comportamiento eléctrico de los piezoeléctricos de audio, y no he encontrado nada útil; sí he encontrado alguna explicación de cómo funcionan los cristales, pero pensaría que el diafragma que acopla las vibraciones del elemento piezoeléctrico al aire afectaría sustancialmente al comportamiento.

Anexo

Entiendo bastante bien cómo funcionan los motores: un motor ideal puede ser modelado como una caja negra tal que el voltaje a través de los cables del motor en cualquier momento dado será algún número constante de voltios por (revolución por segundo), y la corriente a través del motor será algún número constante de amperios por onza-pulgada de par aplicado, y la mayoría de los motores prácticos pueden ser modelados como un motor ideal en serie con una resistencia y un inductor. Lo que me gustaría sería una comprensión similar para los piezos.

La tensión a través de un piezoeléctrico no parece representar su posición absoluta, ni su velocidad, ni la aceleración. ¿Qué representaría el voltaje en un piezoeléctrico "ideal", y qué debe añadirse al modelo de un piezoeléctrico ideal para que se ajuste razonablemente al comportamiento del mundo real?

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fearphage Puntos 250

¿Realmente quieres una explicación de cómo funciona desde el punto de vista de la física/acústica del dispositivo, o más bien de cómo manejarlo mejor?

En cuanto a esto último, tienes cuatro aspectos relacionados en serie:

  1. ¿cuál es la capacidad de tensión/corriente de su circuito de conducción?
  2. la curva de respuesta en frecuencia del piezoeléctrico (debería estar en la hoja de datos, si no es así, elija otra pieza)
  3. la acústica entre el piezo y el aire ambiente en el oído del oyente
  4. la curva de respuesta en frecuencia del oído humano (ver artículo enlazado)

Usted tiene el control sobre #1 y #3. El montaje óptimo del piezo es en su anillo nodal para el modo de vibración principal (el área dentro del anillo nodal se dobla en una dirección, el área fuera del anillo nodal se dobla en la otra dirección) -- ver guías de la aplicación mfrs y luego tiene que acoplarse acústicamente al aire circundante.

En cuanto al circuito de accionamiento, los piezos son de naturaleza capacitiva, por lo que probablemente sea factible añadir un inductor adecuado para crear un circuito de conmutación que sea más eficiente. (Si yo estuviera diseñando un sistema, me decantaría por un circuito de accionamiento barato que funcionara a la frecuencia de resonancia, y luego gastaría el dinero extra que tuviera para comprar una batería más grande - por supuesto, si tu batería es fija y tu presupuesto tiene espacio, entonces tienes una prioridad diferente)

Mi opinión es que probablemente querrá utilizar un Piezo de 3 terminales para que pueda obtener información sobre el comportamiento resonante.


edit: He leído tu actualización. Los motores de corriente continua son "fáciles" con respecto al modelado - son básicamente un transformador electromecánico (rotativo) sin demasiados elementos parásitos entre los terminales del dispositivo y el transformador electromecánico "ideal" representado por las constantes de back-emf/par que relacionan el voltaje <-> la velocidad de rotación y la corriente <-> el par.

Aunque no estoy personalmente familiarizado con el modelado de transductores piezoeléctricos, tengo entendido que también son transformadores electromecánicos, pero con más componentes parásitos. Según el Página de Wikipedia sobre sus propiedades eléctricas :

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La fuente de tensión dependiente V es proporcional a la deformación (= alargamiento/contracción fraccional en una dirección). No puedo averiguar a qué sería proporcional la corriente a través de esa fuente de tensión; puede ser la tasa de cambio de la deformación (siendo V "realmente" proporcional a la tensión, que es proporcional a la deformación a través del módulo de Young, por lo que V*I = tensión * tasa de cambio de la deformación, que creo que te da alguna indicación de la potencia, con un factor que falta y que es proporcional al volumen del transductor).

El problema, desde el punto de vista de la medición, es que el V no está disponible directamente en los terminales del dispositivo, sino que hay toda esta otra porquería entre ellos, por lo que no se puede medir en CC.

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