Circuito de accionamiento del transductor piezoeléctrico

No creo que intentar sacar el ruido blanco de un piezo es una buena idea. Los transductores piezoeléctricos generalmente tienen una respuesta de frecuencia plana, a menudo con picos de resonancia mayor y algunos menores. También pueden ser no lineales, lo que significa que pueden producir frecuencias con las que no fueron controlados. Entonces, ¿qué pasa con la recogida? ¿Cómo sabes lo plano que es?

Veo dos posibilidades:

1. Barrido de frecuencia

   Intente colocar una onda sinusoidal razonable en el piezo y barrerla en el rango de frecuencia de interés. Por supuesto, usted conoce la frecuencia en cualquier momento, por lo que filtra la señal recibida solo para esa frecuencia. Esto elimina los armónicos y la mayoría de las otras distorsiones que el piezo puede agregar.

2. Impulsos

   Conduzca siempre el piezo con exactamente la misma forma de onda de pulso corto. Idealmente, esto sería un impulso, pero tendrás que comprometer un poco la amplitud infinita y el tiempo infinitamente corto. Esto puede ser tan simple como un pulso digital de la amplitud más alta que puede tomar el piezo, con una duración de aproximadamente 20 µs. No tiene que ser precisamente nada en particular, solo es altamente repetible. Un pulso de tamaño completo de 20 µs es algo que los dispositivos electrónicos pueden hacer de manera fácil y repetitiva.

   Una cosa buena acerca de los piezos es que generalmente son rápidos. Debería poder producir un impulso que sea lo suficientemente bueno para detectar qué sucede con las frecuencias de rango de audio.

   Este es el método que probablemente probaría primero.

En cualquier caso, tienes que calibrar el sistema. Suponga que no sabe mucho sobre el piezo y tampoco puede confiar en la recolección. Calibre al aire libre sin nada alrededor, con los dos transductores separados hasta la entrada y la salida del instrumento que desea medir. Por ejemplo, móntelos a una distancia de aproximadamente 2 pies si desea probar un clarinete.

Cualquier impulso tendrá mucho ruido. La ventaja de este sistema es que puede repetir impulsos a una velocidad decente y acumular una relación señal / ruido obteniendo muchas muestras. El ruido ambiental también se cancelará de la misma manera, ya que es de suponer que no está sincronizado con sus impulsos.

Durante la calibración, esencialmente mide la respuesta de impulso del aire libre y declara que es un espectro plano. En realidad será bastante complicado, pero mientras haya una relación señal / ruido suficiente en todo el espectro, puede usarlo como una línea de base para comparar mediciones reales con las posteriores. Al realizar mediciones reales, se divide el espectro que se obtiene de los impulsos recibidos por el espectro guardado de la calibración. Eso debería generar la función de transferencia real del instrumento.

Hay varios defectos en el enfoque. El transductor posiblemente no sea exactamente una carga capacitiva. La impedancia será fuertemente dependiente de la mecánica de carga. Por lo tanto, puede ser un condensador, un inductor, una resistencia y todo lo que se encuentre en medio de toda la variedad de frecuencias. Al final, ni siquiera será un objeto lineal, por lo que ninguna red compleja o los componentes R, C y L pueden representarlo correctamente.

Otro problema podría ser que incluso el espectro de potencia perfectamente plano no define las relaciones de fases entre las frecuencias de interés. Desde mi comprensión limitada de la música, las fases relativas a través de las frecuencias, los cambios entre las relaciones de las fases (cambios de modo) posiblemente sean más rápidos e informativos que los cambios en la amplitud. Aún más, la oscilación de una sola cuerda es de al menos 3 oscilaciones independientes en X, Y, lo que hace que las órbitas de Lissajous y el modo Z viajen con velocidad supersónica de extremo a extremo a lo largo de la cadena. Puede haber movimiento de torsión rotacional involucrado también.

La captura tan simple solo capturará información mínima y la conversión al espectro de potencia representará una imagen cruda.

Entonces, si, por ejemplo, el diseño hará un lento chirrido similar al radar, en lugar del ruido blanco, ignorará la falta de precisión de la potencia, pero permitirá detectar valores de frecuencia precisos de máximos y relaciones de fase entre picos, entonces esto podría dar más conocimiento de cómo funciona el instrumento.