Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Piezo Schallwandler impedanz vs Lautstärke


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Michael R. (michi42)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen,

ich suche nach einer Darstellung der abgestrahlten Leistung (SPL) in 
Beziehung zur Impedanz bei Piezos (z.B. Horn- Hochtöner oder 
US-Wandlern)
Leider finde ich dazu nichts brauchbares - falls man das eine aus dem 
anderen überhaupt ableiten kann.


Ich hätte jetzt die Vemutung das das wohl irgendwo in der Nähe von |Z|= 
min passiert.

Ist das eher so, dass die bestmögliche akkustische Leistungsabgabe an 
das Medium bei
der geringsten el. Impedanz
Re(Z) = max oder
Im(Z)= min oder
irgendwo zwischen Reihen- und Serienresonanzfrequenz liegt (Im(Z) != 0)



Messmikrofon ist ja über ein paar 10 Khz hinaus eher schwierig...
Als Beispiel hab ich mal die Parameter einer us-Strecke aufgenommen. 
Sender und Empfänger sind typgleich und mit 24k2 gestempelt. Dreht man 
die Strecke um, liegt der Peak für S21 natürlich noch immer an der 
gleichen Stelle, alle Werte Für S11 liegen aber woh durch Streuung etwa 
400Hz höher. Also hilft S21 hier nicht eine Ableitung zu machen.

von Michael R. (michi42)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ups sorry 2x das gleiche...
Hier nochmals rückwärts.

von lrep (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael R. schrieb:
> Ist das eher so, dass die bestmögliche akkustische Leistungsabgabe an
> das Medium bei
> der geringsten el. Impedanz
> Re(Z) = max oder
> Im(Z)= min oder
> irgendwo zwischen Reihen- und Serienresonanzfrequenz liegt (Im(Z) != 0)

Leider nicht.
Genau wie beim Übergang elektrischer Wellen in Medien verschiedenen 
Feldwellenwiderstandes (in Luft z.B. 377 Ohm) muß man auch bei 
akustischen Wellen i.d.R. transformieren um eine optimale Anpassung zu 
erreichen.

Das Vorhandensein einer Resonanz zeigt eigentlich nur an, dass die 
Energieübetragung in das andere Medium schlecht ist.

Normalerweise ist der Übergang vom PZT-Piezo zum z.B. Wasser ziemlich 
schlecht, so daß man für eine breitbandige Anpassung  einen Metallstab 
mit hyperbolischem Querschnittsverlauf aus Titan als 
Transformationsglied zwischenschaltet (Prinzip des 
Trichterlautsprechers).

Wenn man hingegen die Abgabe einer hohen Leistung mittels hoher 
Schwingungsamplituden, also Resonanz, erzwingt, riskiert man, dass der 
Schwinger zerreisst oder das Material depolarisiert wird.

Es gibt allerdings auch piezoelektrische Substanzen, wie z.B. 
Lithiumsulfat, deren Schallkennimpedanz nahezu der von Wasser (1,5E+6) 
entspricht, und die man daher auch ohne zusätzliche Anpassung für extrem 
breitbandige Hydrophone verwenden kann.
Auch polarisierte Folien aus dem Kunststoff PVDF haben in dieser 
Hinsicht recht günstige Eigenschaften,

von Michael R. (michi42)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi Irep,

ja das ist schon klar, dass man für die Ankopplung an das Medium die 
akkustischen Impedanzen transformieren muss. Das wird ja auch 
konstruktiv im Wandler (Horn am Piezo, oder Trichter im US-Wandler, oder 
sonstwie) gemacht.

Meine Frage war jetzt ob man aus dem elektrischen Verhalten auf das 
akkustische rückschließen kann.

Nach dem Typ-Aufdruck würe ich vermuten, am besten funktioniert das bei 
Im(Z)=min ist ein efr-OD24K2. Die odk24 sind allerding so alt dass ich 
dafür kein Datenblatt mehr finde.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das sind Typen, die schon im akustischen internen Aufbau für 24KHz 
gedacht sind. Daher kannst du sie nur begrenzt elektrisch durch 
Anpassung verstimmen. Der Helmholtz-Resonator bleibt immer auf 24KHz. 
Außer du änderst das Medium und damit die Laufzeit zwischen den beiden 
internen Reflektoren.
Aus praktischen Erwägungen wird bei Sendekapseln niederohmig angepaßt 
und bei Empfängerkapseln hochohmig abgenommen. Dafür sind sie optimiert 
und darin liegt dann auch der Unterschied zwischen beiden Varianten 
einer Familie. Sie unterscheiden sich also nicht in den Dimensionen des 
akustischen Resonators, sondern in der Dicke und Durchmesser des 
Piezoscheibchens, was die elektrische Welt mit der akustischen Welt 
koppelt.
Es gibt auch noch die Möglichkeit, eine einzige Variante zum Senden und 
Empfangen zu verwenden, dann muß aber die Anpassung auch entsprechend 
sein - sonst gibts bemerkbare Verluste.

von Michael R. (michi42)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ah, hab mich schon immer gefragt was wohl der genaue Unterschied 
zwischen US-Sender und US-Empfängertypen sind.

Also gehe ich Sendeseitig stur auf die akk. Nennfrequenz und kompensiere 
alle el. Bindanteile extern weg?

Das es etwas rechts und links noch tut sieht man ja an der 
Übertragungsfunktion in Rot - Leider ist das eben die 
Übetragungsfunktion beider Kapseln zusammengenommen und sagt nichts zum 
Thema  Strahlungsleistung über Frequenz nur EINER Kapsel.

Bei Piezo Hörnern hab ich z.B. beobachtet das es subjektiv auch mal laut 
wird an Stellen wo elektrisch nichts besonderes passiert.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kannst du nicht ein komplettes Pärchen inkl. akustischen Weg in deinen 
Analyzer kippen?

von Michael R. (michi42)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hab ich ja, 2x panasonic od24k2. ;-) s.o. Pärchen ist halt auch Pärchen 
in der Gesammt-Übertragungsfunktion. Der eine hört woanders besonders 
gut als der andere sendet. Der Peak liegt dann in Summe irgendwo 
dazwischen. Man müsste breitbandig linear empfangen.
Ob man da mit einem elektret-Mikro noch mas messen kann? B&K könnte- 
aber nach dem Preis brauch ich garnicht zu sehen.


Hätte noch 2x efr-rc840k54, alles vom zentral-reste Versender. (Im= min 
bei 40.9k, re= max bei 41.5k |z|= min bei 39.2k)
Nominal Frequenzen 25.0K bzw 40.0k
aktuelle murata mit Datenblatt hab ich grad keine :-(

von lrep (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Michael R. schrieb:
> Meine Frage war jetzt ob man aus dem elektrischen Verhalten auf das
> akkustische rückschließen kann.

Ja, aber S11 gibt da wenig her.
Du könntest aber zwei exakt gleiche (per S11 vermessene) Transducer 
benutzen, den einen als Sender, den anderen als Sender und |S21| bzw. 
|S12| messen.
Je mehr Leistung am Empfänger ankommt, ist logischer Weise dann auch im 
Medium unterwegs.

von Michael R. (michi42)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ok,
die beiden 40k Wandler sind sehr ähnlich.
Maximum von s12 liegt aber doch deutlich daneben.

lrep schrieb:
> Du könntest aber zwei exakt gleiche (per S11 vermessene) Transducer
> benutzen, den einen als Sender, den anderen als Sender und |S21| bzw.
> |S12| messen.

von Michael R. (michi42)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mit den bildern klapts heute irgendwie nicht...

Ich habe zudem nochmal probiert, was passiert, wenn ich die 
Systemimpedanz des Analyzers auf 1k erhöhe.
 In den App-Notes wird ja empfohlen mit einer Last von ca. 4k zu 
empfangen.

Ich habe dazu 2x resistive T-Pads von 50 auf 1k Ohm gebastelt und neu 
kalibriert. Das Ergebniss ist zwar eher Schätzung da das locker 40 dB 
Genauigkeit kostet, aber das Maximum von |s21| bleibt bei der gleichen 
Frequenz (falls jemand auf die Idee kommt das der halt da ist weil da 
grade zufällig Leitungsanpassung war)

von michi42 (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
offenbar hängt es nicht wirklich eng zusammen...

hier ein paar Datenblätter mit impedanz & SPL zusammen.


http://www.prowave.com.tw/pdf/txall.pdf (400SR160 400ST160 )

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.