Пьезо происходит от греческого слова, означающего «сжимать», что является основой работы таких радиоэлементов. Пьезо очень чувствительны и создают большие напряжения при небольшом движении (колебании) мембраны. Схематическое обозначение и эквивалентная схема пьезоэлемента показаны далее.
Емкость образованная параллельными пластинами затрудняет работу пьезоэлектрических преобразователей, это явление нежелательное. Эта емкость может изменяться от 500 пФ до 20 нФ и составляет фильтр верхних частот с входным сопротивлением подключенного усилителя. Поэтому, если хотим получить отклик до 20 Гц, потребуется входное сопротивление в диапазоне от 15 МОм до 400 кОм. Нужно учесть, что такое высокое сопротивление делает схему очень склонной к улавливанию фона сети 50 Гц и других помех, поэтому важно хорошее экранирование.
В отличие от других типов микрофонов, контактный микрофон из пьезо работает по-другому — он принимает акустические колебания не через воздух, а через твёрдые предметы. В основе описанного здесь пьезомикрофона лежит керамический пьезодиск, который можно прикрепить с помощью липкой ленты к подходящей поверхности для улавливания, так сказать "корпусных" звуков, которые невозможно услышать обычными микрофонами.
Керамические пьезодиски стоят недорого и обычно бывают двух типов: керамические и полимерные. Керамика более резонансная, эффективная и менее дорогая. Для устройств, в которых плоская частотная характеристика не важна, керамический пьезодиск будет хорошим выбором, поскольку он может производить более чёткий сигнал и лучше экранирован за счет большого диска с одной стороны.
Схема обработки сигнала с пьезомикрофона
На самом деле пьезоэлемент может сам по себе выдавать хороший сигнала и вряд ли нуждается в значительном усилении, но необходима буферизация, а это можно сделать несколькими способами. Поскольку пьезодиск имеет очень высокое сопротивление — обычно 1 МОм, его следует использовать в связке с согласующим буфером, чтобы избежать возможного несоответствия сопротивлений аудиосхемы. Если этого не сделать, то получим всевозможные гулы и шумы. Для этого можно собрать электросхему с использованием одного полевого транзистора, но лучше выбрать ещё более эффективную идею.
Сигналы, поступающие в схему через разъем «PIEZO_IN», обрабатываются первым операционным усилителем (IC1A) IC-TL072P. Выбор правильного номинала резистора R1 во многом зависит от конкретного применения. Например, если хотите поймать субаудиосигналы, значение 10M подойдет. Но если больше интересуют другие области (звук, голос и так далее), экспериментируйте со значениями резистора от 10 кОм до 100 кОм. Резистора R1 — это металлопленочный тип (MFR), а VR1 — логарифмический (LOG). Схема второго операционного усилителя (IC1B) включает в себя небольшой фильтр и регулятор усиления, что очень удобно при незначительной обработке сигнала оконечным усилителем. Конденсатор связи по переменному току C5 и аудиовыход «AMP_OUT» могут быть подключены к наушникам или УМЗЧ.
Для питания можно использовать одну батарейку 9 В (или внешний вход постоянного тока до 15 В) для питания контактного микрофона, подключив батарею [+] к DC-1 и [-] к точкам подключения DC-3. Обратите внимание, что V + и V– — это положительная и отрицательная шины цепи, а GND / 0V — это виртуальная земля, используемая для имитации двухканального питания, которое не подключается к отрицательной клемме батареи (она подключается только к середине делителя напряжения, образованного R5 и R6).
Советы по сборке схемы
Лучше использовать короткий высококачественный экранированный кабель для соединения пьезодиска с усилителем. Не забудьте внешний металлический обод соединить с заземлением. Это снижает влияние нежелательного гула и других электрических шумов и делает выходной сигнал более чистым. Кроме того, размещение и остальной электроники в заземленном металлическом корпусе значительно снизит фон помех 50 Гц. Для крепления пьезодиска к поверхности можно использовать двусторонний скотч или даже каплю «суперклея», который обеспечивает жесткое соединение и ещё лучший результат, чем клейкая лента. В общем, сборка не сложная.
