6.3 Der Piezowandler als Sensor
© M. Zollner 2005
6-5
Für die
Messungen
wurde die Gitarre im geöffneten Koffer auf einen Steintisch (250 kg)
gelegt. Ein elektromechanischer Shaker (B&K 4810) erzeugte translatorische Schwingungen,
mit einem Impedanzmesskopf (B&K 8001) konnten Kraft und Beschleunigung gemessen
werden. In den Messkopf war eine kleine Meißelklinge eingeschraubt, die auf den Stegsattel
aufgesetzt wurde. Der Piezo-Tonabnehmer war während der Messungen mit 2 M
Ω
belastet.
Abb. 6.4
zeigt über der Frequenz das gemessene Übertragungsmaß. Zum Vergleich ist die
entsprechende Idealkurve eines Tiefpasses 2.Ordnung gestrichelt eingezeichnet. Seine Reso-
nanzfrequenz beträgt ca. 3,9 kHz, seine Güte ca. 18.
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.3
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.5
.6
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.8
.9
1
1.5
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Frequenz / kHz
0dB
=
1mV/N
dB
OVATION
VIPER:
Piezo-Transfer
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.15
.2
.3
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.5
.6
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.8
.9
1
1.5
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1,3
Gramm
Frequenz / kHz
0dB
=
1kN/m
dB
OVATION
VIPER:
Gemessene
Steg-Steifigkeit
Abb. 6.4:
Übertragungsmaß (links) und dynamische Steifigkeit (rechts) des Piezo-Tonabnehmers (Ovation).
Das dargestellte Übertragungsverhalten darf nun aber nicht als "Frequenzgang" der Gitarre in-
terpretiert werden. Im linken Bild der Abb. 6.4 ist über der Frequenz der zwanzigfache Loga-
rithmus des Quotienten
U
/
F
dargestellt, mit
U
= Piezospannung und
F
= gemessene Kraft.
Die im Impedanzkopf gemessene Kraft entspricht aber nicht exakt der Stegkraft, vielmehr
wird eine kleine zusätzliche Massenkraft mitgemessen, die von der lastseitigen Montageplatte
des Impedanzkopfes kommt. Anders ausgedrückt: Während der Messung liegt auf dem Steg
eine kleine
Zusatzmasse
von 1,4 Gramm, deren Wirkung mitgemessen wird. Zusammen mit
der Steg-Steifigkeit erzeugt diese Masse eine Resonanz bei 3,9 kHz. Zur Bestätigung dieser
Hypothese ist
im rechten Bild
in Abb. 6.4 der Quotient aus gemessener Kraft
F
und gemes-
sener Auslenkung
x
dargestellt (wieder in üblicher dB-Skalierung, d.h. zwanzigfacher Loga-
rithmus). Für
f
> 100 Hz ist sehr schön das Verhalten eines Feder-Masse-Systems zu erken-
nen, dessen Idealisierung
Abb. 6.5
zeigt. Vereinfacht betrachtet wirkt der Gitarrensteg als
Steifigkeit (ca. 800 kN/m) und bildet zusammen mit der vom Impedanzkopf beigesteuerten
Zusatzmasse eine Resonanz bei 3,9 kHz.
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.15
.2
.3
.4
.5
.6
.7
.8
.9
1
1.5
2
3
4
5
6
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9
10
15
20
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1,4 Gramm
Frequenz / kHz
0dB
=
1kN/m
dB
Feder-Masse-System:
Dynamische
Steifigkeit
W=
1,9Ns/m;
s=
800kN/m;
m=
1,4g.
W
s
m
Abb. 6.5:
Dynamische Steifigkeit
F
/
x
eines
idealen Feder-Masse-Systems.