Piezo-Mikrofon/Lautsprecher

Jan Ahlswede, René Mehnert Referat Piezo-Mikrofon/Lautsprecher
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Piezo-Mikrofon/Lautsprecher
Geschichte des Piezo-Effekts
Die Entdeckung des Effektes ist dem Turmalin zu verdanken. Diesem Kristall ist zu
Eigen, dass er in der Lage ist, im glühenden Zustand Asche anzuziehen. Erstmalig
wurde der Effekt der Piezoelektrizität von den Brüdern Jaques und Pierre Curie am
Turmalin beschrieben. Sie stellten fest, dass auf der Oberfläche bestimmter Kristalle
elektrische Ladungen entstehen, wenn man diese mechanisch beansprucht. Hierbei
war die Ladung direkt proportional zur mechanischen Beanspruchung.
Der Piezo-Effekt
Der Effekt der Piezoelektrizität beschreibt den Zusammenhang zwischen
Kristallverformung nach Anlegen einer Spannung und der Entstehung von Spannung
bei aktiver Verformung des Kristalls. Der Begriff wird von dem griechischen piezein
(= drücken) abgeleitet.
Schematische Darstellung
Ladungszentren
Bei bestimmten Kristallen, wie zum Beispiel Turmalin oder Quarz bilden sich bei
Druck auf der Oberfläche elektrische Ladungen. Der Effekt lässt sich auch umkehren
indem man Spannung an den Kristall anlegt. Dieser verformt sich proportional zur
angelegten Spannung. Bei wechselndem Druck oder Zug wird eine Wechselspannung erzielt.
Man kann also sagen:
Der Druck P ist proportional zur entstehenden Spannung U
P~U
Piezo-Mikrofon
Mikrofone sind technisch betrachtet Sensoren, die Schalldruck in elektrische Signale
umwandelt. Bei dem Piezo-Mikrofon übernimmt ein Piezokristall diese Aufgabe.
Durch die Schallwellen wird die Membran zum Schwingen gebracht. Diese übt Druck
auf den Piezokristall aus, der durch die Verschiebung der Ladungszentren eine
niederfrequente Spannung erzeugt. Diese Spannung entspricht dem Schalldruck.
Frequenzbereich: f = 30Hz ... 10kHz, deswegen ist es nicht für Qualitätsaufnahmen
in Studios geeignet, sondern wird im Homebereich z.B. in Videorekordern,
Sprechanlagen usw. verwendet.
Jan Ahlswede, René Mehnert Referat Piezo-Mikrofon/Lautsprecher
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Kristallmikrofone haben eine Eigenkpazität von einigen hundert pF. Der
Eingangswiderstand der angeschlossenen Verstärkerstufe sollte mindestens 1MΩ
betragen, sonst bildet sich durch die Mikrofonkapazitäten ein Hochpass und die
tiefen Frequenzen würden herausgefiltert. Aus diesem Grund muss auch die
Zuleitung auf auf einige Meter begrenzt bleiben.
Piezo-Lautsprecher
Bei dem Piezo-Lautsprecher (Ferroelektrischer Lautsprecher) wird der umgekehrte
Effekt eines Piezokristalls verwendet. Durch angelegte Spannung verformt sich der
Piezokristall im Rhythmus der Spannung. Diese Bewegungen werden auf eine
Membran übertragen, die daraus wiederum Schallwellen erzeugt, die das
menschliche Ohr hören kann.
Vorteile
Nachteile

kleine Bauformen

robust

einfacher Aufbau

billig

keine Spannungsquelle nötig

natürlicher neutraler Klang

liefert hohe Spannungen

sehr empfindlich gegenüber Wärme und
Feuchtigkeit

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