7/23/2019 Investigacion Piezoeléctrico

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 Instituto Superior Tecnológico Privado “Orson Welles”   Setiembre 2015

 Per! Ingenier"a de Sonido #nidad did$ctica% Parlantes & ampli'icadores I 

ALTAVOZ PIEZOELÉCTRICO

JUNNIOR H. MENDOZA

1Estudiante de Ingeniería de Sonido, Instituto Superior Tecnológico Privado Orson Welles, (ISTPOW),Maestro Joe lores !oriega" #i$a, Per%"

Junni_26@hotmail.com

&esu$en '  (a pie)oelectricidad es un 'enómeno presentado por determinados cristales *ue al ser sometidos a

tensiones mec$nicas ad*uieren una polari)ación el+ctrica en su masa apareciendo una di'erencia de potencial &

cargas el+ctricas en su super'icie, -ste 'enómeno tambi+n se presenta a la inversa esto es se de'orman ba.o la

acción de 'uer)as internas al ser sometidos a un campo el+ctrico, #na ve) *ue dic/o campo desaparece los

cristales recuperan su 'orma, -l ob.etivo del presente traba.o es describir las caracter"sticas generales de los

altavoces pie)oel+ctricos detallando modelos matem$ticos el+ctricos & aplicaciones logrando comprender el 

 'uncionamiento de los mismos la manera en la *ue emiten sonido su respuesta en 'recuencia el nivel de presión

 sonora & sus di'erentes tipos constructivos,

stract   '  Pie)oelectricit& is a p/enomenon presented b& certain cr&stals /en sub.ected to mec/anical stress

electrical polari)ation gain in mass appearing a potential di''erence and electric c/arges on its sur'ace, T/is

 p/enomenon also occurs in reverse t/at is de'orm under t/e action o' internal /en sub.ected to electric 'ield 

 strengt/, Once t/is 'ield disappears t/e cr&stals recover t/eir s/ape, T/e aim o' t/is paper is to describe t/e

 general c/aracteristics o' t/e pie)oelectric speaers detailing mat/ematicians electrical and application models

understand /o ac/ieving t/em t/e a& t/e& emit sound 're*uenc& response sound pressure level and di''erent 

designs,

1. INTRODUCCIÓN

#a propiedad de la pie*oelectricidad +ueoservada por pri$era ve* por Pierre Jac-ues .urie

en 1//1 estudiando la co$presión del cuar*o" lso$eterlo a la acción $ec0nica de la co$presión, lascargas de la $ateria se separan esto da lugar a una polari*ación de la carga" Esta polari*ación es lacausante de -ue salten las cispas"

El o2etivo del presente traa2o es descriir las

características generales de los altavoces pie*oel3ctricos detallando $odelos $ate$0ticos,el3ctricos aplicaciones4 logrando co$prender el+unciona$iento de los $is$os, la $anera en la -ue

e$iten sonido, su respuesta en +recuencia, el nivel de presión sonora sus di+erentes tipos constructivos"

ctual$ente, los altavoces pie*oel3ctricos se utili*ande $ucas $aneras, aplic0ndose a$plia$ente enalar$as, ti$res tele+ónicos, trans$isores,receptores, entre otros"

continuación la estructura desarrollo del te$a5 ' &esu$en

 ' Introducción ' 6e+inición ' .lasi+icación ' unciona$iento ' 6ise7o

 ' Procedi$iento de Medición ' plicaciones ' .onclusiones ' &e+erencias

2. DEFINICIÓN

#a pie*oelectricidad (del griego pie*ein, 8estru2ar 

o apretar9) es un +enó$eno presentado por deter$inados cristales -ue al ser so$etidos atensiones $ec0nicas ad-uieren una polari*aciónel3ctrica en su $asa, apareciendo una di+erencia de potencial cargas el3ctricas en su super+icie" Este+enó$eno ta$i3n se presenta a la inversa, esto es, se

de+or$an a2o la acción de +uer*as internas al ser so$etidos a un ca$po el3ctrico" El e+ecto pie*oel3ctrico es nor$al$ente reversile5 al de2ar deso$eter los cristales a un volta2e e:terior o ca$poel3ctrico, recuperan su +or$a"

#os $ateriales pie*oel3ctricos son cristales

naturales o sint3ticos -ue no poseen centro desi$etría" El e+ecto de una co$presión consiste endisociar los centros de gravedad de las cargas positivas de las cargas negativas" parecen de este$odo dipolos ele$entales en la $asa , por in+luencia, cargas de signo opuesto en las super+icies

en+rentadas" 

3. CLASIFICACIÓN

Pueden distinguirse los siguientes $ateriales5 los-ue poseen car0cter pie*oel3ctrico de +or$a natural

(cuar*o, tur$alina) los lla$ados +erroel3ctricos,-ue presentan propiedades pie*oel3ctricas tras ser so$etidos a una polari*ación (tantalio de litio, nitratode litio, ernilita en +or$a de $ateriales

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$onocristalinos cer0$icas o polí$eros polares a2o+or$a de $icrocristales orientados)" 

A ta$i3n pueden ser5 $ono$ór+icos,

constituidos por un solo cristal o cer0$ica4

 i$ór+icos, constituidos por dos placas cer0$icas

superpuestas de co$porta$iento contrario, de

$odo -ue una se dilata la otra se contrae" Esta

con+iguración  pus/4pull se $uestra en los dos

altavoces de la igura 1a" El alto valor de

i$pedancia $ec0nica de las sustancias $inerales

restringe su uso a la anda de altas +recuencias" El

teeter de ocina de la igura B es la aplicación $0s

e:tendida de los altavoces pie*oel3ctricos" Est0

+or$ado por un disco circular unido a una pe-ue7a

 ocina" Para au$entar el rendi$iento, se aproveca

la viración $0:i$a en el centro del disco, donde se

conecta la $e$rana co$o se ve en la igura 1a"

.on esta con+iguración se consigue una respuesta

a:ial de C a B< D?* sin la necesidad de un +iltroseparador de vías, a -ue, deido al alto valor 

capacitivo del cristal, se eli$inan las a2as

+recuencias"

igura 15 a) .ristal pie*oel3ctrico pus/4pull 

acoplado a una pe-ue7a ocina" ) ltavo* cer0$ico

de c%pula" 15cristal, B5 dia+rag$a, >5 espu$a

a$ortiguadora"

igura B5 Teeter de ocina"

Por otro lado, e:isten ta$i3n altavoces

 pie*oel3ctricos de c%pula, tal co$o se $uestra en la

igura 1 " Est0n constituidos por una película

 pie*oel3ctrica $etali*ada por las dos caras en +or$a

de c%pula" #a viración se traduce en un ca$io de

curvatura -ue provoca -ue se apro:i$e al $odelo de

es+era pulsante"

4. FUNCIONAMIENTO

0sica$ente, la +uente -ue origina el sonido de un

co$ponente de sonido pie*oel3ctrico es un dia+rag$a

 pie*oel3ctrico" Este consiste en una placa de cer0$ica

 pie*oel3ctrica -ue tiene electrodos en a$os lados

una placa de $etal (latón o acero ino:idale, etc")

-ue se puede apreciar en la igura >"

igura >5 Estructura de la $e$rana

 pie*oel3ctrica"

plicando tensión continua entre los electrodos, se

 produce una distorsión $ec0nica deido al e+ecto

 pie*oel3ctrico, -ue se $ani+iesta co$o una

de+or$ación del dia+rag$a el cual se e:pande en una

dirección radial" #a polari*ación de los electrodos

 produce una e:pansión o contracción del ele$ento

 pie*oel3ctrico, e+ecto -ue se puede distinguir en la

igura C" #a placa $et0lica unida al ele$ento

 pie*oel3ctrico no se e:pande o contrae" sí, cuando

un volta2e de corriente alterna se aplica a trav3s de los

electrodos, pode$os oservar en la igura C a C

una +le:ión" Este $is$o e+ecto lo oserva$os en la

igura C c produciendo ondas de sonido en el aire"

igura C5 Siste$a oscilante de un dia+rag$a pie*oel3ctrico"

5. DISEÑO

En general, el rango de +recuencia audile delo$re es de B< ?* a B< D?*" El rango de+recuencias co$prendido entre B a C D?* es el de

$aor sensiilidad" Por esta ra*ón, los co$ponentesde sonido pie*oel3ctricos se utili*an en esta ga$a de+recuencias, la +recuencia de resonancia (+<) se

selecciona general$ente en el $is$o rango ta$i3n"#a +recuencia de resonancia involucra en su ecuaciónal $ódulo de Aoung o $ódulo de elasticidad

longitudinal, -ue es un par0$etro -ue caracteri*a el

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co$porta$iento de un $aterial el0stico, seg%n ladirección en la -ue se aplica una +uer*a"

En la igura F se ilustra los $3todos utili*ados

 para apoar el dia+rag$a pie*oel3ctrico el cualdepende de +recuencia resonante"

igura F5 M3todo de apoo

En general, el dia+rag$a pie*oel3ctrico est0 instaladoen una cavidad para producir un sonido de alta presión (igura G)" #a +recuencia de resonancia(+.H) de la cavidad en la igura G se otiene de laecuación (1) (ór$ula ?el$olt*)" 6ado -ue el

dia+rag$a pie*oel3ctrico la cavidad tienenadecuadas +recuencias resonantes, (+<) (+.H)respectiva$ente, la presión de sonido en +recuenciasespecí+icas puede ser au$entada un anco de andadeter$inado puede ser proporcionado por el control

de a$as posiciones"

igura G5 Hista seccional de la cavidad"

6. PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN

.uando el dia+rag$a pie*oel3ctrico oscila

lire$ente en el aire, el nodo se $ueve co$o se$uestra en la igura "

igura 5 Medición de la $e$rana

 pie*oel3ctrica

#a +recuencia de resonancia (+ <) lai$pedancia resonante (& <) se $iden en el circuitode corriente constante, co$o se $uestra en laigura "

igura 5 Medición de puesta en $arca de+recuencia resonante e i$pedancia de

resonancia"

7. APLICACIONES

lgunas características de este altavo* son5disponile a pruea de agua, alta calidad de sonido

alto nivel de presión sonora, ultra +ino (<, $$ de

espesor), aorro de energía, sin i$0n, sin ruido

electro$agn3tico, ver igura /"

igura /5 ltavo* pie*oel3ctrico a pruea de

agua"

Este tipo de altavo* se puede utili*ar en tel3+onoscelulares, P6, audio de estado sólido, etc"

lgunas especi+icaciones se $uestran en la Tala1"

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Parámetro Valores

Rango de frecuencia nominal 200 Hz a 20 kHz

Nivel de presión sonora 92,0 dB ± 3,0 dB

Frecuencia de resonancia !00 Hz ± 20 "

#apacidad 0,9 $F ± 30 "

%&'ima (ensión sinusoidal ),0 *rms +empera(ura de 20 a - .0/#

 +empera(ura de 30 a - )/#

Tala 15 Especi+icaciones est0ndar"

El uso tradicional de los i$plantes de silicona

-uir%rgicos se ci7e a ra*ones est3ticas, sin e$argo

los investigadores de la universidad de Princeton an

tenido una idea $uco $0s original5 crear i$plantes

de silicona -ue generen electricidad aprovecando los

$ovi$ientos del cuerpo" KSer0 posile en el +uturorecargar el $óvil o el MP> con el constante

$ovi$iento respiratorio de nuestro tóra:L

un-ue pare*ca ciencia +icción, esto es posile

gracias a una propiedad de algunos $ateriales

deno$inada pie*oelectricidad" n $aterial

 pie*oel3ctrico genera un deter$inado volta2e

el3ctrico al ser de+or$ado, una característica -ue

resulta su$a$ente %til para +aricar desde los $0s

co$ple2os sensores electrónicos asta encendedores

auto$0ticos (al pulsar el otón, lo -ue ace$os esde+or$ar un $aterial pie*oel3ctrico asta el punto

-ue genera una cispa deido a la di+erencia de

 potencial el3ctrico)"

. CONCLUSIONES

El presente in+or$e t3cnico descriió el altavo*

 pie*oel3ctrico, un tipo de altavo* asado en la

 propiedades de los cristales pie*oel3ctricos (poli3ster 

o cer0$ica), cuando a estos se les aplica una tensión

se de+or$an, gracias a esta propiedad, pode$os crear 

sonido al colocar algo capa* de canali*ar acer de pe-ue7a ca2a de resonancia"

Estos altavoces son si$ples aratos ade$0s

consu$en $u poco"

Su gran contra es -ue son incapaces de reproducir 

+recuencias a2as, por lo -ue si necesita$os sonidos

$0s graves necesitare$os utili*ar otro tipo de

altavoces"

!.  REFERENCIAS

Ociointeligente, +eno$eno pie*oelectrico,ttps5NNociointeligente"ordpress"co$NB<1<N1<NB>N+en

o$eno;pie*oelectrico, Octure,B<1<"

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ttps5NNes"iDipedia"orgNiDiNPie*oelectricidad,

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 2$>studio, pie*oelectricidad,

ttp5NN2$>studio"co$Npie*oelectricidad;-ue;es;eso,

Traste2ant, altavo*pie*oelectrico,ttp5NN"traste2ant"esNtutorialesNelectronicaNaltavo* pie*oelectrico"t$l, 

asilio Pueo Ortega Miguel &o$0 &o$ero,

Electroac%stica, ltavoces Micró+onos" PersonPrentice ?all, Madrid, B<<>"

Murata Manu+acturing .o$pan #td", Pie*oelectricSound .o$ponents, P1FE;/, pplication Manual,Oct" Japan, B<1B"

Sonitron, Pie*oelectric SpeaDer Tecnolog,Tecpaper" elgiu$, B<1B"

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