Capteur piézo, mise en oeuvre.

Démos trucs et astuces

Voici quelques réfléxions et informations sur la mise en oeuvre de capteurs piézo.
Elles sont pour parties issues des publications sur les derniers capteurs acquis par le studio :
Le Harley Benton HB-T et le K&K Big Shot.

Principe de fonctionnement et historique rapides

SchemaPiezoPiézo, diminutif de Piézoélectrique.

Transducteur ou capteur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.
C’est à dire, pour le cas précis du domaine sonore, le transducteur transforme les vibrations mécaniques d’un corps en signal électrique oscillant à la même fréquence.

Le matériau piézoélectrique est pris entre deux plaques métaliques qui collectent les charges électriques.
L’une étant chargée positivement, l’autre négativement.

En 1880, Jacques et Pierre Curie découvrent que certains matériaux comme le quartz génèrent une charge électrique lorsqu’on leur applique une contrainte mécanique, compression ou étirement.
On découvrira par la suite qu’il est facile de fabriquer des matériaux de synthèse ayant les mêmes propriétés, voire meilleures.

L’année suivante, l’effet inverse est mis en évidence.
Une tension électrique appliquée au quartz génère une déformation de celui-ci.
Une fréquence électrique appliquée le fait vibrer mécaniquement à cette même fréquence et donc émettre un son.

Explications plus détaillées ici

Depuis, ces découvertes ont trouvé de très nombreuses applications :

  • phonographes (pointe de lecture)
  • capteurs audio
  • buzzers
  • montres (à quartz)
  • écrans de smartphones
  • briquets
  • balances
  • sonars
  • imagerie médicale à travers les ultrasons
  • capteurs de présence par le poids
  • aéropspatiale (dégivrage, amortissement de vibrations, contrôle de l’intégrité structurelle d’avions)
  • aéronautique (mesure de pression dans les tuyères)
  • claviers d’ordinateurs
  • systèmes de réalité virtuelle
  • micropompes dans le médical ou biomédical, les imprimantes
  • mesure de la pression des pneus
  • etc
Utilisation en sonorisation/enregistrement

studio-la-boite-a-meuh-piezosPar principe, le capteur piézo peut se poser sur tout corps vibrant.
Terminé par une prise jack, on le branche dans une boîte de direct.

Le piézo n’est pas le capteur le plus fidèle, notamment comparé à un micro, cependant il a plusieurs avantages :

  • le recul au larsen important en situation de concert
  • la moindre repisse des autres instruments :
    L’instrument sur lequel il est posé reçoit les vibrations de l’environnement sonore.
    C’est généralement minime mais la table d’un piano vibre très bien.
  • La facilité de mise en oeuvre et la mobilité possible :
    Quasiment toutes les guitares acoustiques qui sont équipées d’un système de sonorisation sont équipées d’un piézo.
  • la sortie en jack permettant d’utiliser des pédales d’effet ou d’amplifier des instruments acoustiques
  • le prix, on trouve des modèles à partir de 15€ et on peut en fabriquer pour moins cher.

Les choix de captation, en enregistrement comme en concert sont toujours le fruit de compromis entre plusieurs contraintes (prix, fidélité de reproduction, disponibilité en nombre, repisse, larsen, mobilité, facilité de mise en oeuvre, discrétion etc).
Dans ce contexte, ce n’est pas toujours le capteur/micro le plus fidèle qui sera le plus adapté.
Et l’utilisation d’un piézo peut se faire en complément d’un micro, notamment pour donner du corps, de l’énergie ou de la largeur en spatialisant.

Le piézo est le capteur utilisé pour fabriquer les triggers de batteries électroniques ou à poser sur des fûts acoustiques pour déclencher des sons samplés.

Instruments

Le piézo peut se poser sur différentes parties des instruments.

La table d’harmonie des instruments à cordes ou le chevallet :

  • Piano, cymbalum
  • guitares, mandolines, ukulélé, bouzoukis
  • violons, altos, violoncelles, contrebasses

la Peau :

  • percussions : fûts de batterie, tablas, congas, bongos, djembés etc
  • instruments à cordes avec peau de résonnance : banjo, cora, n’goni etc

Les tuyaux et pavillons des instruments à vent : trompettes, trombones, clarinettes, saxophones, tubas, cor etc

le corps des instruments de percussion :

  • ceux cités plus haut
  • cajon, lamelles de xylophones et métalophones, tongue drum, handpan, steel pan, kalimba etc

Le résultat est plus ou moins heureux (et utilisable) en fonction de la conductivité sonore de la matière sur laquelle il est posé, de l’empacement, du mode de fixation et des propriétés du piézo utilisé.

studio-la-boite-a-meuh-piezo-harley-benton-hb-t-patePâte de fixation

Les deux piézos du studio n’ont pas le même rendu en fréquence et en niveau de sortie, voir le comparatif sur la publication du K&K Big Shot.
La manière dont ils sont fixés sur l’instrument joue beaucoup.
Ces deux piézos sont vendus pour être installés sur un instrument et ne plus être démontés.
Un adhésif suffit dans ce cas mais ceux du studio sont démontés après chaque utilisation.
On préfère donc utiliser une pâte amovible pour les fixer.
L’épaisseur et le type de pâte influent beaucoup sur le rendu sonore.

La pâte blanche fournie avec le Harley Benton est la moins malléable et perd ses propriétés collantes au fil du temps.
Cependant, l’atténuation de l’agressivité due à sa consistance ou à son épaisseur est intéressante.
pate-adhesive-schertlerElle n’est pas disponible à l’achat séparément.

Schertler propose une pâte verte très facile à façonner et étaler.
Elle colle bien et se récupère très bien aussi.
On peut l’appliquer en très fine couche si besoin.
Elle semble durer et garder ses propriétés indéfiniment.
Disponible individuellement à l’achat, elle coûte un peu cher.

AKG propose une pâte noire avec ses petits micros C411.
Très collante mais se récupère bien.
Elle est disponible individuellement à l’achat, moins chère que la Schertler.

Quelle boîte de direct utiliser ?

pate-adhesive-akg-c411Le piézo se branche dans une boîte de direct ou DI (Direct Inject box).
D’impédance bien plus élevée qu’une guitare électrique, il est recommandé d’utiliser des DI à haute impédance d’entrée, 5 ou 10 MΩ; peu existent sur le marché.
Ce sont forcément des DI actives qui nécessitent une alimentation fantôme venant du préampli.

Les DI les plus courantes ont généralement une impédance de 1 MΩ; elles fonctionnent malgré tout.

Possibilité d’utiliser aussi des préamplis spécifiques pour capteurs piézo.

Le studio utilise les modèles suivants :

  • 2 TritonAudio BigAmp Piezo (petits préamplis Class A)
  • studio-la-boite-a-meuh-hi-z-preamp-&-di-piezo1 Fishman Platinium Stage Analog Preamp
  • 1 L.R. Baggs Para Acoustic Preamp

Voir la publication ici qui précise les informations les concernants.

Réalisation d’un test rapide sur une guitare classique avec les piézo Harley Benton et K&K sur toutes les DI et les préamplis piézo du studio.
Calibrage du gain à chaque fois.

Voici le bilan :

  • Les DI actives et preamplis piézo sont plus adaptés que les DI passives.
    Celles-ci demandent plus de gain et ont un son moins ouvert.
  • Pas de différence de timbre constatée entre les DI actives et les préamplis spécifiques piézo.
  • Certains soufflent, d’autres pas.
    Le TritonAudio BigAmp piezo, la BSS AR133 et la DBX DI4 ne soufflent pas.
    Les LR Baggs, Fishman Platinium, Orchid Electronics, SCV MKII et Little labs MultiZ soufflent.

Guide complet sur les DI sur le site Projet Home Studio ici.

Les guitares acoustiques équipées en piézo ont généralement un préampli intégré et n’ont donc pas besoin de DI haute impédance.

Do it yourself

capteur-piezoelectriqueOn peut aussi fabriquer soi-même son capteur pour pas cher.
Il suffit de commander  un capteur piézo dans un magasin d’électronique (autour de 2€), souder 2 fils dessus et souder un jack à l’autre bout.
Différentes tailles de piézo sont disponibles.
Ils se présentent sous la forme de pastilles rondes allant de 12 à 50mm de diamètre.
Les fabricants donnent une fréquence de résonnance pour chaque modèle.
Elle correspond à la fréquence qui a le plus d’amplification.

Si la fabrication est extrêmement simple, obtenir un résultat satisfaisant n’est pas évident.
En effet, il y a de grandes différences de son entre les capsules piézo et il faudrait pouvoir en essayer beaucoup pour choisir celle qui convient le mieux.

Certains récupèrent les piézos de montre à quarz, de briquets (pour fabriquer un capteur sous sillet de guitare) ou des buzzer de téléphone.

Ce blog donne des conseils de fabrication.

Vidéos

voici quelques vidéos didactives :

Génération de tensions et courant après déformation et inversement

Historique, illustration des différentes applications

Arc électrique déclenché par la déformation d’un matérieau piézo

Fabrication d’un capteur piézo

 

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