Spannung eines Piezo-Vibrationssensors verringern

[S. W. (phan)]

Guten Tag alle miteinander,

für ein Projekt an der Uni möchte ich den Anschlag einer Gitarren Saite 
erkennen. Also das Spielen einer oder mehrerer Saiten. Dies soll von 
einem ESP32 erkannt werden. Als aktuellen Ansatz wollte ich 
Piezo-Vibrationssensoren verwenden, da ich in einem Paper[3] diesen 
Ansatz schon mal gesehen habe.
Die Piezo-Sensoren[1] "erzeugen" bis zu +/-60V je nach Art und Stärke 
der Bewegung. Nun war mein Gedanke, diese Spannung zu verringern und 
dann einen Schmitt-Trigger[2] zu verwenden, der die Spannungskurve in 
ein Signal umwandelt für den ESP32.

Zur Spannungsverringerung habe ich heute einen Spannungsteiler 
ausprobiert, aber leider konnte ich dann gar keine Spannung mehr 
Feststellen (abgesehen von kleinen Störungen).

Habt Ihr vielleicht eine bessere Idee für dieses Problem? Wichtig ist, 
dass die Spannung nicht nur "geclampt" wird z.B. auf 3V3, sondern sich 
linear zur Sensor Spannung verhält, damit eventuelle kleinst Bewegungen 
nicht den Trigger auslösen.

(Oder vielleicht kann man eine Art "Hürde" einbauen und dann clampen?

Ich habe einen ungefähren Schaltplan des ersten Aufbaus angehängt, sowie 
eine schnelle Zeichnung des gesamt Konzepts.

Vielen Dank für das Lesen! Ich möchte nur kurz anmerken, dass
ich ein Anfänger bin was Elektronik angeht und daher evtl. manche
Sachen falsch verstehe^^

-Seb

[1]
https://www.mouser.de/ProductDetail/Measurement-Specialties/LDT0-028K-L?qs=%2Fha2pyFaduhjDxCihBxPMuJXdO%252Bt2%2FHyF1O2omuXq5o%3D

[2]
https://www.mouser.de/ProductDetail/Nexperia/74HC7014D118?qs=P62ublwmbi8Qv6H1vD1xTA%3D%3D

[3]
https://dl.acm.org/doi/10.1145/3173225.3173235

[Stefan F. (Gast)]

S. W. schrieb:
> Zur Spannungsverringerung habe ich heute einen Spannungsteiler
> ausprobiert, aber leider konnte ich dann gar keine Spannung mehr
> Feststellen (abgesehen von kleinen Störungen).

Der Ansatz war sicher gut, nur die Umsetzung schlecht.

Dein Spannungsteiler ist vermutlich zu niederohmig. Nimm mal Widerstände 
mit 100x so viel Ohm.

Und messe die konkreten Spannungspegel vor und hinter dem 
Spannungsteiler, damit wir was zum Rechnen haben.

[HildeK (Gast)]

Zum Teilen der Spannung kannst du auch einen Kondensator nehmen, an Pin 
2 des LDT nach GND, z.B. 100nF. Der Piezo verhält sich nämlich auch wie 
ein Kondensator und ist deshalb eine AC-Quelle und damit gibt es auch 
einen Spannungsteiler.
Dann hast du eh noch eine Unsauberkeit drin: der Piezo liefert AC und du 
solltest auch die negativen Überschwinger begrenzen, bevor du auf den 
Digitalbaustein gehst.

Und, wie Stefan schon sagte, R? (470R) muss viel größer sein, fange mal 
mit 100k an. (Gut, du hast ein Schaltbild geliefert, ein Plus wäre noch 
der Name für die Bauteile gewesen ...😀).

S. W. schrieb:
> (Oder vielleicht kann man eine Art "Hürde" einbauen und dann clampen?

Eine definierte Begrenzung wäre jedenfalls sinnvoll. Man sollte nicht 
unbedingt die Schutzdiode des Bausteins dafür verwenden.

[S. W. (phan)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> S. W. schrieb:
>> Zur Spannungsverringerung habe ich heute einen Spannungsteiler
>> ausprobiert, aber leider konnte ich dann gar keine Spannung mehr
>> Feststellen (abgesehen von kleinen Störungen).
>
> Der Ansatz war sicher gut, nur die Umsetzung schlecht.
>
> Dein Spannungsteiler ist vermutlich zu niederohmig. Nimm mal Widerstände
> mit 100x so viel Ohm.
>
> Und messe die konkreten Spannungspegel vor und hinter dem
> Spannungsteiler, damit wir was zum Rechnen haben.

Danke für die Antwort!

Ich werde das ausprobieren sobald ich kann!

[oszi40 (Gast)]

Piezo nicht zu niederohmig belasten und Schutzdioden vor dem Eingang?
z.B.https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm

[S. W. (phan)]

HildeK schrieb:
> Zum Teilen der Spannung kannst du auch einen Kondensator nehmen, an Pin
> 2 des LDT nach GND, z.B. 100nF. Der Piezo verhält sich nämlich auch wie
> ein Kondensator und ist deshalb eine AC-Quelle und damit gibt es auch
> einen Spannungsteiler.

Aber Pin 2 ist doch der Ausgang des Triggers, also schon zu spät, weil 
die hohe Spannung ja an Pin 1 schon anliegt?

> Dann hast du eh noch eine Unsauberkeit drin: der Piezo liefert AC und du
> solltest auch die negativen Überschwinger begrenzen, bevor du auf den
> Digitalbaustein gehst.
>

Haben Sie einen Vorschlag zur Begrenzung der negative Spannung? Eine 
einfache Diode?

> Und, wie Stefan schon sagte, R? (470R) muss viel größer sein, fange mal
> mit 100k an. (Gut, du hast ein Schaltbild geliefert, ein Plus wäre noch
> der Name für die Bauteile gewesen ...😀).

Ist die genaue Art der Wiederstände wichtig? Zum Testen verwende ich 
zuzeit generische Metall-Oxid Axial Widerstände, sonst würde ich 
Chip-Widerstände Thick/Thin film nehmen.

>
> S. W. schrieb:
>> (Oder vielleicht kann man eine Art "Hürde" einbauen und dann clampen?
>
> Eine definierte Begrenzung wäre jedenfalls sinnvoll. Man sollte nicht
> unbedingt die Schutzdiode des Bausteins dafür verwenden.

Also eine Schottky-Diode von GND nach Pin 1 mit einer 
Durchbruchsspannung von 3.3V?

Viele Dank für die Antworten bisher :)

[HildeK (Gast)]

S. W. schrieb:
> Aber Pin 2 ist doch der Ausgang des Triggers,

PIN 2 vom Piezo - wie in deinem Bild gezeichnet - NICHT vom IC!

S. W. schrieb:
> Haben Sie einen Vorschlag zur Begrenzung der negative Spannung? Eine
> einfache Diode?

Ja, Anode an GND. BTW, wir sind üblicherweise hier beim 'du', es steht 
dir natürlich frei :-).

S. W. schrieb:
> Ist die genaue Art der Wiederstände wichtig?

Nein.

S. W. schrieb:
> Also eine Schottky-Diode von GND nach Pin 1 mit einer
> Durchbruchsspannung von 3.3V?

Das wäre eine Z-Diode, die ist zwar verwendbar, aber eher suboptimal.
Eine Diode von GND nach Pin 1 und eine zweite von Pin 1 nach VCC 
begrenzen dann beides, negative Spannungen und Spannungen über 3.3V. 
Beide Kathoden in Richtung VCC schauen lassen.

[S. W. (phan)]

Guten morgen,

ich habe die Schaltpläne angepasst, um sicher zu gehen, dass ich nichts 
falsch mache, wenn ich es das nächste mal ausprobieren kann.

Schaltplan 1:
Kondensator[1]. Aluminium-Elektrolytkondensator oder ist ein MLCC 
besser?

Die verwendeten Dioden[2] in beiden Plänen besitzen eine 
Durschlassspannung von 3V, das ist korrekt so oder?

Eine Sache noch: Wäre nicht eine Diode in Serie zwischen Piezo und 
Trigger besser, um alle negativen Spannungen zu verhindern? Oder werden 
negative Spannungen durch die oberen Schaltpläne bereits verhindert?

Danke an alle :)!

[1]
https://www.mouser.de/ProductDetail/Nichicon/UUP1H0R1MCL1GS/?qs=huzeVNXgovXvQmoxbanaNw%3D%3D

[2]
https://de.farnell.com/rohm/rfu02vsm8str/rectifier-single-0-2a-800v-sod/dp/2914111

[HildeK (Gast)]

S. W. schrieb:
> Schaltplan 1:
> Kondensator[1]. Aluminium-Elektrolytkondensator oder ist ein MLCC
> besser?
Es gibt eh kaum Elkos mit 100nF. Also: Keramikkondensatoren verwenden.
Ob die 100nF optimal sind, kann ich nicht sagen, weil ich die Kapazität 
vom Piezo nicht kenne. Da musst du evtl. etwas probieren. Vielleicht 
sind 47n besser, wenn das Signal zu klein wird, oder eben 220nF oder 
mehr, falls es zu groß wäre. Also: etwas probieren und messen.
Hat der Piezo z.B. 10nF, so gibt es mit den 100nF einen Teiler 1:11.
Außerdem würde ich noch einen hochomigen Widerstand (1Meg, 5Meg) dem C1 
parallel schalten, so dass der IC-Eingang in Ruhe ein festes Potential 
hat.

> Die verwendeten Dioden[2] in beiden Plänen besitzen eine
> Durschlassspannung von 3V, das ist korrekt so oder?
Nein, Durchlass sind die 0.6V oder 0.3V bei Schottky. Nimm einfach 
1N4148.
Die sind für den Normalbereich in Sperrichtung. Steigt die 
Eingangsspannung über VCC an, so leitet die obere, sinkt sie unter GND, 
so leitet die untere Diode.

> Eine Sache noch: Wäre nicht eine Diode in Serie zwischen Piezo und
> Trigger besser, um alle negativen Spannungen zu verhindern? Oder werden
> negative Spannungen durch die oberen Schaltpläne bereits verhindert?
Sowohl Überspannung als auch negative Signale werden durch die Dioden 
verhindert. Mit einer Diode in Reihe würde der C1 aufgeladen und nur der 
noch fehlende Parallewiderstand zu C1 sorgt dafür, dass er wieder 
entladen wird. Das hat aber eine große Zeitkonstante. Also: etwas 
weniger gut.

Bei der Widerstandsschaltung kann man auf die Dioden sogar verzichten. 
Der 1Meg-R lässt so wenig Strom fließen, dass die eingebauten 
ESD-Schutzdioden im IC ausreichen. Die sind in den Maximum Ratings des 
HC7014 mit 20mA angegeben. Das erreicht man wahrscheinlich auch bei der 
Kondensatorschaltung bei Weitem nicht.

Bringt der Sensor in deiner Anwendung überhaupt so hohe Spannungen? Hast 
du das mal gemessen?

[Stefan F. (Gast)]

Bei den Dioden ist wichtig, dass sie einen geringen Leckstrom haben, 
damit sie das Signal nicht zu stark belasten/verfälschen.

Ich würde auch 1N4148 nehmen

[HildeK (Gast)]

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Bei den Dioden ist wichtig, dass sie einen geringen Leckstrom haben,
> damit sie das Signal nicht zu stark belasten/verfälschen.

Die Frage ist, ob das eine Rolle spielt. Mir ist nicht so ganz klar, was 
das Ergebnis seiner Auswertung sein soll. Will er nur wissen, ob eine 
bestimmte Saite mit einer Mindestlautstärke angestoßen wurde

S. W. schrieb:
> Wichtig ist,
> dass die Spannung nicht nur "geclampt" wird z.B. auf 3V3, sondern sich
> linear zur Sensor Spannung verhält, damit eventuelle kleinst Bewegungen
> nicht den Trigger auslösen.

oder eine lineare Abbildung der Anschlagstärke.

Ich interpretiere das so, dass erst ab einem Mindestsingal ein Trigger 
erfolgen soll, also binär oberhalb einer Schwelle und keine analoge 
Erfassung.

[S. W. (phan)]

HildeK schrieb:
> Stefan ⛄ F. schrieb:
>> Bei den Dioden ist wichtig, dass sie einen geringen Leckstrom haben,
>> damit sie das Signal nicht zu stark belasten/verfälschen.

Danke für den Dioden Vorschlag, werde ich ausprobieren.

> S. W. schrieb:
>> Wichtig ist,
>> dass die Spannung nicht nur "geclampt" wird z.B. auf 3V3, sondern sich
>> linear zur Sensor Spannung verhält, damit eventuelle kleinst Bewegungen
>> nicht den Trigger auslösen.
>
> oder eine lineare Abbildung der Anschlagstärke.
>
> Ich interpretiere das so, dass erst ab einem Mindestsingal ein Trigger
> erfolgen soll, also binär oberhalb einer Schwelle und keine analoge
> Erfassung.

Korrekt!
Ein normaler/leichterer Anschlag beim Spielen soll ein binär Signal für 
den MCU ergeben. Nicht Ton erzeugende oder ungewollte Berührungen der 
Saiten (oder Bewegungen der Gitarre) sollen kein Signal verursachen.

HildeK schrieb:
> Bringt der Sensor in deiner Anwendung überhaupt so hohe Spannungen? Hast
> du das mal gemessen?

Ich habe den Sensor nur trocken auf einem Steckbrett getestet, also noch 
nicht eingebaut. Ich wollte erstmal eine Methode haben, mit der ich die 
Spannung anpassen kann, bevor ich teste wie hoch der Pegel ist nach dem 
Einbau. Die Stärke des Pegels ist ja auch abhängig vom Aufbau und in dem 
Paper im ersten Beitrag wurden auch knapp 60V berichtet, also bin ich 
davon erstmal grob ausgegangen.
Ich habe mir das so vorgestellt, dass ich die verwendeten Komponenten 
(Widerstände, Kondensatoren) anpasse, sobald ich weiter fortgeschritten 
bin mit dem Versuchsaufbau :)

Danke für die Posts! Hilft mir sehr!

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Auch wenn es auf kleine Pegel nicht reagieren soll - wäre irgendeine 
Form von Dynamikkompression vor dem Schmitt-Trigger nicht besser?

Ich würde es z.B. mit einem AD8307 versuchen, der funktioniert auch für 
Niederfrequenz.
Anschließend noch einen schwimmenden Komparator, der reagiert auf 
schnelle Anstiege.

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Der 74HC7014 hat seine Schwelle irgendwo bei der halben 
Betriebsspannung, für 3,3V also nominell 1,65V, das kann aber z.B. 
zwischen 40 und 60% schwanken.

Der Spannungsteiler ist auf Null Volt bezogen, der Piezo sollte positive 
und negative Halbwellen abgeben. Damit kommen von der Schwingung der 
Saite nur positive Spitzenwerte durch. Für mehrere Saiten gleichzeitig 
wird das noch unübersichtlicher.

Eigentlich soll aber nur ein Pegel gemessen werden, also wie im VU-Meter 
ein Amplitudendetektor, der aus der Wechselspannung am Eingang einen 
Gleichspannungswert macht. Deshalb auch mein Vorschlag mit dem 
logarithmischen Detektor AD8307.

[HildeK (Gast)]

Christoph db1uq K. schrieb:
> Der Spannungsteiler ist auf Null Volt bezogen, der Piezo sollte positive
> und negative Halbwellen abgeben. Damit kommen von der Schwingung der
> Saite nur positive Spitzenwerte durch. Für mehrere Saiten gleichzeitig
> wird das noch unübersichtlicher.

Ja, da habe ich auch schon dran gedacht.
Man könnte dann praktisch parallel zu den Dioden jeweils einen 
Widerstand mit dem doppelten Wert von R1 legen und dafür R1 weglassen.
Auch bei der Kondensatorlösung wären zwei hochohmige Widerstände 
parallel zu den Dioden verwendbar anstatt einem nach GND.
Damit wäre der Eingang des Schmitttriggers im Ruhezustand bei der halben 
VCC (was zulässig ist) und die positive Halbwelle würde einschalten, die 
negative dann wieder aus.

S. W. schrieb:
> Ein normaler/leichterer Anschlag beim Spielen soll ein binär Signal für
> den MCU ergeben. Nicht Ton erzeugende oder ungewollte Berührungen der
> Saiten (oder Bewegungen der Gitarre) sollen kein Signal verursachen.
Willst du die Frequenz bestimmen/auswerten oder nur ob ein Ton da ist 
oder nicht?

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

"Anschlag einer Saite erkennen" verstehe ich als einen kurzen Impuls, 
der den Moment des Anzupfens anzeigt, nicht das anschließende Abklingen.

Eine kurze Zeitverzögerung könnte auftreten, wenn die Auswerteschaltung 
Tiefpasscharakter hat oder eine Regelung erst einschwingen muss (z.B. 
ein Dynamikkompressor). Wieviel darf es maximal sein?

[S. W. (phan)]

Christoph db1uq K. schrieb:
> Der Spannungsteiler ist auf Null Volt bezogen, der Piezo sollte positive
> und negative Halbwellen abgeben. Damit kommen von der Schwingung der
> Saite nur positive Spitzenwerte durch. Für mehrere Saiten gleichzeitig
> wird das noch unübersichtlicher.
>
Vielleicht muss ich klar stellen, dass ich jede der sechs Saiten 
überwachen wollte. Kannst du mir erklären wieso nur die positiven 
Spitzenwerte durchkommen? Es hört sich richtig an, ich verstehe es aber 
nicht ganz. Es wäre ja auch kein Problem, dass nur die positiven erkannt 
werden, solange diese verlässlich beim Anschlag auftreten?

> Eigentlich soll aber nur ein Pegel gemessen werden, also wie im VU-Meter
> ein Amplitudendetektor, der aus der Wechselspannung am Eingang einen
> Gleichspannungswert macht. Deshalb auch mein Vorschlag mit dem
> logarithmischen Detektor AD8307.

"Amplitudendetektor" ist eine gute Beschreibung für mein Problem hier, 
allerdings müsste ich von den AD8307 sechs Stück verbauen, oder? Das 
wäre mir zu teuer.

HildeK schrieb:
> Man könnte dann praktisch parallel zu den Dioden jeweils einen
> Widerstand mit dem doppelten Wert von R1 legen und dafür R1 weglassen.

Kannst du mir das aufzeichnen? Ich verstehe nicht ganz wie das 
funktioniert... :/

HildeK schrieb:
> Willst du die Frequenz bestimmen/auswerten oder nur ob ein Ton da ist
> oder nicht?

Ich möchte nur den Anschlag der Saite erkennen, also ob ein Anschlag 
aufgetreten ist. Die Stärke oder Frequenz mit der die Saite exakt 
schwingt ist mir egal.

Wieder mal danke für die Vorschläge :)

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Meinen Ausdruck "schwimmender Komparator" sieht man in diesem 
Schaltplan.

Der Pegel am invertierenden Eingang folgt über den RC-Tiefpass langsam 
der mittleren Eingangsspannung. Über den 1M-Widerstand oben wird er noch 
etwas höher gelegt.
Am nichtinvertierenden Eingang folgt die Spannung sofort dem Eingang. 
Eine kleine Schmitt-Trigger-Wirkung hat der Mitkopplungswiderstand von 
1M.

Solange die momentane Eingangsspannung den mittleren Wert ausreichend 
übersteigt kommt am Ausgang ein Impuls.

Da der OP mit +/- 5V betrieben wird, ist am Ausgang noch die Diode nötig 
um negative Ausgangsspannung zu unterdrücken.

[Axel R. (axlr)]

Experiment #2 
LDT0 as Flexible Switch - using a charge amplifier to obtain "open-circuit" voltage sensitivity, the output 
was measured for controlled tip deflections applied to the sensor (supported by its crimped contacts as described 
above). 2 mm deflection was sufficient to generate about 7 V. Voltages above 70V could be generated by bending 
the tip of the sensor through 90 (see Table 2, Fig. 2).

erstmal keine Panik; da kommen keine 60Volt raus. Nicht bei ner normalen 
Gitarre. Du hast die Piezos ja auch nicht direkt mit der Saite 
verhakelt, sondern überträgst die Schwingung am Steg entlang. Die werden 
wahrscheinlich eh' oberhalb ihrer mechanischen Resonanz betrieben.

[HildeK (Gast)]

S. W. schrieb:
> Kannst du mir das aufzeichnen?

Siehe Anhang, Screenshot 552.

S. W. schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Willst du die Frequenz bestimmen/auswerten oder nur ob ein Ton da ist
>> oder nicht?
>
> Ich möchte nur den Anschlag der Saite erkennen, also ob ein Anschlag
> aufgetreten ist. Die Stärke oder Frequenz mit der die Saite exakt
> schwingt ist mir egal.

Mit all den bisher diskutierten Schaltungen erhältst du Pulse am 
Ausgang, die der Frequenz der schwingenden Saite entsprechen.
Du musst also noch irgendwas zusätzlich tun, um Ein/Aus zu bekommen; 
einen TP z.B. Oder ein Monoflop oder entsprechende Software (was machst 
du mit  dem Ausgangssignal des HC15?).
Da man hier auf die niedrigste Frequenz des Tons von den Saiten 
Rücksicht nehmen muss, ergibt sich halt eine Verzögerung von mindestens 
der Periodendauer dieses tiefsten Tones.

Da wäre in der Tat auch die Idee mit der Seriendiode, einem Kondensator 
und einem Lastwiderstand wieder interessant. Siehe Screenshot 533.

[S. W. (phan)]

Christoph db1uq K. schrieb:
> "Anschlag einer Saite erkennen" verstehe ich als einen kurzen Impuls,
> der den Moment des Anzupfens anzeigt, nicht das anschließende Abklingen.
>
> Eine kurze Zeitverzögerung könnte auftreten, wenn die Auswerteschaltung
> Tiefpasscharakter hat oder eine Regelung erst einschwingen muss (z.B.
> ein Dynamikkompressor). Wieviel darf es maximal sein?

Deinen Post hatte ich bei meinem Beitrag gerade übersehen, sorry.

Die Zeitverzögerung der Anschlagerkennung (oder Anzupferkennung) sollte 
so gering wie möglich sein. Ich beschreibe mal den gesamt Aufbau den ich 
mir vorgestellt habe:

Dem Nutzer wird ein Gitarrengriff vorgegeben den er spielen soll. Dafür 
muss er die richtigen Positionen am Griffbrett halten und (z.B.) fünf 
der sechs Saiten anschlagen.
Nachdem er die Saiten angeschlagen hat, soll der MCU(ESP32) diesen 
Anschlag möglichst schnell erkennen und kontrollieren können ob die 
richtigen Saiten angeschlagen wurden [Anmerkung 1]. Außerdem werden 
danach über SPI fünf MSP430 abgefragt, die das Griffbrett auf 
Berührungen beobachten (per mutual-capacitive touch) und so kann 
zurückgemeldet werden, ob der Griff richtig gehalten wurde.

[1]
 (vielleicht müssen die Signale des Triggers in einem Register/Buffer 
zwischengespeichert werden, damit der ESP32 alle sechs Inputs 
"gleichzeitig" überwachen kann? Ich kann nicht einschätzen ob der Chip 
dazu in der Lage ist. Das hängt wohl mit der länge des Impulses 
zusammen... Aber dieses Problem kann man ja noch später klären schätze 
ich mal).

[S. W. (phan)]

HildeK schrieb:
> Mit all den bisher diskutierten Schaltungen erhältst du Pulse am
> Ausgang, die der Frequenz der schwingenden Saite entsprechen.
> Du musst also noch irgendwas zusätzlich tun, um Ein/Aus zu bekommen;
> einen TP z.B. Oder ein Monoflop oder entsprechende Software (was machst
> du mit  dem Ausgangssignal des HC15?).

Das Signal wird direkt an einen Pin des ESP32 angeschlossen (Pin 4-9 für 
alle Saiten dann).

> Da man hier auf die niedrigste Frequenz des Tons von den Saiten
> Rücksicht nehmen muss, ergibt sich halt eine Verzögerung von mindestens
> der Periodendauer dieses tiefsten Tones.
>
Diese Zeitverzögerung ist akzeptabel denke ich...

> Da wäre in der Tat auch die Idee mit der Seriendiode, einem Kondensator
> und einem Lastwiderstand wieder interessant. Siehe Screenshot 533.

Werde ich ausprobieren :)

[HildeK (Gast)]

S. W. schrieb:
> Das Signal wird direkt an einen Pin des ESP32 angeschlossen (Pin 4-9 für
> alle Saiten dann).

Dann kannstdu das auch in der SW machen.

[interWebz (Gast)]

Oi,

zum Verständniss:
Du willst hier kein Tonabnehmer System aufbauen, sondern eine Detektions 
für das Anschlagen und Greifen der Saiten?

Wenn dem so ist, was ist mit den Signalen aus dem PickUps? Enthalten ja 
nicht gerade wenig Infos.

Interessates Projekt, damit wäre in so Dingen wie oder Lehrprogrammen 
Rocksmith einiges möglich.

Gruß

[2aggressive (Gast)]

HildeK schrieb:
> Screenshot 552
Ich bin wirklich nicht der Piezo-Experte, aber soweit ich weiss 
verhalten sich Piezos elektrisch ähnlich wie Kondensatoren, leiden 
allerdings unter Gleichspannung, die werden dadurch immer tauber. Siehe 
Seite 24:
https://wfm-publish.blaetterkatalog.de/frontend/catalogs/preview/181087/2/pdf/complete.pdf

Also empfiehlt sich wohl ein dem Piezo zusätzlich in reihe geschalteter 
Kondensator. Oder eine symetrische Belastung.


>Screenshot 533
Wird die Gleichspannung am Piezo rasch "aufpumpen", wird also 
möglicherweise nur innerhalb des ersten Anschlags funktionieren, sofort 
danach könnte D3 mit ihrer erlaubten Sperrspannung "in Bedrängnis" 
kommen. Kaputt gehen wird D3 (R1 sei Dank) dabei eher nicht, ich 
bezweifele nur eine reproduzierbare Funktion des Fliwatüts.



S. W. schrieb:
> Nachdem er die Saiten angeschlagen hat, soll der MCU(ESP32) diesen
> Anschlag möglichst schnell erkennen
Um die Richtung des zupfens (oder ist anschlagen das richtige Wort? Von 
Gitarren und Bass habe ich nähmlich noch weniger Ahnung :D:D:D) zu 
egalisieren böte sich ein Brückengleichrichter an. Siehe Bild, basierend 
auf HildeKs 533. Erweitert um einen R(1k) zwecks Entlastung der 
Klammerdioden der folgenden (74xx) Eingänge.
Pegelverminderung durch Verkleinerung des R3, oder durch einen 
parallelen Belastungswiderstand zum Piezo möglich.

HTH

[Papa Q. (papa_q)]

Hallo Seb,
ich bin gerade an einem fast gleichen Projekt.
Die Frequenzerkennung der "Saite" geht schon sehr gut. Frequenz steht 
bereits nach der ersten Periode zur Verfügung, allerdings ist die 
Frequenz der ersten 4 Perioden üblicherweise durch den Anschlag noch 
sehr weit von der späteren Schwingfrequenz der Saite entfernt.

Meine Piezoscheibe hat ca. 25mm Durchmesser und 22nF Kapazität. Ich hab 
einen 1:2 Spannungsteiler mit einem OPV als Puffer.
OPV als invertierender Verstärker. RInput = 1Meg RFeedback = 470k. 
+Eingang des OPV ist auf 1.65V
Eingangsimpedanz 1Meg, das sind bei 22nF also 22ms oder 7Hz 
Grenzfrequenz. Amplitude ist dann etwa 1Vss..2Vss und pass recht gut zum 
3.3V ADC.
µC: STM32

[A. S. (Gast)]

Vergiss dass alles.
 - Die Eingänge Deines ICs sollten Climb-Dioden schon eingebaut haben.
 - Die Spannung ist stark vom Anschlag und der ohmschen Belastung 
abhängig


Schalte einen 10k oder so in Reihe und gut ist. Also direkt 10k zwischen 
IC und Piezo. Keine Spgsteiler.

Dann schalte eine LED an den Ausgang (mit 1k oder so) (oder ein Oszi) 
und schaue, bei welcher Lautstärke die LED an zu leuchten fängt. Wenn es 
viel zu empfindlich ist, nimm noch 1M oder kleiner als Spgs-Teiler (vom 
IC-Eingang zu GND).

Wenn es noch zu unempfindlich ist, lasse den 10k in Reihe weg.

Wenn es noch immer zu unempfindlich ist, dann Lege das Piezo mit der 
linken Seite nicht auf GND, sondern auf z.B. 1,5V (10k/10k 
Spannungsteiler an 3.3V)

[Rainer V. (a_zip)]

S. W. schrieb:
> Dem Nutzer wird ein Gitarrengriff vorgegeben den er spielen soll. Dafür
> muss er die richtigen Positionen am Griffbrett halten und (z.B.) fünf
> der sechs Saiten anschlagen.
> Nachdem er die Saiten angeschlagen hat, soll der MCU(ESP32) diesen
> Anschlag möglichst schnell erkennen und kontrollieren können ob die
> richtigen Saiten angeschlagen wurden

Ich will jetzt nicht meckern, aber mich würde erst einmal interessieren, 
warum dieser merkwürdige Aufbau mit dem Piezo-Sensor? Seit ewigen Zeiten 
gibt es Tonabnehmer für alle möglichen Instrumente. Warum gerade an der 
Stelle etwas eigenes basteln? Mit einem Tonabnehmer bekommt man alles an 
Toninformation, was man möchte und kann es bequem "in eine Soundkarte 
schieben" und hat dann Digitalinfos zur Weiterverarbeitung, vom wem 
womit auch immer. Da es ja offensichtlich nicht darum geht, einen 
"neuen" Tonabnehmer zu entwickeln (was ich jeder Hochschule aber 
jederzeit zutrauen würde :-) frage ich mich eben, warum keinen 
herkömmlichen TA?
Gruß Rainer

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Nach einem Internetausfall in der Gegend...

Der Piezoabnehmer hat also für jede Saite einen eigenen Ausgang?
Ich dachte, da kommt ein Frequenzgemisch von allen 6 Saiten heraus. Das 
macht die Sache etwas übersichtlicher.

Der logarithmische Detektor ist zu teuer, dann wenigstens ein linearer?
Der heißt mit Operationsverstärker "Präzisionsgleichrichter" oder 
"Aktiv-Gleichrichter".
https://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A4zisionsgleichrichter
https://www.elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
Zwei OP, zwei Dioden und ein paar Widerstände für die Vollwellenversion.
Danach dann jeweils ein Komparator.

[S. W. (phan)]

Wow, danke für die vielen Beiträge ich komm kaum nach mit Antworten :)

HildeK schrieb:
> S. W. schrieb:
>> Das Signal wird direkt an einen Pin des ESP32 angeschlossen (Pin 4-9 für
>> alle Saiten dann).
>
> Dann kannstdu das auch in der SW machen.

"SW"?

interWebz schrieb:
> Wenn dem so ist, was ist mit den Signalen aus dem PickUps? Enthalten ja
> nicht gerade wenig Infos.
>
Der hier verwendete E-Gitarren Bausatz hat nur ein Kabel was aus dem 
PickUp-Baustein kommt, also dacht ich, dass ich da die einzelnen Saiten 
nur schwer unterscheiden kann. Habe diese Idee aber auch schon lange 
nicht mehr angefasst...

> Interessates Projekt, damit wäre in so Dingen wie oder Lehrprogrammen
> Rocksmith einiges möglich.

Ja, bei diesem Projekt soll ein Hauptsächlich ein Lerninstrument 
entstehen, was dann von Schülern alleine oder von Musikschulen 
eingesetzt werden kann zum Lernen der Gitarre. Eine Betreuerin des 
Projekts arbeitet im Hintergrund bereits an Konzepten dazu.
--Nur muss erstmal mein Prototyp laufen :o

2aggressive schrieb:
> Um die Richtung des zupfens (oder ist anschlagen das richtige Wort? Von
> Gitarren und Bass habe ich nähmlich noch weniger Ahnung :D:D:D) zu
> egalisieren böte sich ein Brückengleichrichter an. Siehe Bild, basierend
> auf HildeKs 533. Erweitert um einen R(1k) zwecks Entlastung der
> Klammerdioden der folgenden (74xx) Eingänge.
> Pegelverminderung durch Verkleinerung des R3, oder durch einen
> parallelen Belastungswiderstand zum Piezo möglich.

Den Vorschlag kann ich auch ausprobieren.

Papa Q. schrieb:
> ich bin gerade an einem fast gleichen Projekt.
> Die Frequenzerkennung der "Saite" geht schon sehr gut. Frequenz steht
> bereits nach der ersten Periode zur Verfügung, allerdings ist die
> Frequenz der ersten 4 Perioden üblicherweise durch den Anschlag noch
> sehr weit von der späteren Schwingfrequenz der Saite entfernt.

Sehr interessant! Eigentlich brauche ich die Frequenz der Schwinung 
nicht wirklich...

> Meine Piezoscheibe hat ca. 25mm Durchmesser und 22nF Kapazität. Ich hab
> einen 1:2 Spannungsteiler mit einem OPV als Puffer.
> OPV als invertierender Verstärker. RInput = 1Meg RFeedback = 470k.
> +Eingang des OPV ist auf 1.65V
> Eingangsimpedanz 1Meg, das sind bei 22nF also 22ms oder 7Hz
> Grenzfrequenz. Amplitude ist dann etwa 1Vss..2Vss und pass recht gut zum
> 3.3V ADC.

aber du kannst mir ja mal den Schaltplan geben, falls ich mein System 
doch noch verändern möchte. Müsste nur schauen ob der ESP32 6 ADCs 
gleichzeitig kann...

Rainer V. schrieb:
> frage ich mich eben, warum keinen
> herkömmlichen TA?
> Gruß Rainer
Ich brauche ja eingentlich keinen Tonabnehmer und die Schwinung der 
Saite ist mir eigentlich auch egal, ich wollte nur feststellen, ob eine 
Saite angeschlagen wird. Mir war auch nicht bewusst, dass es solche 
Module einfach zum Nachrüsten gibt und kennte die bis dato gar nicht. 
Meine beiden Betreuer kennen sich eigentlich mit Gitarren aus, aber 
anscheinend haben die das okay gefunden mit dem Piezo...

Christoph db1uq K. schrieb:
> Der Piezoabnehmer hat also für jede Saite einen eigenen Ausgang?
> Ich dachte, da kommt ein Frequenzgemisch von allen 6 Saiten heraus. Das
> macht die Sache etwas übersichtlicher.

Es sind 6 Piezo Elemente für 6 Saiten. Ich habe das nicht gut klar 
gestellt leider :/

> Der logarithmische Detektor ist zu teuer, dann wenigstens ein linearer?
> Der heißt mit Operationsverstärker "Präzisionsgleichrichter" oder
> "Aktiv-Gleichrichter".
> https://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A4zisionsgleichrichter
> https://www.elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
> Zwei OP, zwei Dioden und ein paar Widerstände für die Vollwellenversion.
> Danach dann jeweils ein Komparator.

Ich werde mir den Vorschlag mal anschauen! Klingt gut. Ich müsste nur 
schauen wie ich den Schaltplan aufbau für die sechs Saiten, denn ich 
habe im Gitarrenkörper nicht soo viel Platz.

Also nochmal Danke an alle die sich bisher beteiligt haben!
Ich bin leider nicht gut mit Elektronik-Basics und kann nicht so ad-hoc 
entscheiden was gut ist und was nicht passt. Daher etwas langsam mit den 
Antworten.

-Seb

[Rainer V. (a_zip)]

S. W. schrieb:
> Meine beiden Betreuer kennen sich eigentlich mit Gitarren aus, aber
> anscheinend haben die das okay gefunden mit dem Piezo...

Mag ja sein, mit Elektronik aber wohl weniger...und wenn eine Seite 
angeschlagen wurde oder ein Akkord, dann brauchste auch nicht noch 
tausend Sensoren am Griffbrett...nein, du brauchst nur das Signalgemisch 
analysieren und schon weißt du, ob der Bengel oder die Bengelin richtig 
gegriffen hat! Aber wie gesagt, wenn ihr erst mal das Rad neu erfinden 
wollt, dann mal los :-)
Gruß Rainer

[HildeK (Gast)]

SW=Software

[S. W. (phan)]

HildeK schrieb:
> SW=Software

Ah, ja offensichtlich, da habe ich nicht dran gedacht.

Ich habe heute kurz zwei Aufbauten getestet.

1.: Aufbau 1 entsprach ungefähr dem Screenshot von HildeK, allerdings 
nur mit Dioden und zwar mit der 1N4001 da ich die grade da hatte und die 
anderen erst bestellen muss.

HildeK schrieb:
>ScreenShot_553_LTspice_XVII_-_Draft4.asc.png

Da konnte ich aber fast keine Spannungen mehr Feststellen (nur sehr kurz 
im mV Bereich), denke das liegt aber hauptsächlich an den falschen 
Dioden. Gemessen habe ich mit einem Oszi nach der ersten Diode und GND.

2.: Aufbau 2

HildeK schrieb:
> ScreenShot_552_LTspice_XVII_-_Draft4.asc.png
Allerdings wieder nur mit Dioden. Es hat auch funktioniert mit der 
Spannungsteilung auf 1.65V, davon habe ich aber keine Bilder gemacht und 
es nur kurz getestet. Von dem Aufbau nur mit Dioden hänge ich 
Oszi-Bilder an.

Eingang 1 (rot): Ausgang des Triggers und GND.

Eingang 2 (gelb): Vor dem Trigger und GND.

Als nächstes werde ich den Rat von Axel R. im Beitrag #6740954 befolgen 
und die Gitarre weiter zusammenbauen, um messen zu können wir stark die 
Pegel wirklich dann sind.

[interWebz (Gast)]

Also ich kann die Idee mit einzelnen Abnehmern schon nachvollziehen.
Bei den mir bekannten Ansätzen aus dem Mischsignal der E-Gitarre eine 
vernüftige Auflösung zu bekommen geht das eher schlecht als recht.
Im Allgemeinen bekommt man da zwar als Feedback ob der Ton/Akkord 
korrekt getroffen wurde, aber dafür hätte es ja x Möglichkeiten gegeben.

Viele Spieltechniken lassen sich aus dem TonSignal nur indirekt 
ableiten, bzw. würde es immer gespielte Töne und die folgende 
Echtzeitverarbeitung vorraussetzen bis der Musiker ein Feedback bekommt. 
Aber vielleicht hat sich da auch was getan.

So ein Abnehmer-System mit einzelnen Signalen gibt schon einiges her.
z.B. den Griff korrigieren bevor der erste Ton gespielt ist --> frühe 
Korrektur

Aber die Transskription von Stücken auf die Analogie der Abnehmer hin, 
bzw. die Möglichkeiten des Systen und die Kommunikation mit dem 
"Schüler" kommt mir im ersten Gedanken nicht trivial vor.

Viel Erfolg :D

[S. W. (phan)]

interWebz schrieb:
> Also ich kann die Idee mit einzelnen Abnehmern schon nachvollziehen.
> Bei den mir bekannten Ansätzen aus dem Mischsignal der E-Gitarre eine
> vernüftige Auflösung zu bekommen geht das eher schlecht als recht.
> Im Allgemeinen bekommt man da zwar als Feedback ob der Ton/Akkord
> korrekt getroffen wurde, aber dafür hätte es ja x Möglichkeiten gegeben.

Ja genau das ist der Ansatz des Systems. Es gibt x Möglichkeiten den 
gleichen Ton zu erzeugen und selbst wenn man erkennt, dass die richtige 
Version gespielt wurde, kann man innerhalb des Bundes noch falsch 
greifen. An der Stelle möchte ich Feedback geben können, um zu sagen: 
"Die Position der Finger war nicht ideal..."

interWebz schrieb:
> Viel Erfolg :D

Danke!

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Mit 3,3V Versorgung kann man keine großen Sprünge machen. Ich würde den 
TS914 vierfach-OP vorschlagen, der läuft schon mit 2,7V und kann 
rail-to-rail:
https://www.st.com/en/amplifiers-and-comparators/ts914.html
außerdem ist er schon relativ alt und von vielen Händlern erhältlich.

[S. W. (phan)]

Christoph db1uq K. schrieb:

> Der heißt mit Operationsverstärker "Präzisionsgleichrichter" oder
> "Aktiv-Gleichrichter".
> https://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A4zisionsgleichrichter
> https://www.elektroniktutor.de/analogverstaerker/aktivglr.html
> Zwei OP, zwei Dioden und ein paar Widerstände für die Vollwellenversion.
> Danach dann jeweils ein Komparator.

Christoph db1uq K. schrieb:
> Mit 3,3V Versorgung kann man keine großen Sprünge machen. Ich würde den
> TS914 vierfach-OP vorschlagen, der läuft schon mit 2,7V und kann
> rail-to-rail:
> https://www.st.com/en/amplifiers-and-comparators/ts914.html
> außerdem ist er schon relativ alt und von vielen Händlern erhältlich.

Keine großen Sprünge? Kannst du mir auch einen Komparator empfehlen, den 
ich bestellen kann? Am besten aus De.
Dann kann ich verschiedenes ausprobieren mit dem OPV, je nachdem wie 
sich die Sachen verhalten nach Einbau.

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Ich würde auch den Komparator mit einem gewöhnlichen OP aufbauen. 
Komparatoren sind nur etwas schneller, die Flankensteilheit der Impulse 
wird größer.

Die älteren sind oft nicht für 3,3V gedacht.
Den alten LM339 vierfach-Komparator gibt es von TI als LM339LV (low 
voltage) für 1.65 V bis 5.5 V. Im DIL-Gehäuse werden die aber nicht mehr 
gefertigt, SO-14 ist das größte. Und die haben einen open-drain-Ausgang.

[Axel R. (axlr)]

aus 2005: Midi-Drumpad. Da wurde der Einschlag auch mit einem Piezo 
ausgewertet. ( Kinder, wie die Zeit vergeht)
viele Infos sind leider schon verloren...
Beitrag "Re: Midi Drumpad mit Piezo Schallwandler"

[Rainer V. (a_zip)]

interWebz schrieb:
> So ein Abnehmer-System mit einzelnen Signalen gibt schon einiges her.
> z.B. den Griff korrigieren bevor der erste Ton gespielt ist --> frühe
> Korrektur

Ich habe ja nur gefragt, weil mir das mit den Piezosensoren nicht 
bekannt ist und ich denke trotzdem, dass auch aus einem "einfachen" 
TA-Signal die gewünschten Informationen herausgeholt werden können. Es 
hat ja niemand behauptet, dass das einfach ist! Aber hier zu forschen 
und zu arbeiten, scheint mir sinnvoller, als irgendwelche Tonabnehmer 
neu zu konstruieren. Man sieht ja hier schon deutlich, was für 
Teufelchen da im Detail warten. D.h. wir haben im Prinzip noch nicht mal 
klar, ob nun eine Saite angeschlagen wurde, geschweige denn eine Info, 
ob der Schöler sauber oder schluderig oder ganz schlecht gegriffen hat. 
Nichts desto Trotz finde ich das Thema sehr interessant und werde mit 
Freude mit- und weiterlesen.
Gruß Rainer

[interWebz (Gast)]

Skeptisch bin ich auch ein wenig^^
Im Abstract steht ja nicht viel über die techn. Umsetzung, nur das sie 2 
Sensor-Gruppen/Arrays verwendet haben.

Ich denke die Hürden liegen in dem Projekt weniger in der Elektronik als 
im physik. Aufbau der Klampfen und der Integration der Sensorik.
Wenn die Piezo den Sattel bilden verändert sich beim Stimmen der Druck 
auf diese und machen vielleicht eine Rekalibrierung nötig.
Und woher weiß der Piezo in welchem Fret ich bin? Der aufgewendete Druck 
könnte in jedem Bund gleich sein.

Ich will nicht demotivieren, oder den Fehlerteufel aufzeigen.
Eher würde mich interessieren wie mit solchen Fragestellungen umgegagen 
wurde.

@Rainer Das Signal der PickUps fehlt halt spätestens wenns dann beim 
lernen eine Akustik Gitte sein soll. Diverse Lernprogramme wollen dann 
gerne den Input der Mikro haben, aber das hat wieder andere Hürden.

[Rainer V. (a_zip)]

interWebz schrieb:
> Das Signal der PickUps fehlt halt spätestens wenns dann beim
> lernen eine Akustik Gitte sein soll. Diverse Lernprogramme wollen dann
> gerne den Input der Mikro haben, aber das hat wieder andere Hürden.

Das sind natürlich schon Details, die bei den Überlegungen jetzt noch 
gar nicht zum Tragen kommen. Ich dachte halt erst mal schlicht an einen 
TA, den es nun für alles und jedes gibt. Dass bestimmte Lernprogramme da 
schon Bedingungen setzen ist mir natürlich ebenfalls nicht bekannt, ist 
aber auch erst mal egal. Übrigens habe ich wohl übersehen, dass diese 
Gitte jetzt auch "neu" gebaut werden soll. Dann wird es noch etwas 
spannender...
Gruß Rainer

[2aggressive (Gast)]

SCNR


interWebz schrieb:
> Aufbau der Klampfen und der Integration der Sensorik.
Du sprichst mir aus der Seele :D


Klar; hier wird auch_ diskutiert aus _einem Audio-Einzelsignal dessen 
Entstehung zu Orakeln, beim gewünschten Aufbau des TO gehts es aber 
möglicherweise sogar "anders herum" zu rechnen:
https://www.youtube.com/watch?v=CD4tHMrcF6E#t=120s

[HildeK (Gast)]

Rainer V. schrieb:
> Ich habe ja nur gefragt, weil mir das mit den Piezosensoren nicht
> bekannt ist und ich denke trotzdem, dass auch aus einem "einfachen"
> TA-Signal die gewünschten Informationen herausgeholt werden können.

Das geht mit Piezo schon.
Ich hab mal für einen Kontrabassspieler (o.ä.) eine kleine 
Vorverstärkerschaltung für einen Piezo-Tonabnehmer gebaut. Der klemmte 
einen der billigen, gewöhnlichen Piezoscheiben irgendwo unter einen Steg 
am Instrument - und war mit dem Ergebnis sehr zufrieden.
Gut, hier ist die mechanische Konstruktion eine andere; ich will nur 
damit sagen, das es als Tonabnehmer grundsätzlich geht.

[Rainer V. (a_zip)]

HildeK schrieb:
> ich will nur
> damit sagen, das es als Tonabnehmer grundsätzlich geht.

Ja natürlich gibt es auch Piezo-TA's, ich könnte jetzt aber nur 
mutmassen, wo deren Stärken bei welchem Instrument liegen. Und es wäre 
natürlich gut zu wissen, ob sich die Signale der verschiedenen TA's 
ausreichend ähneln. Vielleicht warten wir mal ab, was sich beim TO tut.
Gruß Rainer

[S. W. (phan)]

Guten Tag,
ich wollte nur fix noch ein Schlusswort setzen, damit der Thread nicht 
ganz so offen stehen bleibt:
Ich hatte schlussendlich einen Gleichrichter für jede Saite verbaut, und 
mit kleinen MLCCs das Signal etwas "gepuffert".
Nun die schlechte Nachricht:
Ich kann nicht sagen, wie gut oder schlecht das ganze am Ende 
funktioniert hat, da ich das Projekt abgegeben habe bevor ich Zeit dazu 
hatte, das System ausführlich zu testen und die Werte wirklich im esp32 
auszulesen.
Danke nochmal an alle die sich beteiligt haben.
Vg