Der Piezo ist ein aktives elektrisches Bauelement, seine elektrisch / physikalischen Eigenschaften sind u.a. bei Wikipedia ausführlich beschrieben.

Die in E-Drums verwendeten Piezos sind eigentlich zweckentfremdet, konstruiert wurden sie als Membranscheiben für Schallgeber und Lautsprecher. Aber sie eignen sich in dieser Form auch für den Einsatz als Analog-Detektoren für mechanische Impulse, z.B. in Trommeln.

Es ist wichtig zu Wissen, dass ein Piezoelement elektrisch sowie mechanisch gepolt ist.
Nicht alle Piezos sind gleichsinnig gepolt, die Seitigkeit der Polung entsteht rein zufällig während des Produktionsprozesses (als Schallgeber ist es egal, welche Polung die Anschlüsse haben), die Lage oder die Farben der Anschlusslitzen haben in diesem Zusammenhang keine Bedeutung. Rot ist immer die Anschlusslitze auf der Piezo-Keramik, Schwarz ist die Verbindung zur Trägerscheibe. Die tatsächliche Polung des elektrischen Ausgangsimpulses ist Abhängig von der zufälligen Polarisierung der Keramikscheibe und andererseits von der Wirkrichtung der mechanischen Kraft, die auf den Piezo einwirkt. Der Head-Piezo arbeitet als Schlagimpuls-Sensor, der Rim-Piezo hingegen als Detektor für Körperschallschwingungen.

Der Head-Trigger wird mit einem 27mm Piezo und einem Schaumstoffkegel als Kraftvermitttler und Dämpfer gebildet, die miteinander verklebt werden. Der Kegel kann vollflächig auf die obenliegende Keramikseite mittels Klebefolie verbunden werden. Auf der Unterseite wird die Trägerscheibe des Piezo mittels zentrisch aufgeklebten Klebepunkt von 20 mm mit der Basis (Entkopplerkissen, entkoppelter Triggertisch) verbunden.
Bei einem Schlagimpuls von oben auf die „Kegelspitze“ wird die wirkende Kraft kegelförmig verteilt und auf den äußeren Rand des Piezoelementes geleitet. Nun entsteht ein Biegemoment um den Durchmesser-Ring der Keramikscheibe, da ja von unten, der mit der Basisverbundene 20 mm Klebepunkt, dagegen drückt. Dies erzeugt innerhalb der Piezo-Keramik eine Zugspannung, welche bewirkt, dass sich am negativen Pol der Keramik ein Elektronenüberschuss / Ladung ergibt, die als Ladungsimpuls abgegriffen werden kann.
Das elektrische Maß des Impulses ist abhängig von der mechanischen Wirkkraft und liegt etwa zwischen 0,001 und 40 Volt. Die Impulsform ist sinusförmig abklingend (Impulswurzel). Die Impulsdauer liegt zwischen 3 und 20 Millisekunden und ist abhängig von der Wirkdauer des mechanischen Impulses (Schlag, Reibungswiderstand, Reflexion). Der Head-Triggerkopf (Triggerkegel) detektiert so Schläge auf das Trommelfell (Meshhead) vom Rand bis zur Mitte (sofern zentrisch platziert). Hier ist die empfindlichste Stelle des Systems, ein direkter Schlag auf die „Kegelspitze“ überträgt die maximal mögliche Wirkkraft auf den Piezo – der sogenannte „Hotspot“ wird ausgelöst. Wenn man den „Hotspot“ mechanisch oder elektrisch dämpft, schränkt man den Dynamikbereich erheblich ein.

Der Rim-Piezo nimmt bei Schlägen auf den Trommelrand die dadurch ausgelösten Körperschallschwingungen auf und gibt diese analog als elektrisches, sinusförmiges Signal wieder aus (also wechselnde Polung an den Piezoanschlüssen). Hier muss man also beim Anschluss auf keine bestimmte Polung achten.
Damit der Rim-Piezo (35mm) die mechanischen Körperschallschwingungen optimal aufnehmen kann, wird er mittels eines 25mm Klebepunktes als Kontaktvermittler mit der Masse des Triggersystems verbunden. Für die exakte Weiterverarbeitung des Schwingungssignales im Drum-Modul ist es wichtig, dass der Rim-Piezo möglichst nahe dem Zentrum des Systems befestigt wird (es geht dabei um Laufzeitunterschiede im Nanosekunden-Bereich).

Hinweis: Nahezu alle im Netz verfügbaren elektrischen Anschlusspläne für Piezos in der Anwendung als Drum-Trigger sind falsch oder unvollständig, entsprechen nicht der tatsächlichen Funktion und Wirkung der verwendeten Piezoelemente.

Tipp: Beim Einkauf von Piezos für die Headtriggerung, sollte man vom Lieferanten die Angabe der tatsächlichen Polung verlangen (Achtung: Rot = Plus und Schwarz = Minus stimmt ja nicht unbedingt ! ). Bei R-Drums werden alle 27mm Piezos ausgemessen (das geht nur mit einem Oszilloskop) und der Anschluss mit der negativen Polung mit einer weißen Markierung versehen (gültig für die übliche Anwendung, Piezokeramikschicht oben, mechanischer Schlagimpuls von oben in Richtung auf die Piezokeramik).

Author: Till Rathgeber