Buzzery и звуковые источники, используемые в электронных устройствах

Звуковые сигналы, создаваемые различными устройствами, никому не чужды. Звонок мобильного телефона, сигнал окончания работы микроволновой печи или всеми так ненавистный утренний будильник — примеров можно приводить бесконечно. Некоторых из вас, вероятно, интересует, какие компоненты отвечают за генерацию этих звуков. Как они работают? В чем их суть? И, наконец, какой звуковой элемент следует выбрать для своего проекта? Если вас интересуют ответы на эти вопросы, вы попали в нужное место. В сегодняшней статье мы хотели бы подробнее рассмотреть тему звуковых элементов, используемых в электронике. Мы подробно представим характеристики различных типов этих компонентов, а также обсудим примеры использования.

Почему важно использовать звуковые сигнализаторы?

На первый взгляд может показаться, что звуки, издаваемые устройствами, излишни и иногда даже раздражают. Однако это далеко не так — звуковые сигналы выполняют важные функции как информативного, так и предупредительного характера. Одной из главных задач сигнализаторов является привлечение внимания пользователя или информирование его о каком-либо важном событии. Использование для этого звукового сигнала — наилучшее решение, поскольку он слышен издалека — человеку не нужно активно взаимодействовать с устройством, чтобы услышать его. Звуковые эффекты также являются неотъемлемой частью некоторых типов интерфейсов, особенно тех, что лишены физических кнопок — примером могут служить сенсорные дисплеи. Благодаря звукам мы воздействуем на большее количество чувств пользователя и при этом повышаем интуитивность управления.

Какие типы звуковых элементов доступны?

Звуковые источники, используемые в электронике, можно классифицировать по принципу действия, рабочему напряжению, громкости, частоте издаваемого звука, а также по типу и размеру корпуса. Ниже приводится обзор наиболее часто используемых типов звуковых элементов, который поможет вам выбрать подходящий.

Электромагнитные пищалки

Эти компоненты относятся к одним из самых простых звуковых преобразователей. Хотя они бывают различных форм и видов, принцип их работы одинаков. Основным элементом конструкции является механический узел, состоящий из катушки и постоянного магнита. Подача переменного тока на катушку вызывает вибрации, воспринимаемые как звук. Для типичных электромагнитных пищалок, используемых в электронике, частота издаваемого тона составляет от нескольких сотен Гц до нескольких кГц. Чаще всего такие элементы имеют небольшой цилиндрический или прямоугольный корпус, предназначенный для монтажа на печатной плате. Также встречаются звуковые сигнализаторы для установки на панели или в корпусе.

Пищалки с генератором — как они работают?

Самым простым в использовании звуковым сигнализатором является так называемый пищалка (англ. "buzzer") с собственным генератором сигнала. Достаточно подать напряжение, и мы получаем звук — нам не нужно заботиться ни о чем другом. Однако мы не можем управлять звучанием такого сигнализатора. Он способен генерировать один тон определенной частоты, что для большинства простых применений вполне достаточно. Например, короткий звук пищалки может сопровождать нажатие пользователем кнопки на сенсорном экране. Если же мы хотим передать пользователю какую-то конкретную информацию, мы можем использовать определенную последовательность звуков. Рассмотрим пример — предлагаемая нами пищалка с генератором GMD-12065YB является одним из самых распространенных типов. Она имеет цилиндрический корпус с выводами для пайки через отверстия и питается постоянным напряжением 5 В. Несмотря на малое потребление тока — всего 30 мА, она способна издавать звук громкостью 85 дБ. Благодаря этому сигнализатор легко услышать даже в шумной обстановке производственного цеха. Широкий температурный диапазон работы делает её хорошим выбором для более требовательных применений, а защитная наклейка охраняет хрупкую мембрану во время монтажа и чистки печатной платы. В таблице ниже приведены основные параметры пищалки GMD-12065YB:

Обозначение	GMD-12065YB
Тип	Электромагнитная пищалка с генератором
Размеры	⌀12.0мм × 6.5мм
Номинальное напряжение	5 В постоянного тока
Номинальный ток	30 мА
Частота звука	2.7 кГц
Уровень звукового давления (SPL)	85 дБ
Температура эксплуатации	-20÷70°C
Температура хранения	-30÷80°C

Пищалки без генератора

Как следует из названия, эти компоненты не имеют встроенного генератора сигнала — их входные выводы напрямую подключены к обмоткам катушки. Благодаря этому мы полностью контролируем звучание пищалки — можем получить тон с любой формой и частотой. Однако это требует некоторого усложнения схемы, задача которой — сгенерировать соответствующий сигнал. Чаще всего для этого используют микроконтроллер с выделенным цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), реже — генераторы или другие аналоговые цепи. Возможность генерации модулированного звукового сигнала, многотона или мелодии значительно расширяет сферу применения простой пищалки. Например, её можно использовать в дверном звонке или телефонной трубке. Следует учитывать ограниченный диапазон обрабатываемых частот. Наилучшее звучание будет у тонов, близких к естественной резонансной частоте пищалки, остальные могут быть слишком тихими. Интересным примером звукового сигнализатора без генератора является предлагаемая нами пищалка GSC-9032RB с резонансной частотой 2700 Гц и SMD монтажом. Первое, что бросается в глаза, — характерная форма и расположение выхода звука сбоку корпуса. Это позволяет направить звук в нужном направлении. Также заслуживает внимания низкое рабочее напряжение — всего 3 В, что облегчает интеграцию с низковольтной логикой устройства. Остальные параметры представлены в таблице ниже:

Обозначение	GSC-9032RB
Тип	Электромагнитная пищалка без генератора
Размеры	⌀9.0 мм × 3.2 мм
Номинальное напряжение	3 В постоянного тока
Номинальный ток	80 мА
Резонансная частота	2.7 кГц
Уровень звукового давления (SPL)	85 дБ
Температура эксплуатации	-20÷80°C

Пьезоэлектрические сигнализаторы

Эти преобразователи обычно представляют собой металлический диск, покрытый тонким слоем пьезоэлектрического материала. Под воздействием электрического тока материал деформируется, вызывая изгиб пластины, что приводит к звуку. Для достижения высокой интенсивности звука преобразователь должен быть установлен в специально сформированной камере или вырезе корпуса. Пьезоэлектрические сигнализаторы обычно работают при несколько более высоких напряжениях, чем их электромагнитные аналоги. Также выше частоты звука, которые они способны излучать — вплоть до ультразвука. Как и другие типы пищалок, доступны варианты как с встроенным генератором, так и без него. Пьезоэлектрические преобразователи применяются в первую очередь как источники звука в таких устройствах, как цифровые часы, секундомеры и будильники. Их также можно найти в сиренах тревоги и ультразвуковых датчиках расстояния. Благодаря диапазону воспроизводимых частот они также используются в некоторых многоярусных акустических системах в роли высокочастотных динамиков.

Воспроизведение речи и музыки

Случалось ли вам, чтобы самообслуживающая касса в магазине говорила с вами? Воспроизведение речи относится к наиболее сложным задачам, в которых используются звуковые компоненты. Не удивительно, что обычные пищалки для этой цели не подходят. Для таких задач отлично подходят полносегментные динамики с гораздо более широким диапазоном воспроизводимых частот. Наибольшее количество информации, важной для понимания человеческой речи, содержится в частотном диапазоне от 500 Гц до 4 кГц. Чтобы звук звучал естественно и ясно, необходимо покрывать гораздо более широкий диапазон. Целевой диапазон составляет примерно 100 Гц — 17 кГц, что охватывает большую часть слышимого человеку спектра. Важна также равномерная полосовая характеристика во всем частотном диапазоне — она обеспечивает чистый звук без искажений. Если качество звука особенно важно, рекомендуется использовать резонансную камеру. Это специально сконструированный корпус динамика, позволяющий, среди прочего, повысить его эффективность и улучшить воспроизведение низких частот. Использование полносегментных динамиков имеет множество преимуществ. Возможность воспроизведения музыки или интеграции с голосовым помощником — лишь некоторые из них. Кроме того, благодаря высокому качеству и естественному звучанию звуковых эффектов можно произвести особое впечатление на пользователя. Однако управление динамиком нередко требует специальных мер — чаще всего необходимо использовать выделенный усилитель мощности аудиосигнала. Проектирование акустических корпусов также требует знаний в области акустической инженерии.

Доверьтесь нашим специалистам!

Компания InterElcom обладает многолетним опытом в дистрибуции электронных компонентов, а также в проектировании устройств для различных отраслей промышленности. Работая с нами над своим проектом, вы можете быть уверены в подборе лучших компонентов и технологий. Наша квалифицированная команда обеспечит вам профессиональные консультации и поддержку на протяжении всего сотрудничества. Мы приглашаем вас связаться с нами и воспользоваться бесплатной оценкой проекта. А тех, кто заинтересован в нашем широком ассортименте электронных компонентов, приглашаем ознакомиться с каталогом продукции — вы обязательно найдете там то, что ищете.