Buzzery та джерела звуку, що використовуються в електронних пристроях

Звукові сигнали, що генеруються різними пристроями, ні для кого не є чимось незнайомим. Гудок мобільного телефону, сигнал завершення роботи мікрохвильової печі чи ненависний усіма ранковий будильник — прикладів можна наводити без кінця. Деяких із вас, мабуть, цікавить, які компоненти відповідають за генерацію цих звуків. Як вони працюють? Яка їхня суть? І нарешті, який звуковий елемент слід вибрати для власного проєкту? Якщо ви шукаєте відповіді на ці запитання, ви потрапили за адресою. У сьогоднішній статті ми хотіли б ближче познайомити вас із темою звукових елементів, які використовуються в електроніці. Ми докладно розглянемо характеристики окремих типів цих компонентів, а також обговоримо приклади їх застосування.

Чому важливо використовувати звукові сигнали?

З першого погляду може здатися, що звуки, які видають пристрої, зайві, а іноді навіть дратують. Однак це зовсім не так — звукові сигнали виконують важливі функції як інформаційного, так і попереджувального характеру. Одним із основних завдань звукових сигналізаторів є привернення уваги користувача або інформування його про якусь важливу подію. Використання звукового сигналу для цього найкраще, оскільки він чутний на відстані — людина не повинна активно користуватися пристроєм, щоб його почути. Звукові ефекти також є невід’ємним елементом деяких типів інтерфейсів, особливо тих, що позбавлені фізичних кнопок — прикладом можуть бути сенсорні дисплеї. Звуки впливають на більшу кількість органів чуття користувача й одночасно підвищують інтуїтивність користування.

Які типи звукових елементів ми маємо на вибір?

Джерела звуку, що застосовуються в електроніці, можна поділити за принципом роботи, напругою живлення, гучністю й частотою створюваного звуку, а також типом і розміром корпусу. Нижче ми подаємо підсумок найчастіше використовуваних типів звукових елементів, щоб допомогти вам обрати відповідний.

Електромагнітні бузери

Ці компоненти є одними з найпростіших звукових перетворювачів. Хоч вони бувають у різних формах і видах, їхній принцип роботи однаковий. Основним елементом конструкції є механічна система, що складається з котушки та постійного магніту. Подавання змінного струму на котушку призводить до виникнення коливань, які сприймаються як звук. Для типових електромагнітних бузерів, що застосовуються в електроніці, частота створюваного тону становить від кількасот Герц до кількох кілогерц. Компоненти такого типу зазвичай мають невеликий корпус циліндричної або прямокутної форми, призначений для монтажу на друкованій платі. Також зустрічаються звукові сигналізатори для встановлення в панель або корпус.

Бузери з генератором — як вони працюють?

Найпростіший у застосуванні звуковий сигналістор — так званий бузер (англ. "buzzer") з власним генератором сигналу. Достатньо подати напругу, і ви отримуєте звук — більше нічого не потрібно робити. Проте ми не маємо контролю над звучанням такого сигналізатора. Він здатний створити один тон із певною частотою, що для більшості простих застосувань є цілком достатнім. Наприклад, короткий звук бузера може супроводжувати дотик користувача до кнопки на сенсорному екрані. Якщо ж потрібно передати користувачу конкретну інформацію, можна використати певну послідовність звуків. Розглянемо приклад — запропонований нами бузер із генератором GMD-12065YB є одним із найпоширеніших типів. Має циліндричний корпус з наскрізним монтажем і живиться від постійної напруги 5 В. Незважаючи на низьке споживання струму, що складає всього 30 мА, він здатен створити звук гучністю 85 дБ. Завдяки цьому його легко почути навіть у шумному цеху. Широкий діапазон робочих температур робить його хорошим вибором для більш вимогливих застосувань, а захисна наклейка оберігає тонку мембрану під час монтажу та чищення плати. У таблиці нижче наведені ключові параметри бузера GMD-12065YB:

Позначення	GMD-12065YB
Тип	Електромагнітний бузер із генератором
Розміри	⌀12.0мм × 6.5мм
Номінальна напруга	5В DC
Номінальний струм	30мА
Частота звуку	2.7кГц
Рівень звукового тиску (SPL)	85дБ
Температура експлуатації	-20÷70°C
Температура зберігання	-30÷80°C

Бузери без генератора

Як випливає з назви, ці компоненти позбавлені генератора сигналу — їхні вхідні контакти підключені безпосередньо до обмоток котушки. Це дає повний контроль над звучанням бузера — можна отримати тон будь-якої форми та частоти. Однак це ускладнює схему, яку треба застосувати для генерації сигналу. Зазвичай для цього використовують мікроконтролер із спеціальним цифро-аналоговим перетворювачем (DAC), рідше — осцилятори чи інші аналогові схеми. Можливість генерації модуляційного звукового сигналу, багатотону або мелодії значно розширює сфери застосування простого бузера. Наприклад, його можна використовувати в дзвінках до дверей або телефонних трубках. Варто пам’ятати про обмежений діапазон частот, які він може обробляти. Найкраще звучать тони, близькі до природної резонансної частоти бузера, решта можуть бути занадто тихими. Цікавий приклад звукового сигналізатора без генератора — наш бузер GSC-9032RB, з резонансною частотою 2700 Гц та SMD монтажем. Перше, що кидається в очі — його характерна форма із отвором збоку корпусу, що дозволяє легко спрямувати звук у потрібному напрямку. Також варто відзначити робочу напругу лише 3 В, що дозволяє легко інтегрувати його з низьковольтною логікою пристрою. Інші параметри наведено в таблиці нижче:

Позначення	GSC-9032RB
Тип	Електромагнітний бузер без генератора
Розміри	⌀9.0мм × 3.2мм
Номінальна напруга	3В DC
Номінальний струм	80мА
Резонансна частота	2.7кГц
Рівень звукового тиску (SPL)	85дБ
Температура експлуатації	-20÷80°C

П’єзоелектричні сигналізатори

Ці перетворювачі найчастіше представляють собою металевий диск, покритий тонким шаром п’єзоелектричного матеріалу. Під впливом струму матеріал деформується, спричиняючи вигин пластини, внаслідок чого виникає звук. Щоб отримати належну гучність, перетворювач потрібно кріпити у спеціально сформованій камері або вирізі корпусу. П’єзоелектричні сигналізатори зазвичай працюють при дещо вищій напрузі, ніж їхні електромагнітні аналоги. Вищі також частоти звуку, які вони можуть генерувати — аж до ультразвукових. Подібно до інших типів бузерів, існують варіанти як із вбудованим генератором, так і без нього. П’єзоелектричні перетворювачі найчастіше застосовують як джерела звуку в пристроях, таких як цифрові годинники, секундоміри і будильники. Їх також можна знайти в сигналах тривоги та ультразвукових датчиках відстані. Через діапазон частот вони застосовуються також у деяких багатодоріжкових гучномовцях як високочастотні динаміки.

Відтворення мови та музики

Чи траплялося вам, щоб каса самообслуговування в магазині розмовляла з вами? Відтворення мови — одне з більш складних завдань для звукових компонентів. Не дивно, що звичайні бузери не здатні цього забезпечити. Для цього чудово підходять широкосмугові гучномовці, які мають значно ширший діапазон частот. Найбільше інформації, що визначає зрозумілість людської мови, міститься у частотному діапазоні від 500 Гц до 4 кГц. Для того, щоб звучання було природним і чітким, необхідно покрити значно ширший діапазон — близько 100 Гц — 17 кГц, який охоплює більшість звукового діапазону людини. Важливим є також рівномірне частотне посилання у всьому діапазоні — це забезпечує чистий звук без спотворень. Якщо для вас особливо важлива якість, рекомендується використовувати резонансну камеру — спеціально сконструйований корпус динаміка, що дозволяє збільшити ефективність і покращити відтворення низьких тонів. Використання широкосмугового динаміка має багато переваг. Можливість відтворення музики чи інтеграції з голосовим асистентом — лише деякі з них. Крім того, завдяки високій якості й природному звучанню звукових ефектів, ми можемо справити особливе враження на користувача. Проте керування таким динаміком буває вимогливим — часто необхідно використовувати спеціальний аудіопідсилювач. Проєктування корпусів гучномовців також вимагає знань з акустичної інженерії.

Довіртеся нашим фахівцям!

Компанія InterElcom має багаторічний досвід у дистрибуції електронних компонентів, а також у проєктуванні пристроїв для різних галузей промисловості. Працюючи з нами над вашим проєктом, ви можете бути впевнені у підборі найкращих компонентів і технологій. Наша кваліфікована команда також забезпечить професійну консультацію та підтримку протягом усього співробітництва. Запрошуємо зв’язатися з нами та скористатися безкоштовним проєктним кошторисом. А тих, хто зацікавлений у нашому широкому асортименті електронних компонентів, запрошуємо ознайомитися з каталогом продукції — у ньому ви без сумніву знайдете те, що треба.