Buzzery oraz źródła dźwięku stosowane w urządzeniach elektronicznych

Sygnały dźwiękowe wytwarzane przez rozmaite urządzenia nie są nikomu obce. Dzwonek telefonu komórkowego, sygnał zakończenia pracy kuchenki mikrofalowej, czy też znienawidzony przez wszystkich poranny budzik - ich przykłady można zliczać bez końca. Niektórych z Was interesuje zapewne, jakie komponenty odpowiadają za generowanie tych dźwięków. W jaki sposób działają? Jaka kryje się za nimi istota? I wreszcie, jaki element dźwiękowy powinienem dobrać do swojego projektu? Jeśli interesują Was odpowiedzi na te pytania, trafiliście w odpowiednie miejsce. W dzisiejszym artykule chcielibyśmy przybliżyć Wam tematykę elementów dźwiękowych stosowanych w elektronice. Przedstawimy szczegółowo cechy poszczególnych rodzajów tych komponentów, a także omówimy przykładowe zastosowania.

Dlaczego istotne jest stosowanie sygnalizatorów dźwiękowych?

Z pozoru może wydawać się, że odgłosy wydawane przez urządzenia są zbędne, a niekiedy nawet irytujące. Nie jest to jednak nic bardziej mylnego - sygnały dźwiękowe pełnią ważne funkcje, zarówno o charakterze informacyjnym, jak i ostrzegawczym. Jednym z głównych zadań sygnalizatorów jest zwrócenie uwagi użytkownika lub poinformowanie go o jakimś istotnym zdarzeniu. Wykorzystanie w tym celu sygnału dźwiękowego jest najlepszym rozwiązaniem, ponieważ jest on słyszany z daleka - dana osoba nie musi aktywnie korzystać z urządzenia, aby go usłyszeć. Efekty dźwiękowe są również nieodłącznym elementem niektórych typów interfejsów, zwłaszcza tych pozbawionych fizycznych przycisków - przykładem mogą być wyświetlacze dotykowe. Dzięki dźwiękom oddziałujemy na większą ilość zmysłów użytkownika, a zarazem zwiększamy intuicyjność obsługi.

Jakie rodzaje elementów dźwiękowych mamy do wyboru?

Źródła dźwięku stosowane w elektronice podzielić można ze względu na sposób działania, napięcie zasilania, głośność i częstotliwość wytwarzanego dźwięku, a także typ i rozmiar obudowy. Poniżej przedstawiamy podsumowanie najczęściej stosowanych typów elementów dźwiękowych, które pomoże Ci wybrać odpowiedni z nich.

Buzzery elektromagnetyczne

Komponenty te należą do jednych z najprostszych przetworników dźwięku. Choć występują w różnych formach i postaciach, ich zasada działania jest taka sama. Głównym elementem ich budowy jest układ mechaniczny złożony z cewki oraz magnesu stałego. Doprowadzenie prądu zmiennego do cewki powoduje wygenerowanie drgań, które słyszane są jako dźwięk. W przypadku typowych buzzerów elektromagnetycznych stosowanych w elektronice częstotliwość wytwarzanego tonu wynosi od kilkuset Hz do kilku kHz. Elementy tego typu zazwyczaj posiadają niewielką, cylindryczną lub prostopadłościenną obudowę przeznaczoną do montażu na PCB. Spotyka się również sygnalizatory dźwiękowe przeznaczone do montażu w panelu lub obudowie.

Buzzery z generatorem - jak działają?

Najprostszym w implementacji sygnalizatorem dźwiękowym jest tzw. buzzer (z ang. "brzęczyk") wyposażony we własny generator sygnału. Wystarczy doprowadzić napięcie i otrzymujemy dźwięk - o nic więcej nie musimy się martwić. Nie mamy jednak kontroli nad brzmieniem takiego sygnalizatora. Jest on w stanie wygenerować pojedynczy ton o określonej częstotliwości, co dla większości prostych zastosowań jest w zupełności wystarczające. Przykładowo, krótki dźwięk buzzera może towarzyszyć dotknięciu przez użytkownika przycisku na ekranie dotykowym. Jeżeli natomiast chcemy przekazać użytkownikowi jakąś konkretną informację, możemy wykorzystać określoną sekwencję dźwięków. Przyjrzyjmy się przykładowi - oferowany przez nas buzzer z generatorem GMD-12065YB należy do jednych z najczęściej spotykanych typów. Posiada cylindryczną obudowę o montażu przewlekanym oraz jest zasilany napięciem stałym o wartości 5V. Pomimo niewielkiego poboru prądu, które wynosi jedynie 30mA jest on w stanie wygenerować dźwięk o głośności 85dB. Dzięki temu bez problemu usłyszymy go nawet w głośnym środowisku hali produkcyjnej. Szeroki zakres temperatur pracy czyni go dobrym wyborem w bardziej wymagających zastosowaniach, natomiast naklejka zabezpieczająca chroni delikatną membranę w trakcie montażu oraz czyszczenia płytki PCB. W poniższej tabeli prezentujemy najistotniejsze parametry buzzera GMD-12065YB:

Symbol	GMD-12065YB
Typ	Buzzer elektromagnetyczny z generatorem
Wymiary	⌀12.0mm × 6.5mm
Napięcie znamionowe	5V DC
Prąd znamionowy	30mA
Częstotliwość dźwięku	2.7kHz
Poziom ciśnienia akustycznego (SPL)	85dB
Temperatura pracy	-20÷70°C
Temperatura przechowywania	-30÷80°C

Buzzery bez generatora

Jak sama nazwa wskazuje, komponenty te pozbawione są generatora sygnału - ich piny wejściowe doprowadzone są bezpośrednio do uzwojeń cewki. Dzięki temu mamy pełną kontrolę nad brzmieniem buzzera - możemy uzyskać ton o dowolnym przebiegu oraz częstotliwości. Dzieje się to jednak kosztem nieznacznego zwiększenia złożoności układu, którego zadaniem jest wygenerowanie odpowiedniego sygnału. Najczęściej wykorzystuje się w tym celu mikrokontroler z dedykowanym przetwornikiem cyfrowo-analogowym (DAC), rzadziej oscylatory lub innego typu obwody analogowe. Możliwość wygenerowania modulowanego sygnału dźwiękowego, wielotonu lub melodii znacznie rozszerza zakres możliwości wykorzystania prostego buzzera. Przykładowo, można użyć go wówczas w dzwonku do drzwi lub słuchawce telefonu. Należy jednak mieć na uwadze zakres przetwarzanych częstotliwości, który w tym przypadku jest dość ograniczony. Najlepiej słyszalne będą tony zbliżone do naturalnej częstotliwości rezonansowej buzzera, inne z kolei mogą być zbyt ciche. Interesującym przykładem sygnalizatora dźwiękowego bez generatora jest oferowany przez nas buzzer GSC-9032RB, o częstotliwości rezonansowej 2700Hz oraz montażu SMD. Pierwsze, co rzuca się w oczy to jego charakterystyczny kształt - jego wylot umieszczony jest z boku obudowy. Pozwala to na łatwe skierowanie dźwięku w pożądanym kierunku. Na uwagę zasługuje także napięcie pracy, które wynosi jedynie 3V - dzięki temu można go łatwo zintegrować z logiką niskonapięciową urządzenia. Pozostałe parametry przedstawiamy w poniższej tabeli:

Symbol	GSC-9032RB
Typ	Buzzer elektromagnetyczny bez generatora
Wymiary	⌀9.0mm × 3.2mm
Napięcie znamionowe	3V DC
Prąd znamionowy	80mA
Częstotliwość rezonansowa	2.7kHz
Poziom ciśnienia akustycznego (SPL)	85dB
Temperatura pracy	-20÷80°C

Sygnalizatory piezoelektryczne

Przetworniki tego typu mają najczęściej postać metalowego dysku pokrytego cienką warstwą materiału piezoelektrycznego. Pod wpływem prądu materiał ten deformuje się, powodując uginanie się blaszki, dzięki któremu otrzymujemy dźwięk. Aby uzyskać odpowiednio wysoką intensywność dźwięku, przetwornik musi być zamocowany w specjalnie ukształtowanej komorze lub wycięciu obudowy. Sygnalizatory piezoelektryczne operują zazwyczaj na nieco wyższym zakresie napięć niż ich elektromagnetyczne odpowiedniki. Wyższe są również częstotliwości dźwięku, które są w stanie wygenerować - sięgają one nawet ultradźwięków. Podobnie jak w przypadku innych typów buzzerów, mamy do dyspozycji wersje zarówno z wbudowanym generatorem, jak i bez niego. Przetworniki piezoelektryczne stosowane są przede wszystkim jako źródła dźwięku w urządzeniach takich jak cyfrowe zegarki, stopery i budziki. Znajdziemy je również w syrenach alarmowych oraz w ultradźwiękowych czujnikach odległości. Ze względu na zakres przetwarzanych częstotliwości spotkać je można także w niektórych wielodrożnych zespołach głośnikowych, gdzie pełnią funkcję głośnika wysokotonowego.

Odtwarzanie mowy oraz muzyki

Czy zdarzyło Ci się, aby kasa samoobsługowa w sklepie mówiła do Ciebie? Reprodukcja mowy należy do jednych z bardziej zaawansowanych zadań, do których wykorzystuje się komponenty dźwiękowe. Nie powinien być zaskakującym fakt, że zwyczajne buzzery nie są wystarczające do tego zadania. Doskonale sprawdzają się za to głośniki szerokopasmowe, których zakres przetwarzanych częstotliwości jest zdecydowanie większy. Najwięcej informacji odpowiedzialnych za zrozumiałość ludzkiej mowy zawartych jest w przedziale częstotliwości od 500Hz do 4kHz. Aby jej brzmienie było naturalne i wyraźne, konieczne jest jednak pokrycie znacznie szerszego zakresu. Docelowo wynosi on ok. 100Hz - 17kHz, a zatem obejmuje większość zakresu słyszalności człowieka. Istotne jest także wyrównane pasmo przenoszenia w całym zakresie częstotliwości - dzięki niemu odtwarzany dźwięk jest czysty i pozbawiony zniekształceń. Jeżeli natomiast jakość dźwięku jest dla nas szczególnie istotna, wskazane jest wykorzystanie komory rezonansowej. Jest to specjalnie skonstruowana obudowa głośnika, pozwalająca min. na zwiększenie jego wydajności oraz poprawę reprodukcji niskich tonów. Zastosowanie głośnika szerokopasmowego niesie ze sobą liczne zalety. Możliwość odtwarzania muzyki, czy też integracji z asystentem głosowym to tylko niektóre z nich. Ponadto, dzięki wysokiej jakości oraz naturalnie brzmiącym efektom dźwiękowym jesteśmy w stanie wywrzeć na użytkowniku szczególne wrażenie. Wysterowanie głośnika bywa jednak dość wymagające - najczęściej konieczne jest zastosowanie w tym celu dedykowanego układu wzmacniacza audio. Projektowanie obudów głośnikowych wymaga także wiedzy z dziedziny inżynierii akustycznej.

Zdaj się na naszych specjalistów!

Firma InterElcom posiada wieloletnie doświadczenie w dystrybucji komponentów elektronicznych, a także projektowaniu urządzeń dla różnych sektorów przemysłu. Realizując z nami swój projekt możesz mieć pewność doboru najlepszych komponentów i technologii. Nasza wykwalifikowana kadra zapewni Ci także fachowe doradztwo i wsparcie przez cały okres współpracy. Zachęcamy do kontaktu oraz skorzystania z darmowej wyceny projektu. Z kolei osoby zainteresowane naszą bogatą ofertą komponentów elektronicznych zapraszamy do zapoznania się z katalogiem produktów - z pewnością znajdziecie tam to, czego potrzebujecie.