Як збільшити гучність п`єзо пищалки

17.10.2014

У електроніці повсюди використовують звукові п’єзоелектричні динаміки або буззери п’єзоелектричні (piezo buzzer). У народі - пищалки або п’єзо пищалки. Вони можуть бути різних розмірів, але ідея у них однакова: використання зворотнього п’єзоефекту для генерації звуку. Такі п’єзо пищалки можуть бути з вмонтованим генератором. Досить подати на них напругу і вони будуть монотонно пищати. Але більшість з них - без генератору. Про них і піде мова. Основна проблема при використанні таких пищалок - це підвищення їх гучності. Ви повинні розуміти, що мова йде про генерацію звуку дискретним виходом у цифрових схемах, а не про підвищення потужності аналогового звукового сигналу.

Якщо підключити таку п’єзо пищалку до мікроконтролера, як показано на схемі, - гучність буде слабкою.

Насправді, щоб добитися нормальної гучності п’єзо пищалкам треба забезпечити три основні умови:

оптимальна напруга, яка подається на п’єзо пищалки (близько 20 В);
частота повинна бути близькою до резонансної. Для багатьох - в діапазоні 2500..3500 Гц;
правильно підібраний резонансний об’єм.

Доречі, про це майже ніхто не каже, хоча правильний підбір геометрії об’єму найефективніше впливає на підвищення гучності. Ви мабуть звернули увагу, що "фірмові" пищалки продаються у корпусі. Цей корпус і створює оптимальний резонансний об’єм та має оптимальний отвір для виходу звуку.

Схема підвищення напруги

Існують різні схеми підвищення напруги, яка подається на п’єзо пищалку. Я перебрав декілька з них і зупинився на тій, з якою добився найкращих результатів:

Ця схема видає однополярні імпульси, але вона досить проста і компактна. Найбільша деталь за розміром і ціною - це дросель. Працює схема наступним чином: коли відкривається транзистор, через дросель починає текти струм. Струм на дроселі не може вирости стрибком, на індуктивностях струм наростає поступово. Коли транзистор закривається, струм зменшується, а на виводі дроселя стрибком збільшується напруга. Рівень цієї напруги залежить від номіналу дроселя, вхідної напруги живлення, та інших параметрів схеми. В цій схемі задіяні такі елементи:

п’єзо пищалка - діаметром 27 мм;
дросель - RCH855NP-332K 3.3 мГн;
транзистор - польовий IRLML2402. Можна використовувати і інші транзистори, що витримують напругу 20 В і струм 100 мА;
діод - будь-який;
конденсатор - будь-який, бажано танталовий або електролітичний, увімкнутий в паралель з керамічним, загальною ємністю від 100 мФ.

Треба попіклуватися про те, щоб транзистор не відкривався сам по собі. Тому не вмикайте цю схему, коли затвор транзистора "висить у повітрі".

Частота

Для того, щоб добитися найгучнішого звуку, частота сигналу повинна співпадати з резонансною частотою пищалки. Вона зазвичай вказується у документації і для більшості п’єзо пищалок лежить у межах 2500..3500 Гц. При бажанні можна підібрати її експериментально. Якщо в приладі частота звуку повинна змінюватися в залежності від вимірюваних параметрів, частота звуку майже ніколи не попаде в резонансну. В таких випадках треба намагатися, щоб діапазон звукових частот був якомога ближче до резонансної частоти.

Резонансний об’єм

Правильний вибір акустичного об’єму - це найважливіша річ, про яку чогось майже ніколи не пишуть. Що це таке і навіщо він потрібен? Всі ви коли-небудь бачили гітару. Я маю на увазі акустичну гітару. У неї теж є коробка, яка підсилює звук. Якщо її прибрати і залишити лише гриф зі струнами звук буде в рази тихішим. Аналогічний об’єм потребує і наша пищалка. Зазвичай, пищалку монтують у корпус прибору, тому елементи корпусу і будуть формувати потрібний об’єм. Я реалізував його за допомогою кільця, яке вклеюється всередині корпусу. На фото кільця надруковані на 3D принтері. Ви можете виготовити його з будь-якого міцного матеріалу - пластику, деревини, тощо. Звук виходить через отвір у корпусі. Розміри кільця і отвору:

Діаметр кільця - приблизно 28мм Висота кільця - 2.6мм Діаметр вихідного отвору - 5мм.

Зверніть увагу, якою стороною вклеєна пищалка. Для того, щоб вивести дроти у кільці зроблений спеціальний паз. Простіше було б вклеювати пищалку щоб обидва дроти виходили зверху. Так раніше і робив. Але виявилося, що при такому положенні звук значно гучніший.

Успіхів.

P.S. Розміри внутрішніх об`ємів різних пищалок:

Розмір, мм	Висота, мм	Вихідний отвір, мм
25	2,5	5
32	2,5	4
11,5	3	2
15x15	1	2шт. 2x1

Корисно знати Схеми і прошивки

Коментарі:

Reboot_s говорить:

22.10.2014 14:56

Не хочу бути "граммар-наці", але "пищавка", то занадто :-) По словнику Грінченка пищавка - це сопілка, а штука що свистить буде ймовірніше "пищало". Але в даному випадку думаю просто пищалка доречніше, українською буде читатитсь через "и", а російською через "і". 
І щодо кільця - є якесь співвідношення між діаметром пьезоелементу і товшиною кільця?

andre говорить:

22.10.2014 19:35

Мені взагалі це слово не подобається ні пищалка ні пищавка ні пискавка чи пискалка. Це технічно не вірний термін. Але я розумію, якщо це назвати правильно, мало хто зрозуміє про що взагалі йдеться :). Тому я дослухався вашої поради і виправив на "пищалку". Щодо розміру кільця,  я не знайшов жодних рекомендацій, і діяв методом простого підбору.
Щодо пропорцій нічого сказати не можу. АЛЕ, в мене є декілька різних пищалок у фабричних корпусах. Зараз знайду і виміряю їх…

andre говорить:

22.10.2014 22:44

Доповнив статтю розмірами внутрішніх об’ємів різних пищалок.

Евгений говорить:

25.04.2021 23:20

Вот нахрена говорить по русски в видео а сайт писать на украинской мове ?

andre говорить:

26.04.2021 16:10

Вверху есть ссылка на русскую версию: https://blog.avislab.com/piezo-buzzer_ru/

D говорить:

03.11.2022 21:36

Хочу знайти схему тонального ряду із тихішої пищалки "пілі-лім".
Допоможіть, із інформацією на є-меіл, будь ласка.

Як збільшити гучність п`єзо пищалки

Схема підвищення напруги

Частота

Резонансний об’єм

Категорії

Недавні записи

Tags

Архіви