蜂鳴器的工作原理2

認識蜂鳴器:從工作原理開始

蜂鳴器是一種常見的發聲元件,廣泛應用在家電、電子產品、警示設備、儀器面板等產品中

用來提供提示音、警告音或操作回饋聲。依照發聲原理不同,蜂鳴器大致可分為兩種類型:壓電式蜂鳴器電磁式蜂鳴器

本文首先介紹壓電式蜂鳴器

壓電式蜂鳴器的核心元件是陶瓷壓電片。這類元件本身需要交流訊號驅動,才能產生連續振動並發出聲音。

因此,依照產品內部是否已經包含振盪電路,又可以分為自激式蜂鳴器他激式蜂鳴器

自激式蜂鳴器又稱為有源蜂鳴器,英文常稱為 Self-drive buzzer 或 Indicator

這類蜂鳴器內部已經包含振盪電路,因此使用時只需要接入直流電源,內部電路便會自行產生驅動訊號,使蜂鳴器發聲。

他激式蜂鳴器又稱為無源蜂鳴器,英文常稱為 External-drive buzzer 或 Transducer

這類產品內部通常只有蜂鳴器單元,沒有內建振盪電路,因此需要由外部電路提供交流驅動訊號,才能讓蜂鳴器發出聲音。

 

壓電式蜂鳴器發聲時,驅動電路會讓陶瓷壓電片承受不斷變化的電壓

隨著電壓極性與大小改變,陶瓷壓電片會產生逆壓電效應,使材料出現微小形變。

當這種形變快速且連續地往復變化時,就會帶動周圍空氣振動,進而產生人耳可以聽到的聲音。

簡單來說,壓電式蜂鳴器就是利用電壓變化讓陶瓷壓電片反覆變形,再透過這個振動過程將電子訊號轉換成聲音。

 

接下來介紹電磁式蜂鳴器,其工作過程如下:

蜂鳴器的振膜為磁化鐵片(ferromagnetic plate),會受到兩側磁鐵的磁化而產生固定磁極。

鐵片會因驅動電壓 Vp-0 的作用而產生移動,其作用過程可由安培螺旋右手定則來判斷:

 

假設驅動電壓為 V0-p,則電磁式蜂鳴器的音圈主要會有兩種狀態:

第一種是處於零電壓(V0),此時音圈未通電,芯柱不會感應出磁性,振膜鐵片會維持在原本的自然位置。

第二種狀態則是音圈通電(Vp),芯柱感應出磁性,並吸引鐵片往芯柱方向移動,使鐵片向下移動。

若鐵片面對芯柱的一側被感應為北極,則為了使鐵片向下移動,芯柱靠近鐵片的一端就必須被感應為南極,而這個感應方向可由電流方向來決定。

這代表什麼極性是否接反就相當重要,

因為鐵片的動作可能會從「被吸引」變成「被排斥」

有些客戶受限於整體線路設計,只能提供 Vp-p 訊號來驅動電磁式蜂鳴器。

此時可以想像,鐵片會像被來回拉動的振膜一樣往復移動,而不再有所謂的零電壓靜止狀態。

因此,當蜂鳴器的驅動訊號在 Vp-0 與 V0-p 之間選擇時,

電磁式蜂鳴器的 Fo(諧振頻率)往往也會跟著改變。

這是製造商與客戶在設計與應用時需要特別注意的重點。