圧電ブザー音のメカニズム

圧電ブザーは、アラーム、タイマー、電子玩具などのさまざまな電子デバイスで広く使用されています。それらは、コンパクトなサイズ、低消費電力、高い信頼性のために人気のある選択肢です。この記事では、圧電ブザーの音の生成の背後にあるメカニズムを探ります。

導入

圧電ブザーは、電気エネルギーを機械的振動に変換するデバイスであり、これが音波を生成します。ブザーは、2つの金属電極の間に挟まれた圧電セラミックディスクで構成されています。 AC電圧が電極に適用されると、ディスクが振動し、音波が生成されます。

圧電 効果

圧電効果は、機械的応力に応じて電荷を生成する特定の材料の能力であり、その逆も同様です。圧電材料には、高度に秩序化して対称的な結晶構造があります。材料が機械的な力にさらされると、結晶格子の対称性が破壊され、電荷が生成されます。

圧電ブザーの動作原理

圧電ブザーは、金属板に取り付けられた圧電セラミックディスクで構成されています。金属板は横隔膜として機能し、圧電椎間板によって生成される振動を増幅します。 AC電圧が電極に適用されると、圧電ディスクが急速に拡張および収縮し、金属板が振動します。この振動は、横隔膜によって増幅され、周囲の空気に放射される音波を生成します。

周波数と振幅

圧電ブザーによって生成される音の周波数と振幅は、セラミックディスクのサイズと形状、ならびに電極に加えられたAC電圧の周波数と振幅に依存します。一般に、より小さなセラミックディスクはより高い周波数を生成しますが、大きなディスクはより低い周波数を生成します。同様に、電圧が高いほど振幅が大きくなり、音が大きくなります。

圧電ブザーの種類

圧電ブザーには、自己主導と外部駆動型の2つの主要なタイプがあります。セルフ駆動のブザーには、圧電ディスクを駆動するために必要なAC電圧を生成するオシレーターが組み込まれています。外部駆動のブザーには、AC電圧を提供するために外部発振器が必要です。

圧電ブザーのアプリケーション

圧電ブザーは、以下を含む幅広いアプリケーションで使用されます。

• アラームとタイマー

• 電子玩具

• 自動車警告システム

• 医療機器

• 家電製品

  
  

圧電ブザーの利点

圧電ブザーは、以下を含む他のタイプのサウンドジェネレーターよりもいくつかの利点を提供します。

• コンパクトサイズ

• 低消費電力

• 高い信頼性

• 幅広い動作温度範囲

• 低電磁干渉

  
  

圧電ブザーの欠点

多くの利点にもかかわらず、圧電ブザーには次のような欠点もあります。

• 限られた周波数範囲

• 限られた音圧レベル

• 音質が悪い

  
  

結論

圧電ブザーは、幅広い電子アプリケーションで使用される汎用性の高いデバイスです。その動作の背後にあるメカニズムは、圧電効果に基づいており、特定の材料が電気エネルギーを機械的振動に変換できるようにします。圧電ブザーの背後にある原則を理解することにより、設計者はアプリケーションに適したタイプのブザーを選択し、そのパフォーマンスを最適化できます。

圧電ダイアフラムの構造

圧電音素は、圧電横隔膜を持っている必要があります。

これは、圧電セラミックが真鍮またはニッケル合金金属板に付着する単純な構造です。

ピエゾダイアフラムの音を生成するメカニズム

圧電セラミックに電圧が適用されると、平面内で伸びます。電圧が圧電ダイアフラムに適用されると、金属板が伸びていないため、（a）に示すように曲がっています。適用された電圧の極性が逆になると、圧電セラミックが収縮し、（b）に示すように金属板が反対側に向かって曲がっています。

印加電圧の方向が交互になると、（a）と（b）の状態が繰り返され、（c）に示すように、音波が空気中に生成されます。