Pjezoelektriskās skaņas skaņas mehānisms

Pjezoelektriskos skaņdarbus plaši izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs, piemēram, trauksmēs, taimeros un elektroniskajās rotaļlietās. Tās ir populāra izvēle, pateicoties to kompaktajam lielumam, zemam enerģijas patēriņam un augstai uzticamībai. Šajā rakstā mēs izpētīsim skaņas ģenerēšanas mehānismu pjezoelektriskos signālos.

Ievads

Pjezoelektriskie skaņdarbi ir ierīces, kas elektrisko enerģiju pārvērš mehāniskās vibrācijās, kas savukārt rada skaņas viļņus. Buzzers sastāv no pjezoelektriskā keramikas diska, kas ir novietots starp diviem metāla elektrodiem. Kad elektrodiem tiek piemērots maiņstrāvas spriegums, disks vibrē, radot skaņas viļņus.

Pjezoelektriskais  efekts

Pjezoelektriskais efekts ir noteiktu materiālu spēja radīt elektrisko lādiņu, reaģējot uz mehānisko spriegumu, un otrādi. Pjezoelektriskajiem materiāliem ir kristāliska struktūra, kas ir ļoti sakārtota un simetriska. Kad materiāls tiek pakļauts mehāniskam spēkam, tiek izjaukta kristāla režģa simetrija, kā rezultātā veidojas elektriskais lādiņš.

Pjezoelektrisko buzzers darba princips

Pjezoelektriskās skaņas sastāv no pjezoelektriskā keramikas diska, kas ir uzstādīts uz metāla plāksnes. Metāla plāksne darbojas kā diafragma, kas pastiprina vibrācijas, ko rada pjezoelektriskais disks. Kad elektrodiem tiek pielietots maiņstrāvas spriegums, pjezoelektriskais disks izplešas un strauji slēdz līgumus, izraisot metāla plāksnes vibrāciju. Šī vibrācija rada skaņas viļņus, kurus pastiprina diafragma un izstaro apkārtējā gaisā.

Frekvence un amplitūda

Pjezoelektriskā signāla radītās skaņas frekvence un amplitūda ir atkarīga no keramikas diska lieluma un formas, kā arī no elektrodiem piemērotā maiņstrāvas sprieguma frekvences un amplitūdas. Parasti mazākie keramikas diski rada augstākas frekvences, bet lielākie diski rada zemākas frekvences. Līdzīgi augstāks spriegums rada lielākas amplitūdas, kā rezultātā rodas skaļākas skaņas.

Pjezoelektrisko skaņu veidi

Ir divi galvenie pjezoelektrisko skaņu veidi: pašpārvaldes un ārēji vadīti. Pašpārvaldes signāliem ir iebūvēts oscilators, kas ģenerē maiņstrāvas spriegumu, kas nepieciešams pjezoelektriskā diska vadīšanai. Ārēji vadītiem skaņas signāliem ir nepieciešams ārējs oscilators, lai nodrošinātu maiņstrāvas spriegumu.

Pjezoelektrisko skaņu pielietojums

Pjezoelektriskos skaņdarbus izmanto plašā lietojumprogrammu klāstā, ieskaitot:

• Trauksmes un taimeri

• Elektroniskas rotaļlietas

• Automobiļu brīdināšanas sistēmas

• Medicīniskās ierīces

• Sadzīves tehnika

  
  

Pjezoelektrisko skaņu priekšrocības

Pjezoelektriskie skaņdarbi piedāvā vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar cita veida skaņu ģeneratoriem, tostarp:

• Kompakta izmērs

• Zema enerģijas patēriņš

• Augsta uzticamība

• Plašs darba temperatūras diapazons

• Zems elektromagnētiskais traucējums

  
  

Pjezoelektrisko skaņu trūkumi

Neskatoties uz daudzajām priekšrocībām, pjezoelektriskajiem skaņas signāliem ir arī daži trūkumi, tostarp:

• Ierobežots frekvenču diapazons

• Ierobežots skaņas spiediena līmenis

• Slikta skaņas kvalitāte

  
  

Secinājums

Pjezoelektriskie skaņas signāli ir daudzpusīgas ierīces, kuras izmanto plašā elektronisko pielietojumu diapazonā. Viņu darbības mehānisms ir balstīts uz pjezoelektrisko efektu, kas ļauj noteiktiem materiāliem elektrisko enerģiju pārveidot mehāniskās vibrācijās. Izprotot pjezoelektrisko skaņu principus, dizaineri var izvēlēties pareizā veida skaņas signālus savam pielietojumam un optimizēt tā veiktspēju.

Pjezoelektriskās diafragmas struktūra

Pjezoelektriskās skaņas elementam jābūt pjezoelektriskai diafragmai.

Šī ir vienkārša struktūra, kurā pjezoelektriskā keramika pielīp misiņa vai niķeļa sakausējuma metāla plāksnei.

Pjezo diafragmu skaņas ražošanas mehānisms

Kad pjezoelektriskajai keramikai tiek pielietots spriegums, tas stiepjas savā plaknē. Kad pjezoelektriskajai diafragmai tiek pielietots spriegums, jo metāla plāksne nav izstiepta, tā ir saliekta, kā parādīts a) apakšpunktā. Kad pielietotā sprieguma polaritāte tiek mainīta, pjezoelektriskā keramikas sarūk un metāla plāksne ir noliekta pretējā pusē, kā parādīts (b).

Kad pielietotā sprieguma virziens mainās, (a) un (b) stāvokļi tiek atkārtoti un, kā parādīts (c), gaisā rodas skaņas viļņi.