適切なブザーの選択 - 主要なブザー選択基準の確認

家電製品、セキュリティ パネル、ドア エントリ システム、コンピュータ周辺機器などの製品を設計している場合、ユーザーと対話する唯一の手段として、またはより洗練されたユーザー インターフェイスの一部としてブザーを搭載することを選択する場合があります。

CUI Devices 社プリンシパル アプリケーション エンジニア、Bruce Rose 氏

いずれの場合でも、ブザーは、コマンドを確認したり、機器やプロセスのステータスを示したり、対話を促したり、アラームを鳴らしたりするための、安価で信頼性の高い手段となります。

基本的に、ブザーは通常、磁気式または圧電式のいずれかです。選択は、ドライブ信号の特性、または必要な出力オーディオパワーと利用可能な物理スペースによって異なります。必要なサウンドと利用可能な回路設計スキルに応じて、インジケーターとトランスデューサーのタイプを選択することもできます。

さまざまなメカニズムの背後にある原理を見て、磁気タイプまたはピエゾタイプ（およびインジケーターまたはアクチュエーターの選択）がプロジェクトに適しているかどうかを検討してみましょう。

磁気ブザー

磁気ブザーは基本的に電流駆動のデバイスであり、通常、動作するには 20mA 以上を必要とします。印加電圧は、最低 1.5V から最高約 12V まで可能です。

図 1 に示すように、この機構はコイルと柔軟な強磁性ディスクで構成されています。コイルに電流が流れるとディスクはコイルに引き寄せられ、電流が流れなくなると通常の位置に戻ります。

このディスクのたわみによって周囲の空気が動き、これが人間の耳に音として認識されます。コイルを流れる電流は、印加電圧とコイルのインピーダンスによって決まります。

図 1. 磁気ブザーの構造と動作原理。

圧電ブザー

図 2 に、圧電ブザーの要素を示します。圧電材料のディスクが筐体内の端で支持され、電気接点がディスクの両面に作成されます。これらの電極間に電圧が印加されると圧電材料が変形し、その結果空気の動きが音として検出されます。

磁気ブザーとは対照的に、圧電ブザーは電圧駆動のデバイスです。動作電圧は通常より高く、12V ～ 220V の間になりますが、電流は 20mA 未満です。圧電ブザーはコンデンサとしてモデル化されるのに対し、磁気ブザーは抵抗と直列のコイルとしてモデル化されます。

図 2. 圧電ブザーの構造

どちらのタイプでも、生成される可聴トーンの周波数は駆動信号の周波数によって決まり、広範囲にわたって制御できます。一方、圧電ブザーは入力信号強度と出力音声パワーの間に適度な線形関係を示しますが、磁気ブザーの音声パワーは信号強度が減少すると急激に低下します。

利用可能な駆動信号の特性は、アプリケーションに磁気ブザーと圧電ブザーのどちらを選択するかに影響を与える可能性があります。ただし、音量が重要な要件である場合、圧電ブザーは通常、磁気ブザーよりも高い音圧レベル (SPL) を生成できますが、設置面積も大きくなる傾向があります。

インジケーターまたはトランスデューサー

インジケーターとトランスデューサーのどちらのタイプを選択するかは、必要な音の​​範囲と、ブザーを駆動および制御するための関連回路の設計によって決まります。

インジケータには、デバイスに駆動回路が組み込まれています。これにより、回路設計が簡素化され (図 3)、柔軟性が低下する代わりにプラグアンドプレイのアプローチが可能になります。DC 電圧を印加するだけで済みますが、周波数は内部で固定されているため、連続またはパルス状のオーディオ信号しか取得できません。これは、インジケーターブザーではサイレンやチャイムなどの複数の周波数の音を鳴らすことができないことを意味します。

図3. DC電圧が印加されるとインジケータブザーが鳴ります。

駆動回路が組み込まれていないトランスデューサーにより、さまざまな周波数または任意の波形を使用してさまざまなサウンドを実現する柔軟性が得られます。基本的な連続音またはパルス音に加えて、マルチトーン警告、サイレン、チャイムなどのサウンドを生成できます。

図 4 に磁気トランスデューサの応用回路を示します。スイッチは通常、バイポーラ トランジスタまたは FET であり、励起波形を増幅するために使用されます。コイルのインダクタンスのため、図に示されているダイオードは、トランジスタが急速にオフになったときにフライバック電圧をクランプするために必要です。

図4. 磁気トランスデューサには、誘導フライバック電圧を処理するために励起信号、増幅トランジスタ、およびダイオードが必要です。

同様の励起回路を圧電トランスデューサーで使用できます。ピエゾトランスデューサのインダクタンスが低いため、ダイオードは必要ありません。ただし、回路にはスイッチが開いているときに電圧をリセットする手段が必要です。これは、消費電力が高くなりますが、ダイオードの代わりに抵抗を追加することで実行できます。

トランスデューサの両端に印加されるピークツーピーク電圧を上げることによって、騒音レベルを高めることもできます。図 5 に示すようなフルブリッジ回路を使用する場合、印加される電圧は利用可能な電源電圧の 2 倍となり、オーディオ出力が約 6dB 高くなります。

図 5. ブリッジ回路を使用すると、圧電トランスデューサーに印加される電圧が 2 倍になり、6 dB の追加のオーディオ電力が得られます。

結論

ブザーはシンプルで安価であり、選択肢は磁気または圧電、インジケーターまたはトランスデューサーの 4 つの基本カテゴリに限定されています。磁気ブザーは低電圧で動作できますが、ピエゾタイプよりも高い駆動電流が必要です。圧電ブザーはより高い SPL を生成できますが、設置面積が大きくなる傾向があります。

必要な外部回路を追加できる場合は、DC 電圧のみでインジケーターブザーを動作させることも、より洗練されたサウンドを得るためにトランスデューサーを選択することもできます。ありがたいことに、CUI Devices は、設計に合わせたブザーの選択をさらに容易にするために、インジケーターまたはトランスデューサー タイプの磁気ブザーと圧電ブザーを幅広く提供しています。