Spis treści:
Urządzenia specjalizujące się w generowaniu określonych typów dźwięków i efektów dźwiękowych służą nie tylko muzykom. W świecie informatyki i technologii komputerowej są używane od początku istnienia komputerów. Sprawdźmy czym mogą służyć elektronikom zajmującym się montażem i własnymi projektami.
Buzzer piezoelektryczny - generator, czyli brzęczyk
To skomplikowane złożenie wyrazów tak naprawdę opisuje całkiem proste urządzenia. Brzęczyki dźwiękowe – czyli inaczej brzęczyki piezoelektryczne, przetworniki piezoelektryczne lub buzzery – są komponentami elektronicznymi używanymi do generowania słyszalnych tonów lub dźwięków. Stosuje się je powszechnie w różnych urządzeniach elektroniki użytkowej takich jak alarmy, zegary czy zabawki elektroniczne.
Często służą też do wydawania dźwiękowych informacji zwrotnych lub ostrzeżeń. Natomiast na efekt piezoelektryczny natkniemy się czytając dokładnie informacje o zapalniczkach, które można kupić w każdym sklepie – każdy zapytany wie, czym są, ale gdy określić je jako piezoelektryczne, to niejeden sprzedawca przetrze oczy ze zdumienia. Piezoelektryczność to zdolność niektórych materiałów do generowania ładunku elektrycznego w odpowiedzi na naprężenia mechaniczne i odwrotnie – mogą one także wytwarzać naprężenia mechaniczne pod wpływem pola elektrycznego.
Budowa i działanie generatorów dźwięku
Podstawowym elementem brzęczyka piezoelektrycznego jest piezoelektryczny dysk ceramiczny. Dysk to umowne i raczej coraz rzadziej spotykane określenie – mogą to być płytki, pierścienie czy kule. Po przyłożeniu napięcia elektrycznego do tego dysku odkształca się on nieznacznie, co powoduje wibracje. Te zaś generują fale dźwiękowe w powietrzu i powstaje słyszalny dźwięk.
Ważna kwestia to membrany – to zwykle cienki, elastyczny materiał, który może wibrować pod wpływem sił mechanicznych lub ciśnienia. W kontekście brzęczyków membrana jest często używana jako element wibrujący, który wytwarza dźwięk. Częstotliwość dźwięku wytwarzanego przez brzęczyk piezoelektryczny zależy od częstotliwości przyłożonego do niego sygnału elektrycznego. Kontrolując częstotliwość sygnału można więc generować różne tony lub wysokości dźwięku – bez tej modulacji mielibyśmy do czynienia z jednym typem tonu.
Brzęczyki piezoelektryczne wymagają także obwodu napędowego w celu dostarczenia sygnału elektrycznego niezbędnego do wytworzenia dźwięku. Zazwyczaj obwód ten składa się z generatora fali prostokątnej lub oscylatora, który generuje żądaną częstotliwość wraz z obwodem wzmacniającym dla sygnału do wymaganej amplitudy. Brzęczyki piezoelektryczne mają stosunkowo prostą konstrukcję w porównaniu do innych typów przetworników audio – trudno je choćby przyrównywać do sprzętu takiego jak głośniki elektromagnetyczne. Ma to swoje atuty, bo skoro nie posiadają one żadnych ruchomych części poza wibrującym dyskiem, to czyni je to trwałymi oraz odpornymi na wstrząsy i wibracje. Z drugiej strony jednym z ograniczeń brzęczyków piezoelektrycznych jest ich stosunkowo ograniczony zakres częstotliwości w porównaniu do innych przetworników audio. Są one najbardziej skuteczne w wytwarzaniu tonów w zakresie od kilku do kilkudziesięciu kHZ, co obejmuje zakres słyszalny dla ludzi, ale raczej nie jest odpowiednie do zastosowań wymagających bardzo niskiej lub bardzo wysokiej częstotliwości.
Generatory dźwięku na codzień - gdzie je można spotkać?
Brzęczyki i generatory dźwięku są powszechnie stosowane w systemach alarmowych do ostrzegania o zagrożeniach i sytuacjach awaryjnych. Może to obejmować alarmy przeciwpożarowe, alarmy bezpieczeństwa i alarmy medyczne. Przyczyna jest prosta – alarmy dźwiękowe mają kluczowe znaczenie dla szybkiego przyciągnięcia uwagi, zwłaszcza w sytuacjach, w których wskazówki wizualne są niewystarczające lub w których osoby biorą udział osoby niedowidzące.
Tak naprawdę trudno wyobrazić sobie współczesne systemy komunikacji bez tych właściwie integralnych z nimi elementów. Od dzwonków do drzwi i telefonów po systemy nagłośnieniowe i domofony, generatory dźwięku ułatwiają komunikację, przekazują wiadomości i emitują sygnały na krótkie odległości. Sygnały dźwiękowe są często wykorzystywane do celów nawigacji i orientacji, dla pieszych na przejściach i wszędzie, gdzie potrzebne jest zadbanie o bezpieczną organizację ruchu.
Projekty dźwiękowe, buzzery i platformy developerskie
Entuzjaści i makerzy często używają brzęczyków z Arduino, Raspberry Pi i rozmaitymi platformami opartymi na mikrokontrolerach. Brzęczyki są często wykorzystywane w systemach alarmowych tworzonych przez hobbystów. Na przykład system bezpieczeństwa oparty na Arduino może wykorzystywać brzęczyk do włączania alarmu, gdy czujnik wykryje ruch lub drzwi zostaną otwarte.
Równie często twórcy integrują generatory dźwięków w projektach, które wymagają odmierzania czasu lub przypomnień – można stworzyć w ten sposób zegar, który w parze z Arduino będzie wykorzystywał brzęczyk do sygnalizowania końca odliczania. W niektórych projektach powiadomienia wizualne mogą być niewystarczające – stacja pogodowa zbudowana z Raspberry Pi może wykorzystywać brzęczyk do ostrzegania użytkowników o trudnych warunkach pogodowych.
Efekty dźwiękowe, projekty muzyczne i systemy tzw. feedbacku (informacji zwrotnej) to właściwie odrębny, wielki świat. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby poeksperymentować z funkcjami brzęczyków w kwestii efektów dźwiękowych dodawanych do projektów. Dekoracja interaktywna na Halloween? Świąteczne melodyjki? Komponowanie prostej muzyki tonalnej? Oparta na Arduino instalacja będzie idealna do zastąpienia elektronicznych instrumentów muzycznych lub do eksperymentowania z technikami syntezy dźwięku. To właściwie kwestia wymienna z systemami i projektami automatyki domowej, gdzie można wykorzystywać brzęczyk do dostarczania informacji zwrotnej, gdy polecenie zostanie wykonane lub gdy zostanie spełniony określony warunek.
