【科普】声音元件及选择村田SMD型压电蜂鸣器的6个理由

周二, 27 十月 2020 - 14:16

压电声音元件，一般称为压电蜂鸣器，是用于产生警报、电子声音的产品，扮演设备向人传递信号的角色，被广泛用于家电、消费类产品等民生用设备以及汽车、工业设备。

压电蜂鸣器的发声机制是什么呢？如何选择声音元件？这里为你一一介绍！

认识“声音”

声音就是空气的振动，例如报警器、火灾警报器、闹钟等空气振动（音源）引起气压变化（声波），传递到耳朵，引起鼓膜振动，从而作为声音被人所识别。

传递声音振动时产生的空气压力称为声压。声压有密有疏，这种变化在1秒钟内重复的次数成为频率。

通常说的声音响度就是声压级，而音高就是指频率。

一般将人能听到的最小限度的声音响度作为0dB(20μPa），是声压的基准。村田的声音元件大概在70～90dB（10cm处）。

但是，如果离声源距离较远，声音也会变小。所以，要产品满足一定的声压规定，需确定与声源的距离和需要的声压。

人耳能听到“声音”的频带（可听频率范围），一般是“20Hz～20,000Hz”。其中，“2kHz～4kHz”区域的声音能最有效的被听到，所以声音元件使用“2kHz～4kHz”的情况较多。

声音元件的种类

人们可能已经意识不到，其实常使用的声音元件中很多是机械式的，也就是对声源施加机械冲击而产生声音的方式，比如自行车车铃等；电子式声音元件，则是通过施加电压、电流等电气信号使声源产生振动的方式。

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而压电声音元件，因为具有耗电小，驱动容易，结构简单可靠，重量轻而且容易薄型化，在现代人们生活和工作的各种设备仪器中得到越来越广泛地使用。

压电声音元件结构和原理

压电声音元件一定需要放入压电振动板。这是由已形成电极的压电陶瓷与黄铜、镍等金属板粘合而成的简单构造。

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向压电振动板施加电压（下图），压电陶瓷会拉升，但粘合的金属板不会伸缩而是弯曲(a)。施以反向电压，就会向相反方向弯曲(b)。

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输入电压方向相互变化的信号，就会反复出现(a)和(b)的交替状态，产生声波(c)。

压电声音元件通常都有外壳（下图），其作用不仅是保护，主要是因为外壳的共鸣效果，能让元件发出较大的声音。

基于共鸣效果，当振动板共振频率fo与外壳内的共鸣频率fcav接近的话，声压可以增大10～20dB（下图）。

<ul>
<li>fo（共振频率），振动板最有效的振动频率。</li>
<li>fcav（共鸣频率），外壳内的共鸣频率是由外壳尺寸、发声孔的尺寸所决定的。</li>
</ul>

压电声音元件的驱动电路有他励振式电路与自励振式电路。

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他励振式电路

微型计算机的普及使得他励振式成为主流（上图）。其中IC等外部信号输入，驱动出声。发声频率是外部信号源频率。

<img alt="自励振式电路" data-entity-type="file" data-entity-uuid="170f2e38-d02e-4ff1-a6b6-f4ce7bca74af" src="/sites/default/files/inline-images/14_26.png" /> 
自励振式电路

自励振式是元件与晶体管、电阻共同构成振荡电路，施加直流电压引发振动并出声。此时，发声频率是振动板共振频率。比如，村田的PKB系列就是内置晶体管、电阻。

压电声音元件种类细分

村田声音元件(蜂鸣器)阵容

- 压电振动板 -

电端子与黄铜、镍等金属板粘合而成。使用方法有以下2种，相对的电极形状也会有差异。 
他励振型（依据外部信号振动发出声音）→ 整体电极

自励振型（施加一定的电压后自体产生振动发出声音）→ 分割电极（有反馈电极）

- 压电扩音器 -

压电振动板与塑料外壳（共鸣器）相结合。有他励振型与自励振型2种。

- 压电蜂鸣器 -

压电蜂鸣器的塑料外壳中内置振荡电路。只要施加直流电源（例如干电池）就能发出声音。

选择村田SMD扩音器的6个理由

新设计的设备仪器中，SMD表面贴装型声音元件得到越来越广泛地应用。而村田的SMD压电蜂鸣器在业内备受好评，其中有六大原因。

小型·薄型

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与本公司的插脚型产品相比，村田SMD型压电蜂鸣器的厚度约薄70%，非常适合于在小型可穿戴的医疗设备中使用。

低消耗电流

低功耗令电池持久耐用。一般的电磁蜂鸣器大约需要20毫安的电流，而压电蜂鸣器的电流消耗大概在0.3至0.5毫安。

高音压（大音量）

村田的SMD压电蜂鸣器虽然体积小巧，却性能卓越，能实现业界超大级的音量。而且无须繁琐的音响设计，只需要安装在器械上就能发出足够大的声响。比如PKMCS1818E20A0-R1，能实现100dB(Typ, @2kHz、+12Vo-p方形波、10cm)。

简单组装

村田的SMD型蜂鸣器都是最终成品，不需要复杂的振动板/外壳设计。在组装工艺中使用表面贴装型器件可以省去波峰焊工艺。

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回流焊前后特性变化小

如上图所示，热负载产生的音压降低效应极低，可放心进行组装和使用。

高可靠、安全放心

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运用至今为止积累的设计制造技术，村田的SMD压电蜂鸣器满足严格的可靠性条件，产品已在医疗领域内得到众多客户的广泛使用。

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而村田车用级SMD声音元件/蜂鸣器，能够保证严格的可靠性条件(相当于AEC-Q200)，应用范围包括 ETC，电动滑门，行驶记录仪，RKE应答，以及系安全带、指示灯灭、倒车档、停车辅助、车道保持、各种报警/键触摸等声音提示。

如您希望了解更多有关车用级蜂鸣器可靠性的详细试验条件及结果，请联系当地村田工程师或销售人员。

文章来源： <a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3NTk1MDgyOA==&mid=2247501793&am…; id="js_name">Murata村田中国</a>