Als u producten ontwerpt zoals een huishoudelijk apparaat, een beveiligingspaneel, een deurintercomsysteem of een computerrandapparaat, kunt u ervoor kiezen om een zoemer toe te passen als enige middel voor interactie met gebruikers of als onderdeel van een meer geavanceerde gebruikersinterface.
Door Bruce Rose, hoofdtoepassingsingenieur, CUI Devices
In beide gevallen kan de zoemer een goedkoop en betrouwbaar middel zijn om een commando te bevestigen, de status van apparatuur of een proces aan te geven, interactie te stimuleren of een alarm te genereren.
In principe is een zoemer meestal van een magnetisch of piëzo-elektrisch type.Uw keuze kan afhangen van de kenmerken van het aandrijfsignaal, of van het vereiste uitgangsaudiovermogen en de beschikbare fysieke ruimte.U kunt ook kiezen tussen indicator- en transducertypen, afhankelijk van de gewenste geluiden en de vaardigheden op het gebied van circuitontwerp die voor u beschikbaar zijn.
Laten we eens kijken naar de principes achter de verschillende mechanismen en vervolgens overwegen of het magnetische of piëzo-type (en de keuze van indicator of actuator) geschikt zou kunnen zijn voor uw project.
Magnetische zoemers
Magnetische zoemers zijn in wezen stroomgestuurde apparaten, die doorgaans meer dan 20 mA nodig hebben om te werken.De aangelegde spanning kan zo laag zijn als 1,5 V of maximaal ongeveer 12 V.
Zoals figuur 1 laat zien, omvat het mechanisme een spoel en een flexibele ferromagnetische schijf.Wanneer de stroom door de spoel wordt geleid, wordt de schijf naar de spoel aangetrokken en keert deze terug naar zijn normale positie wanneer de stroom niet vloeit.
Deze afbuiging van de schijf zorgt ervoor dat lucht in de omgeving beweegt, en dit wordt door het menselijk oor geïnterpreteerd als geluid.De stroom door de spoel wordt bepaald door de aangelegde spanning en de spoelimpedantie.
Figuur 1. Constructie en werkingsprincipe van de magnetische zoemer.
Piëzo-zoemers
Figuur 2 toont de elementen van een piëzozoemer.Een schijf van piëzo-elektrisch materiaal wordt aan de randen in een behuizing ondersteund en aan de twee zijden van de schijf zijn elektrische contacten aangebracht.Een spanning die over deze elektroden wordt aangelegd, zorgt ervoor dat het piëzo-elektrische materiaal vervormt, wat resulteert in de beweging van lucht die als geluid kan worden gedetecteerd.
In tegenstelling tot de magnetische zoemer is de piëzozoemer een spanningsgestuurd apparaat;de bedrijfsspanning is doorgaans hoger en kan tussen 12V en 220V liggen, terwijl de stroom minder dan 20mA is.De piëzozoemer is gemodelleerd als een condensator, terwijl de magnetische zoemer is gemodelleerd als een spoel in serie met een weerstand.
Figuur 2. Constructie van de piëzozoemer.
Bij beide typen wordt de frequentie van de resulterende hoorbare toon bepaald door de frequentie van het aandrijfsignaal en kan over een breed bereik worden geregeld.Aan de andere kant, terwijl piëzozoemers een redelijk lineair verband vertonen tussen de sterkte van het ingangssignaal en het uitgangsaudiovermogen, neemt het audiovermogen van magnetische zoemers scherp af naarmate de signaalsterkte afneemt.
De kenmerken van het beschikbare aandrijfsignaal kunnen van invloed zijn op de keuze voor een magnetische of piëzo-zoemer voor uw toepassing.Als luidheid echter een belangrijke vereiste is, kunnen piëzozoemers doorgaans een hoger geluidsdrukniveau (SPL) produceren dan magnetische zoemers, maar hebben ze ook de neiging om een grotere voetafdruk te hebben.
Indicator of transducer
De beslissing om een indicator- of transducertype te kiezen wordt bepaald door het vereiste geluidsbereik en het ontwerp van de bijbehorende circuits om de zoemer aan te sturen en te besturen.
Er wordt een indicator geleverd met in het apparaat ingebouwde stuurcircuits.Dit vereenvoudigt het circuitontwerp (figuur 3), waardoor een plug-and-play-aanpak mogelijk wordt, in ruil voor verminderde flexibiliteit.Hoewel u alleen gelijkspanning hoeft aan te leggen, kunt u alleen een continu of gepulseerd audiosignaal krijgen, omdat de frequentie intern vastligt.Dit betekent dat geluiden met meerdere frequenties, zoals sirenes of geluidssignalen, niet mogelijk zijn met indicatiezoemers.
Figuur 3. Een indicatiezoemer produceert geluid wanneer er gelijkspanning wordt aangelegd.
Omdat er geen ingebouwde stuurcircuits zijn, biedt een transducer u de flexibiliteit om een verscheidenheid aan geluiden te bereiken met behulp van verschillende frequenties of willekeurige golfvormen.Naast standaard continue of gepulseerde geluiden, kunt u geluiden genereren zoals meertonige waarschuwingen, sirenes of geluidssignalen.
Figuur 4 toont het toepassingscircuit voor een magnetische transducer.De schakelaar is doorgaans een bipolaire transistor of FET en wordt gebruikt om de excitatiegolfvorm te versterken.Vanwege de inductantie van de spoel is de in het diagram weergegeven diode nodig om de terugslagspanning vast te houden wanneer de transistor snel wordt uitgeschakeld.
Figuur 4. Een magnetische transducer heeft een excitatiesignaal, een versterkertransistor en een diode nodig om de geïnduceerde terugslagspanning te verwerken.
U kunt een soortgelijk excitatiecircuit gebruiken met een piëzo-transducer.Omdat de piëzo-transducer een lage inductie heeft, is een diode niet nodig.Het circuit heeft echter een manier nodig om de spanning te resetten wanneer de schakelaar open is, wat kan worden gedaan door een weerstand toe te voegen in plaats van de diode, ten koste van een hogere vermogensdissipatie.
Men kan het geluidsniveau ook verhogen door de piek-tot-piekspanning die over de transducer wordt aangelegd te verhogen.Als u een circuit met volledige brug gebruikt, zoals weergegeven in afbeelding 5, is de aangelegde spanning twee keer zo groot als de beschikbare voedingsspanning, waardoor u ongeveer 6 dB meer audiovermogen krijgt.
Figuur 5. Door gebruik te maken van een brugcircuit kan de spanning die op de piëzo-transducer wordt toegepast, worden verdubbeld, wat 6 dB extra audiovermogen oplevert.
Conclusie
Zoemers zijn eenvoudig en goedkoop, en de keuzes zijn beperkt tot vier basiscategorieën: magnetisch of piëzo-elektrisch, indicator of transducer.Magnetische zoemers kunnen werken met lagere spanningen, maar vereisen hogere aandrijfstromen dan piëzo-types.Piëzo-zoemers kunnen een hogere SPL produceren, maar hebben doorgaans een grotere voetafdruk.
U kunt een indicatiezoemer bedienen met alleen gelijkspanning of een transducer kiezen voor geavanceerdere geluiden als u de benodigde externe circuits kunt toevoegen.Gelukkig biedt CUI Devices een reeks magnetische en piëzozoemers in indicator- of transducertypes om de selectie van een zoemer voor uw ontwerp nog eenvoudiger te maken.
Posttijd: 12 september 2023
