Акустические компоненты

18 мая 2023

автомобильная электроникамедициналабораторные приборыуниверсальное применениеJL WorldKLSновостьпассивные ЭК и электромеханикаАудиоМикрофоныДинамикиЗуммеры

Акустические компоненты – это устройства, преобразующие энергию электрических колебаний в энергию звуковых или механических колебаний и обратно (рисунок 1).

Их основная функция заключается в воспроизведении или восприятии звуковых колебаний электроникой, в состав которой они входят.

Акустические компоненты расширяют функциональные возможности приборов, а также повышают комфорт их применения.

Рис. 1. Звуковоспроизводящие и звуковоспринимающие компоненты

Рис. 1. Звуковоспроизводящие и звуковоспринимающие компоненты

Зуммеры

Зуммеры – это малогабаритные электронные компоненты для воспроизведения простых звуков. Звуки могут быть непрерывными, периодическими или единичными.
По принципу действия зуммеры можно разделить на:

  • пьезоэлектрические;
  • электромагнитные;
  • механические.

По структуре и режиму управления существуют:

  • активные зуммеры (Buzzers), которые имеют встроенный генератор и могут издавать звук только одной частоты;
  • пассивные преобразователи (Transducers), которым для воспроизведения звука требуется подключение внешнего сигнала возбуждения. Они могут воспроизводить сигналы различной частоты.

Зуммеры используются в таких приложениях, где важен маленький габаритный размер, а к качеству звука (нелинейным искажениям) не предъявляется существенных требований. Среди наиболее частых применений:

  • оповещение пользователя о начале или завершении процесса, сигнал при нажатии кнопок панели управления:
    • бытовая техника: СВЧ-печи, тостеры, стиральные машины и другие приборы;
    • спорттовары: велотренажеры, беговые дорожки и им подобные;
    • медицинские приборы: тонометры, электронные градусники, аппараты МРТ и так далее.
    • информирование о неисправности или выходе рабочих параметров за пределы допустимых значений в платах автоматики и контрольно-измерительном оборудовании;
    • напоминание водителю о том, что был включен задний ход или поворотник в автомобиле;
    • подтверждение факта считывания цены товара;
    • сигналы при нажатии кнопок в брелоках автосигнализаций, офисной аппаратуре, телефонах и подобных устройствах;
    • звонки домофона, электронных будильников, электронных игрушек;
    • звуковое оповещение в охранной сигнализации, металлодетекторах, таймерах, датчиках и другой аппаратуре.

Пьезоэлектрические зуммеры

Принцип их действия основан на свойствах обратного пьезоэлектрического эффекта – возникновении механических деформаций под действием электрического напряжения.

Основным рабочим элементом является пьезоэлектрический элемент (диафрагма), который состоит из металлической пластины со слоем пьезоэлектрической керамики и токопроводящим напылением (рисунок 2, таблица 1).

Рис. 2. Конструкция пьезоэлектрического зуммера

Рис. 2. Конструкция пьезоэлектрического зуммера

Подача напряжения на контактные элементы побуждает колебательные движения биморфной конструкции пьезоизлучателя, преобразовывая их в звуковые волны.

Для усиления звукоизлучающих свойств пьезоэлемент помещается в корпус, который служит своего рода рупором.

Особенности: уровень звукового давления (SPL) пропорционален размеру корпуса громкоговорителя, поэтому в случае, когда требуется высокое звуковое давление, размер корпуса должен быть больше.

Электромагнитные зуммеры

Их принцип действия основан на физическом явлении возникновения колебаний ферромагнитной пластины под действием переменного магнитного поля, создаваемого магнитной системой (рисунок 3, таблица 1).

Рис. 3. Конструкция электромагнитного зуммера

Рис. 3. Конструкция электромагнитного зуммера

Особенности: механический износ конструкции, электрический шум, небольшой уровень выходного звукового давления и высокий потребляемый ток.

Таблица 1. Основные различия в параметрах пьезоэлектрических и электромагнитных зуммеров

Параметры Электромагнитный зуммер Пьезоэлектрический зуммер
Метод работы Электромагнитный эффект Пьезоэлектрический эффект
Диапазон рабочего напряжения, В 1,5…12 3…220
Ток потребления, мА 20…120 1…35
Уровень звукового давления (SPL), дБ 70…95 85…120
Размер, мм 4…25 7…50 (или более)
Резонансная частота, кГц 1…3 2…6

Механические зуммеры

Это особая подкатегория электромагнитных зуммеров. Данные устройства состоят из генератора, электромагнитной катушки и магнита (рисунок 4). Принцип их работы основан на перемещении металлического выступа (якоря) под действием электромагнита. Притягивание и возвращение якоря в исходное положение при включении и выключении электромагнита, соответственно, создает вибрации, которые в свою очередь порождают «жужжащий» шум низкой тональности.

Рис. 4. Конструкция механического зуммера

Рис. 4. Конструкция механического зуммера

Особенности: звуковое давление ниже чем у пьезоэлектрического зуммера, рабочее напряжение составляет 1…24 В, а рабочая частота – 300…500 Гц. Могут использоваться в устройствах для отпугивания грызунов и насекомых, поскольку не только издают звук, но и вибрируют.

Громкоговорители

Громкоговорители – пассивные электроакустические преобразователи электрических колебаний звукового диапазона частот в акустические колебания окружающей среды. Они имеют широкое применение в различных сферах человеческой деятельности: в телевизорах, магнитофонах, радиоприемниках, телефонных аппаратах и смартфонах, переговорных устройствах, домофонах, ноутбуках, планшетах, системах оповещения и других устройствах.

Электродинамический громкоговоритель (динамик) Speaker

Динамик состоит из подвижной и магнитной систем и рамы, соединяющей оба узла (рисунок 5, таблица 2).

Принцип работы: под воздействием тока вокруг катушки создается переменное магнитное поле, из-за которого катушка начинает вибрировать и передает колебания на мембрану (диффузор), а та в свою очередь преобразовывает эти механические колебания катушки в колебания звуковых волн.

Рис. 5. Конструкция электродинамического громкоговорителя

Рис. 5. Конструкция электродинамического громкоговорителя

Особенности: ограниченный диапазон звуковых частот, неспособность точно воспроизвести весь слышимый частотный диапазон.

Динамические приемники (Dynamic Receivers)

Данные излучатели состоят из основания с фиксированным постоянным магнитом, звуковой катушки и мембраны. Функционально близки к громкоговорителям, но не предназначены для излучения звука в открытое пространство (таблица 2).

Обычно используются в приложениях, где звукоизлучатель находится в непосредственной близости от человеческого уха, например, в аппаратуре связи, телефонах, спецгарнитурах, переговорных устройствах, наушниках и подобных приборах.

Таблица 2. Основные различия в параметрах громкоговорителей и приемников

Параметры Динамические громкоговорители (Speakers) Динамические приемники
(Receivers)
Применение На некотором расстоянии от человеческого уха В непосредственной близости от человеческого уха
Номинальная мощность Вт мВт
Импеданс звуковой катушки, Ом 4…8 От 32 и выше

Выбор звукоизлучателя

Чтобы выбрать подходящий тип звукоизлучателя, необходимо учитывать следующие факторы:

  • размер;
  • напряжение в приложении;
  • частота звука;
  • требуемый уровень звукового давления (SPL);
  • потребляемая мощность;
  • диапазон частот;
  • используемый процесс сборки;
  • стоимость и доступность.

Микрофоны

Микрофоны – преобразователи, улавливающие звуковые сигналы и создающие электрическое изображение звука, то есть производящие напряжение или ток, которые пропорциональны звуковому сигналу.

По направленности действия классифицируются как:

  • всенаправленные;
  • односторонне направленные;
  • двунаправленные (устройства с функцией шумоподавления).

Применяются в различной аппаратуре, такой как акустические приборы или аудиотехника, телефонные аппараты и средства связи, бытовые электронные приборы, аппаратура громкоговорящей связи, домофоны, радиостанции, телефонно-микрофонные гарнитуры, слуховые аппараты и прочее.

Электретный конденсаторный микрофон

ECM-микрофон – это фактически конденсатор, в котором пленка электрета (материала, способного сохранять поверхностный заряд) помещена в зазор или нанесена на одну из обкладок (рисунок 6, таблица 3).

Смещение диафрагмы под действием внешних звуковых волн вызывает изменение емкости между диафрагмой и задней пластиной, что в свою очередь вызывает изменение напряжения.

Рис. 6. Конструкция электретного конденсаторного микрофона

Рис. 6. Конструкция электретного конденсаторного микрофона

Особенности: могут обнаруживать не только акустические сигналы, но и механические вибрации и передавать их как низкочастотные акустические сигналы.

MEMS-микрофон

Это емкостной (конденсаторный) микрофон, состоящий из двух базовых компонентов: интегральной схемы (ASIC) и MEMS-сенсора в одном корпусе (рисунок 7, таблица 3).

MEMS-сенсор представляет собой мембрану, образующую конденсатор, а интегральная схема — звуковой предусилитель, преобразующий изменяющуюся емкость MEMS в выходной аналоговый или цифровой сигнал, в соответствии с типом микрофона.

Рис. 7. Конструкция MEMS-микрофона

Рис. 7. Конструкция MEMS-микрофона

Особенности: благодаря малым размерам применяется в смартфонах, гарнитурах, диктофонах, ноутбуках, видеокамерах и любых других портативных устройствах, а также в акустических датчиках.

Таблица 3. Основные различия в параметрах ECM- и MEMS-микрофонов

Параметры ECM-микрофоны MEMS-микрофоны
Технология Дискретные компоненты Кремниевая
Выходной сигнал Аналоговый Аналоговый или цифровой
Диапазон рабочего напряжения, В 1,0…10 1,5…3,6
Направленность Всенаправленные, однонаправленные, двунаправленные (с шумоподавлением) Всенаправленные
Размеры Относительно большие Компактные
Простота и гибкость при изменении проекта 2 контакта 4…6 контактов
Монтаж Ручная сборка Автоматический поверхностный монтаж
Устойчивость к воздействию температур, °C Не выше 85 до 100
Устойчивость ко внешним факторам
  • Подвержены внешним шумам
  • Отказывают при повторяющихся ударах
  • Обнаруживают механические вибрации
  • Имеют шумовую устойчивость
  • Устойчивы к ударам
  • Меньше подвержены действию вибраций
Цена  Низкая Более высокая

В настоящий момент в линейке поставок КОМПЭЛ есть компании, которые перекрывают долю потребности в акустических компонентах.

Тип акустических компонентов Звукоизлучатели и микрофоны JL World Звукоизлучатели KLS
Электромагнитные зуммеры
(Self drive)
+ +
Электромагнитные преобразователи (External drive) + +
Пьезоэлектрические зуммеры
(Self drive)
+ +
Пьезоэлектрические преобразователи (External drive) + +
Пьезоэлементы (пьезодиафрагмы) +
Механические зуммеры + +
Электродинамические громкоговорители/динамики (Speakers) + +
Динамические приемники
(Dynamic receivers)
+
Электретные конденсаторные микрофоны + +
MEMS-микрофоны +

 

•••

Наши информационные каналы

О компании JL World

Компания JL World (JLW), основанная в 2000 году в Гонконге, является одним из ведущих азиатских разработчиков и производителей акустических электронных компонентов. Под брендом SoniCrest компания производит: Звукоизлучатели (пьезо, магнитные и механические); Микрофоны; Динамики. Продукция производится на двух китайских заводах компании, производство сертифицировано по ISO9001, ISO14001, ISO13485, TS16949. Электромагнитные и пьезоизлучатели SoniCrest широко применяются в панел ...читать далее

Товары
Наименование
L-KLS3-MT-12x09-A9 (KLS)
 
L-KLS3-MT-9.6x05-B (KLS)
 
L-KLS3-PT-12X06-A (KLS)
 
L-KLS3-PT-17x08-A (KLS)
 
L-KLS3-SMT-14x04 (KLS)
 
L-KLS3-SMT-16x2.5-A (KLS)
 
L-KLS3-MM9767P-603 (KLS)
 
L-KLS3-MM6035P-403 (KLS)
 
HCM1206A (JLW)
 
HCM1203A (JLW)