Brzęczyk kontra głośnik: różnice, zasady działania i jak wybrać odpowiednie rozwiązanie

1. Wprowadzenie
2. Jak działają
3.Porównanie bezpośrednie
4. Gdzie każdy ma swoje miejsce
5. Ramy decyzyjne
6.Wnioski

Wstęp
Informacja zwrotna dźwiękowa zawsze była częścią interfejsu użytkownika. Kiedy pojawiła się pierwsza elektronika, wydawała sygnał dźwiękowy. Informowała o gotowości, wprowadzeniu danych lub wystąpieniu błędu. Właśnie taki był cel, a sygnał dźwiękowy był wystarczający.
Teraz wymagania są inne. Chcemy naturalnego sprzężenia zwrotnego. Chcą słyszeć głosy, dźwięki, tony i muzykę. Dlatego inżynierowie zadają sobie pytanie: czy potrzebuję… Brzęczyk czy mówca?
W tym blogu zajmiemy się działaniem, możliwościami i procesem podejmowania decyzji, które służą ustaleniu, kiedy użyć jednej lub drugiej opcji, aby „za pierwszym razem zrobić to dobrze”.

Jak działają
1. Brzęczyki: mają być głośne
Energię elektryczną można zamienić na dźwięk w brzęczyku na dwa sposoby.
Brzęczyki piezoelektryczne wykorzystują efekt piezoelektryczny. Pod wpływem napięcia do ceramicznego dysku ugina się on. Odwrócenie polaryzacji powoduje jego odkształcenie. Przy odpowiednio wysokiej częstotliwości oscyluje, wypierając powietrze i wydając dźwięk. Piękno tego urządzenia tkwi w jego prostocie. Nie ma cewek, magnesów ani części, które mogłyby się zużyć lub ulec awarii, poza ceramicznym dyskiem. Dzięki temu brzęczyki piezoelektryczne są bardzo wytrzymałe i odporne na wstrząsy i wibracje.
Brzęczyki elektromagnetyczne różnią się od siebie. Prąd przepływający przez cewkę wytwarza pole magnetyczne. Membrana jest przyciągana do rdzenia. Po odcięciu prądu membrana cofa się. Szybkie włączanie i wyłączanie prądu powoduje dźwięk. Jest on bardzo podobny do kliku przekaźnika, ale znacznie szybszy.
Ale tu jest właśnie rzecz, aktywne kontra pasywne jest ważne.
Aktywny brzęczyk posiada wbudowany oscylator. Po zasileniu prądem stałym generuje własny sygnał sterujący. Jest to generator szumów o stałej częstotliwości. Łatwy w podłączeniu, efektywnie wykorzystuje GPIO, nie wymaga generowania sygnału.
Brzęczyki pasywne nie posiadają oscylatorów. Są aktywowane zewnętrznym sygnałem PWM. Częstotliwość ustawia się w mikrokontrolerze, co pozwala na generowanie różnych dźwięków. Wymaga to nieco więcej pracy nad oprogramowaniem układowym, ale oferuje większą elastyczność.
2. Głośniki: Dźwięk szerokopasmowy
Indukcja elektromagnetyczna jest podstawą działania głośników dynamicznych. Cewka drgająca znajduje się w stałym polu magnetycznym. Prąd elektryczny doprowadzony do cewki wywołuje na nią siłę zależną od natężenia prądu. Cewka jest również połączona ze stożkową membraną. Gdy cewka porusza się do przodu i do tyłu, stożek wykonuje to samo, generując ciśnienie. Przy zmiennym prądzie ruch powietrza również ulega zmianie, dopasowując się do kształtu fali.
Pozostaje dźwięk szerokopasmowy. Głośnik może odtwarzać dźwięk w zakresie od 20 Hz do 20 kHz – pełne spektrum słyszalne. Dlatego głośniki są preferowaną metodą odtwarzania dźwięków wokalnych, muzycznych i wszelkich innych treści tonalnych i językowych.
Ale to wszystko wiąże się z kosztami inżynieryjnymi. Głośnik potrzebuje wzmacniacza. Musi być odpowiednio dobrany. Zazwyczaj wymaga jakiejś obudowy. Jeśli chcesz, żeby brzmiał dobrze, obudowa również musi być starannie zaprojektowana. Samo zainstalowanie przetwornika na płytce drukowanej oznacza, że ​​dźwięk będzie słaby i słaby, ponieważ nie ma kontroli nad ciśnieniem zwrotnym.

Porównanie bezpośrednie

Podstawowa różnica sprowadza się do wydajności w paśmie wąskopasmowym i szerokopasmowym oraz złożoności układu sterującego. Brzęczyk jest zoptymalizowany pod kątem pojedynczego zadania akustycznego. Głośnik to przetwornik ogólnego przeznaczenia, który wymaga infrastruktury wspomagającej, aby działać prawidłowo.

Gdzie każdy należy
1. Alerty, alarmy i powiadomienia
Brzęczyki są używane w sprzęcie do monitorowania medycznego, alarmach przeciwpożarowych, panelach sterowania i blokadach bezpieczeństwa. Ale nie tylko dlatego, że dźwięk jest słyszalny nawet w zatłoczonych miejscach, nawet gdy nikt go nie słyszy. Brzęczyk piezoelektryczny o częstotliwości 90 dB i 3 kHz będzie słyszalny ponad hałasem panującym w fabryce, podczas gdy mały głośnik nie będzie w stanie tego zrobić.
Istnieje również argument bezpieczeństwa. W sytuacji zagrożenia życia nie należy polegać na sprawnym działaniu przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC), układu scalonego wzmacniacza i bufora audio. Brzęczyk sterowany przez GPIO jest bardziej niezawodnym elementem.
2. Interfejs głosowy, powiadomienia i multimedia
Urządzenia elektroniki użytkowej, systemy informacyjno-rozrywkowe, inteligentne domy i inteligentne urządzenia ubieralne – wszystkie one potrzebują głośników. Jeśli kiedykolwiek potrzebujesz wypowiedzieć słowo, zadzwonić dzwonkiem, włączyć muzykę i uzyskać dźwięk powiadomienia, aby reprezentować swój produkt, brzęczyk tego nie zrobi. Potrzebują głośnika ze wzmacniaczem i przetwarzaniem sygnału audio.
Rzeczywistość, w której produkt może teraz polegać na asystentach głosowych, podniosła oczekiwania. Użytkownicy oczekują naturalnie brzmiącego dźwięku. Korzystanie z brzęczyka będzie brzmiało przestarzale.
3. Zagadnienia środowiskowe
Brzęczyki piezoelektryczne są bardzo wytrzymałe. Mogą wytrzymać wysokie temperatury, wilgoć, warunki zewnętrzne i przemysłowe. Element ceramiczny nie jest tak wrażliwy na działanie wody jak stożek papierowy.
Głośniki dynamiczne są bardziej wrażliwe. Membrana i klej zawieszenia, a także cewka drgająca zużywają się szybciej pod wpływem cykli temperaturowych i wilgoci. Jeśli Twój produkt jest przeznaczony do użytku na zewnątrz lub w wilgotnym środowisku, upewnij się, że ma stopień ochrony IP i jest kompatybilny z substancjami chemicznymi.

Ramy decyzyjne
Podczas wybierania komponentów, zadaj sobie te pytania w podanej kolejności.
Jakie informacje przekazuje dźwięk? Jeśli to „coś się stało, bądź czujny”, wystarczy brzęczyk. Jeśli to mowa, ton, muzyka lub branding, potrzebny będzie głośnik.
Jaki jest Twój budżet na energię? Urządzenia IoT są często zasilane bateryjnie, od baterii pastylkowych po baterie litowo-polimerowe (LiPo). Brzęczyki mogą skutecznie alarmować przy natężeniu poniżej 5 mA. Głośnik ze wzmacniaczem pobiera 50 mA lub więcej. Jeśli chcesz oszczędzać energię, wybór odpowiedniego przetwornika akustycznego może wpłynąć na żywotność baterii.
Jaki masz układ? Głośnik dodaje kodek audio/DAC, wzmacniacz klasy D, kondensatory obejściowe, filtrowanie/tłumienie EMC wzmacniacza przełączającego. To kwestia nieruchomości, całkowitego kosztu i projektu nowego programu aplikacyjnego. Jeśli nie możesz pozwolić sobie na złożoność głośnika, PWM do pasywnego brzęczyka jest znacznie łatwiejsze w mikrokontrolerze.
Jakie są Twoje cele kosztowe? Dla porównania, miniaturowy przetwornik głośnikowy i układ scalony wzmacniacza wraz z obudową kosztują o kilka dolarów więcej w zestawieniu materiałów (BOM) i wiążą się ze znacznymi kosztami oprzyrządowania. To dużo pieniędzy w przypadku wielu urządzeń elektronicznych przeznaczonych dla konsumentów.

Wniosek
Zarówno brzęczyki, jak i głośniki to przetworniki elektroakustyczne, ale do różnych zastosowań. Brzęczyk został zaprojektowany jako alarm. Jest tani i wydajny jak na swój rozmiar, głośny i wytrzymały. Głośnik to głośnik pełnozakresowy. Wymaga więcej sprzętu pomocniczego, ale umożliwia odtwarzanie powiadomień dźwiękowych, muzyki i głosu.
Najlepszym wyborem jest taki, który spełnia wymagania produktu, bez nadmiernego modyfikowania reszty. Jeśli chcesz coś wyrazić, użyj głośnika. Jeśli chcesz, aby było słyszalne głośno i wyraźnie, najlepszy będzie brzęczyk.
Będzie jedno i drugie. Na przykład, inteligentne urządzenie domowe może mieć głośnik, który będzie głosowo prowadził użytkownika, oraz bardzo mały piezoelektryczny brzęczyk, który będzie alarmował o błędzie sprzętowym, niezależnie od systemu audio.
Jeżeli nie jesteś pewien wyboru dla swojego obecnego projektu lub masz problemy z akustyką swojego obecnego projektu, Najlepszy Oferujemy wsparcie inżynieryjne i pomoc w zakresie doboru części i inżynierii w praktycznym środowisku pracy. Dzięki doświadczeniu w projektowaniu i produkcji przetworników akustycznych, Najlepszy może pomóc w ustaleniu, czy gotowy komponent będzie wystarczający, czy też potrzebny jest konkretny projekt przetwornika akustycznego dla konkretnego środowiska operacyjnego.