壓電蜂鳴器的發(fā)聲機(jī)制是什么?

壓電聲音元件，一般稱為壓電蜂鳴器，是用于產(chǎn)生警報、電子聲音的產(chǎn)品，扮演設(shè)備向人傳遞信號的角色，被廣泛用于家電、消費(fèi)類產(chǎn)品等民生用設(shè)備以及汽車、工業(yè)設(shè)備。

壓電蜂鳴器的發(fā)聲機(jī)制是什么呢？

認(rèn)識“聲音”

聲音就是空氣的振動，例如報警器、火災(zāi)警報器、鬧鐘等空氣振動（音源）引起氣壓變化（聲波），傳遞到耳朵，引起鼓膜振動，從而作為聲音被人所識別。

傳遞聲音振動時產(chǎn)生的空氣壓力稱為聲壓。聲壓有密有疏，這種變化在1秒鐘內(nèi)重復(fù)的次數(shù)成為頻率。

通常說的聲音響度就是聲壓級，而音高就是指頻率。 一般將人能聽到的最小限度的聲音響度作為0dB(20μPa），是聲壓的基準(zhǔn)。村田的聲音元件大概在70～90dB（10cm處）。

但是，如果離聲源距離較遠(yuǎn)，聲音也會變小。所以，要產(chǎn)品滿足一定的聲壓規(guī)定，需確定與聲源的距離和需要的聲壓。

人耳能聽到“聲音”的頻帶（可聽頻率范圍），一般是“20Hz～20,000Hz”。其中，“2kHz～4kHz”區(qū)域的聲音能最有效的被聽到，所以聲音元件使用“2kHz～4kHz”的情況較多。

聲音元件的種類

人們可能已經(jīng)意識不到，其實(shí)常使用的聲音元件中很多是機(jī)械式的，也就是對聲源施加機(jī)械沖擊而產(chǎn)生聲音的方式，比如自行車車鈴等；電子式聲音元件，則是通過施加電壓、電流等電氣信號使聲源產(chǎn)生振動的方式。

而壓電聲音元件，因?yàn)榫哂泻碾娦。?qū)動容易，結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕而且容易薄型化，在現(xiàn)代人們生活和工作的各種設(shè)備儀器中得到越來越廣泛地使用。

壓電聲音元件結(jié)構(gòu)和原理

壓電聲音元件一定需要放入壓電振動板。這是由已形成電極的壓電陶瓷與黃銅、鎳等金屬板粘合而成的簡單構(gòu)造。

向壓電振動板施加電壓（下圖），壓電陶瓷會拉升，但粘合的金屬板不會伸縮而是彎曲(a)。施以反向電壓，就會向相反方向彎曲(b)。

輸入電壓方向相互變化的信號，就會反復(fù)出現(xiàn)(a)和(b)的交替狀態(tài)，產(chǎn)生聲波(c)。 壓電聲音元件通常都有外殼（下圖），其作用不僅是保護(hù)，主要是因?yàn)橥鈿さ墓缠Q效果，能讓元件發(fā)出較大的聲音。

基于共鳴效果，當(dāng)振動板共振頻率fo與外殼內(nèi)的共鳴頻率fcav接近的話，聲壓可以增大10～20dB（下圖）。

fo（共振頻率），振動板最有效的振動頻率。

fcav（共鳴頻率），外殼內(nèi)的共鳴頻率是由外殼尺寸、發(fā)聲孔的尺寸所決定的。

壓電聲音元件的驅(qū)動電路有他勵振式電路與自勵振式電路。

他勵振式電路 微型計算機(jī)的普及使得他勵振式成為主流（上圖）。其中IC等外部信號輸入，驅(qū)動出聲。發(fā)聲頻率是外部信號源頻率。

自勵振式電路 自勵振式是元件與晶體管、電阻共同構(gòu)成振蕩電路，施加直流電壓引發(fā)振動并出聲。此時，發(fā)聲頻率是振動板共振頻率。比如，村田的PKB系列就是內(nèi)置晶體管、電阻。
壓電聲音元件種類細(xì)分

村田聲音元件(蜂鳴器)陣容

- 壓電振動板 -

電端子與黃銅、鎳等金屬板粘合而成。使用方法有以下2種，相對的電極形狀也會有差異。

他勵振型（依據(jù)外部信號振動發(fā)出聲音）→ 整體電極

自勵振型（施加一定的電壓后自體產(chǎn)生振動發(fā)出聲音）→ 分割電極（有反饋電極）

- 壓電擴(kuò)音器 -

壓電振動板與塑料外殼（共鳴器）相結(jié)合。有他勵振型與自勵振型2種。 - 壓電蜂鳴器 -

壓電蜂鳴器的塑料外殼中內(nèi)置振蕩電路。只要施加直流電源（例如干電池）就能發(fā)出聲音。
選擇村田SMD擴(kuò)音器的6個理由

新設(shè)計的設(shè)備儀器中，SMD表面貼裝型聲音元件得到越來越廣泛地應(yīng)用。而村田的SMD壓電蜂鳴器在業(yè)內(nèi)備受好評，其中有六大原因。

小型·薄型

與本公司的插腳型產(chǎn)品相比，村田SMD型壓電蜂鳴器的厚度約薄70%，非常適合于在小型可穿戴的醫(yī)療設(shè)備中使用。

低消耗電流
低功耗令電池持久耐用。一般的電磁蜂鳴器大約需要20毫安的電流，而壓電蜂鳴器的電流消耗大概在0.3至0.5毫安。

高音壓（大音量）

村田的SMD壓電蜂鳴器雖然體積小巧，卻性能卓越，能實(shí)現(xiàn)業(yè)界超大級的音量。而且無須繁瑣的音響設(shè)計，只需要安裝在器械上就能發(fā)出足夠大的聲響。比如PKMCS1818E20A0-R1，能實(shí)現(xiàn)100dB(Typ, @2kHz、+12Vo-p方形波、10cm)。

簡單組裝

村田的SMD型蜂鳴器都是最終成品，不需要復(fù)雜的振動板/外殼設(shè)計。在組裝工藝中使用表面貼裝型器件可以省去波峰焊工藝。

回流焊前后特性變化小

如上圖所示，熱負(fù)載產(chǎn)生的音壓降低效應(yīng)極低，可放心進(jìn)行組裝和使用。 高可靠、安全放心

運(yùn)用至今為止積累的設(shè)計制造技術(shù)，村田的SMD壓電蜂鳴器滿足嚴(yán)格的可靠性條件，產(chǎn)品已在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)得到眾多客戶的廣泛使用。

而村田車用級SMD聲音元件/蜂鳴器，能夠保證嚴(yán)格的可靠性條件(相當(dāng)于AEC-Q200)，應(yīng)用范圍包括 ETC，電動滑門，行駛記錄儀，RKE應(yīng)答，以及系安全帶、指示燈滅、倒車檔、停車輔助、車道保持、各種報警/鍵觸摸等聲音提示。 如您希望了解更多有關(guān)車用級蜂鳴器可靠性的詳細(xì)試驗(yàn)條件及結(jié)果，請聯(lián)系當(dāng)?shù)卮逄?a target="_blank">工程師或銷售人員。
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