การเลือกออดที่เหมาะสม – ทบทวนเกณฑ์การเลือกออดที่สำคัญ

หากคุณกำลังออกแบบผลิตภัณฑ์ เช่น เครื่องใช้ในบ้าน แผงรักษาความปลอดภัย ระบบเข้าประตู หรืออุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์ คุณอาจเลือกที่จะมีออดเป็นวิธีการเดียวในการโต้ตอบกับผู้ใช้ หรือเป็นส่วนหนึ่งของอินเทอร์เฟซผู้ใช้ที่ซับซ้อนมากขึ้น

โดย Bruce Rose วิศวกรแอปพลิเคชันหลัก อุปกรณ์ CUI

ไม่ว่าในกรณีใด ออดอาจเป็นวิธีการรับทราบคำสั่งที่ไม่แพงและเชื่อถือได้ ระบุสถานะของอุปกรณ์หรือกระบวนการ กระตุ้นให้มีการโต้ตอบ หรือส่งสัญญาณเตือน

โดยพื้นฐานแล้ว ออดมักจะเป็นแบบแม่เหล็กหรือแบบเพียโซอิเล็กทริกทางเลือกของคุณขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของสัญญาณไดรฟ์ หรือกำลังเสียงเอาท์พุตที่ต้องการ และพื้นที่ทางกายภาพที่มีอยู่คุณยังสามารถเลือกระหว่างประเภทตัวบ่งชี้และทรานสดิวเซอร์ได้ ขึ้นอยู่กับเสียงที่คุณต้องการและทักษะการออกแบบวงจรที่คุณสามารถใช้ได้

เรามาดูหลักการเบื้องหลังกลไกต่างๆ แล้วพิจารณาว่าประเภทแม่เหล็กหรือเพียโซ (และตัวเลือกของอินดิเคเตอร์หรือแอคชูเอเตอร์) อาจเหมาะกับโครงการของคุณหรือไม่

ออดแม่เหล็ก

ออดแม่เหล็กเป็นอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปต้องใช้กระแสไฟมากกว่า 20mA ในการทำงานแรงดันไฟฟ้าที่ใช้สามารถต่ำได้ถึง 1.5V หรือสูงถึงประมาณ 12V

ดังรูปที่ 1 กลไกประกอบด้วยคอยล์และจานแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกที่ยืดหยุ่นเมื่อกระแสไหลผ่านขดลวด แผ่นจานจะถูกดึงดูดเข้าหาขดลวดและกลับสู่ตำแหน่งปกติเมื่อกระแสไม่ไหล

การโก่งตัวของดิสก์นี้ทำให้อากาศในบริเวณใกล้เคียงเคลื่อนที่ และหูของมนุษย์ตีความว่าเป็นเสียงกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดจะถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และความต้านทานของขดลวด

รูปที่ 1 โครงสร้างและหลักการทำงานของออดแม่เหล็ก

ออด Piezo

รูปที่ 2 แสดงองค์ประกอบของออดแบบเพียโซแผ่นวัสดุเพียโซอิเล็กทริกได้รับการรองรับที่ขอบในตู้ และหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นที่ทั้งสองด้านของแผ่นแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอิเล็กโทรดเหล่านี้ทำให้วัสดุเพียโซอิเล็กทริกเสียรูป ส่งผลให้เกิดการเคลื่อนที่ของอากาศที่สามารถตรวจจับได้ว่าเป็นเสียง

ตรงกันข้ามกับออดแม่เหล็ก เพียโซออดเป็นอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้าในการทำงานมักจะสูงกว่าและอาจอยู่ระหว่าง 12V ถึง 220V ในขณะที่กระแสไฟฟ้าน้อยกว่า 20mAเสียงกริ่งแบบเพียโซจำลองเป็นตัวเก็บประจุ ในขณะที่เสียงกริ่งแม่เหล็กจำลองเป็นขดลวดที่ต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน

รูปที่ 2 โครงสร้างเสียงสัญญาณ Piezo

สำหรับทั้งสองประเภท ความถี่ของเสียงที่ได้ยินจะถูกกำหนดโดยความถี่ของสัญญาณการขับขี่ และสามารถควบคุมได้ในช่วงกว้างในทางกลับกัน ในขณะที่ออดแม่เหล็กแบบเพียโซแสดงความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงอย่างสมเหตุสมผลระหว่างความแรงของสัญญาณอินพุตและพลังเสียงเอาท์พุต พลังเสียงของออดแม่เหล็กจะลดลงอย่างรวดเร็วด้วยความแรงของสัญญาณที่ลดลง

ลักษณะของสัญญาณขับเคลื่อนที่คุณมีสามารถกำหนดได้ว่าคุณเลือกออดแม่เหล็กหรือออดแบบเพียโซสำหรับการใช้งานของคุณอย่างไรก็ตาม หากความดังเป็นข้อกำหนดหลัก ออดแบบเพียโซสามารถสร้างระดับความดันเสียง (SPL) ที่สูงกว่าออดแบบแม่เหล็ก แต่ก็มีแนวโน้มที่จะมีพื้นที่ที่ใหญ่กว่าเช่นกัน

ตัวบ่งชี้หรือตัวแปลงสัญญาณ

การตัดสินใจว่าจะเลือกตัวบ่งชี้หรือประเภททรานสดิวเซอร์นั้นขึ้นอยู่กับช่วงของเสียงที่ต้องการและการออกแบบวงจรที่เกี่ยวข้องเพื่อขับเคลื่อนและควบคุมออด

ไฟแสดงสถานะมาพร้อมกับวงจรขับเคลื่อนที่ติดตั้งอยู่ในอุปกรณ์สิ่งนี้ทำให้การออกแบบวงจรง่ายขึ้น (รูปที่ 3) ทำให้สามารถใช้งานแบบปลั๊กแอนด์เพลย์ เพื่อแลกกับความยืดหยุ่นที่ลดลงแม้ว่าคุณจะต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเพียงอย่างเดียว แต่จะสามารถรับสัญญาณเสียงแบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์ได้เท่านั้น เนื่องจากความถี่ได้รับการแก้ไขภายในซึ่งหมายความว่าเสียงสัญญาณหลายความถี่ เช่น เสียงไซเรนหรือเสียงระฆัง จะไม่สามารถทำได้เมื่อใช้ออดสัญญาณ

รูปที่ 3 เสียงสัญญาณเตือนจะสร้างเสียงเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

เนื่องจากไม่มีวงจรขับเคลื่อนในตัว ทรานสดิวเซอร์จึงให้ความยืดหยุ่นในการรับเสียงที่หลากหลายโดยใช้ความถี่ที่หลากหลายหรือรูปทรงคลื่นที่กำหนดเองนอกเหนือจากเสียงต่อเนื่องหรือเป็นจังหวะพื้นฐานแล้ว คุณสามารถสร้างเสียงต่างๆ เช่น เสียงเตือนแบบหลายโทน เสียงไซเรน หรือเสียงระฆังได้

รูปที่ 4 แสดงวงจรการใช้งานสำหรับทรานสดิวเซอร์แม่เหล็กโดยทั่วไปสวิตช์จะเป็นทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์หรือ FET และใช้เพื่อขยายรูปคลื่นการกระตุ้นเนื่องจากการเหนี่ยวนำของคอยล์ ไดโอดที่แสดงในแผนภาพจึงจำเป็นสำหรับยึดแรงดันฟลายแบ็คเมื่อทรานซิสเตอร์ปิดอย่างรวดเร็ว

รูปที่ 4 ทรานสดิวเซอร์แบบแม่เหล็กต้องใช้สัญญาณกระตุ้น ทรานซิสเตอร์แอมพลิฟายเออร์ และไดโอดเพื่อจัดการกับแรงดันไฟฟ้าฟลายแบ็คที่ถูกเหนี่ยวนำ

คุณสามารถใช้วงจรกระตุ้นที่คล้ายกันกับทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซได้เนื่องจากทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซมีความเหนี่ยวนำต่ำ จึงไม่จำเป็นต้องมีไดโอดอย่างไรก็ตาม วงจรจำเป็นต้องมีวิธีการรีเซ็ตแรงดันไฟฟ้าเมื่อสวิตช์เปิดอยู่ ซึ่งสามารถทำได้โดยการเพิ่มตัวต้านทานแทนไดโอด โดยมีต้นทุนในการกระจายพลังงานที่สูงขึ้น

นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มระดับเสียงได้ด้วยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจากจุดสูงสุดถึงจุดสูงสุดที่ใช้กับทรานสดิวเซอร์หากคุณใช้วงจรฟูลบริดจ์ดังแสดงในรูปที่ 5 แรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่ ซึ่งจะทำให้คุณมีกำลังเสียงเอาท์พุตสูงขึ้นประมาณ 6dB

รูปที่ 5 การใช้วงจรบริดจ์สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับทรานดิวเซอร์เพียโซเป็นสองเท่า ทำให้มีพลังเสียงเพิ่มขึ้น 6 dB

บทสรุป

ออดนั้นเรียบง่ายและราคาไม่แพง และตัวเลือกต่างๆ จะจำกัดอยู่เพียงสี่ประเภทพื้นฐาน: แม่เหล็กหรือเพียโซอิเล็กทริก ตัวบ่งชี้หรือทรานสดิวเซอร์ออดแม่เหล็กสามารถทำงานได้จากแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า แต่ต้องการกระแสไดรฟ์ที่สูงกว่าประเภทเพียโซออดแบบเพียโซสามารถสร้าง SPL ที่สูงขึ้นแต่มีแนวโน้มที่จะมีพื้นที่ที่ใหญ่กว่า

คุณสามารถใช้งานออดสัญญาณบ่งชี้ด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น หรือเลือกทรานสดิวเซอร์สำหรับเสียงที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น หากคุณสามารถเพิ่มวงจรภายนอกที่จำเป็นได้โชคดีที่ CUI Devices นำเสนอออดแม่เหล็กและออดแบบเพียโซหลายประเภท ทั้งในประเภทอินดิเคเตอร์หรือทรานสดิวเซอร์ เพื่อให้การเลือกออดสำหรับการออกแบบของคุณง่ายยิ่งขึ้น