【Maker電子學】壓電蜂鳴器的原理與應用 — 特別篇

Posted By Liang Bird on 2 月 20, 2022 in Maker電子學, 壓電蜂鳴器, 教學文 | 0 comments

我們上次提過，將機械能轉換爲電荷的「正壓電效應」也同時存在於壓電蜂鳴器上；也就是說，如果你對壓電蜂鳴器施加力量，它會產生電荷，而在上面產生讓你可以測量到的電壓。

理論上它確實可以將震動轉換爲電訊號，但壓電蜂鳴器本身的結構並不適合將「聲音」轉換爲電訊號，其中一個主要的原因是，壓電蜂鳴器的機械結構導致它的頻寬很窄，也就是它對不同頻率的電訊號響應出來的機械訊號強度會有很大的差距。

以我們上一回看的一個範例來說，PKM22EPPH4007-B0 這顆壓電蜂鳴器在 4 KHz 左右的最佳共振頻率的效率最好，用 1.5 Vpp 的方波訊號，可以在 10 cm 處測得將近 95 dB 的音壓，但是如果驅動頻率只有 2 KHz 時，在同樣的驅動條件下，音壓卻只有 60 dB，中間差了超過 30 dB。

（圖片來源：Bird 提供）

雖然上圖是將電壓轉換爲機械震動的逆壓電效應，但同樣的現象也發生在將機械震動轉換爲電壓訊號的正壓電效應上；如果要用這樣的裝置來做聲電轉換，下場就是失真，因此壓電蜂鳴器雖然可以拿來當麥克風，卻不是一個好的麥克風。

除了用來偵測聲音訊號，壓電蜂鳴器其實也可以拿來偵測更低頻的機械訊號，而且效果還不差。如果你拿一個壓電蜂鳴器，直接用示波器去夾它的兩極，再用手去敲一下蜂鳴器，你可以在示波器上看到一個類似這樣的訊號：