Si vous concevez des produits tels qu'un appareil électroménager, un panneau de sécurité, un système de contrôle d'accès ou un périphérique informatique, vous pouvez choisir d'intégrer un buzzer comme seul moyen d'interaction avec les utilisateurs ou comme élément d'une interface utilisateur plus sophistiquée.
Par Bruce Rose, ingénieur d'applications principal, CUI Devices
Dans les deux cas, le buzzer peut constituer un moyen peu coûteux et fiable d'accuser réception d'une commande, d'indiquer l'état d'un équipement ou d'un processus, de susciter une interaction ou de déclencher une alarme.
En général, un buzzer est soit magnétique, soit piézoélectrique. Votre choix dépendra des caractéristiques du signal d'entrée, de la puissance audio requise et de l'espace disponible. Vous pouvez également opter pour un modèle à indicateur ou à transducteur, selon le son souhaité et vos compétences en conception de circuits.
Examinons les principes qui sous-tendent les différents mécanismes, puis voyons si le type magnétique ou piézo (et le choix entre indicateur et actionneur) pourrait convenir à votre projet.
avertisseurs magnétiques
Les avertisseurs magnétiques sont essentiellement des dispositifs alimentés par courant, nécessitant généralement plus de 20 mA pour fonctionner. La tension appliquée peut être aussi basse que 1,5 V ou atteindre environ 12 V.
Comme le montre la figure 1, le mécanisme comprend une bobine et un disque ferromagnétique flexible. Lorsqu'un courant traverse la bobine, le disque est attiré vers celle-ci et reprend sa position initiale en l'absence de courant.
La déformation du disque provoque un mouvement de l'air environnant, que l'oreille humaine interprète comme un son. L'intensité du courant traversant la bobine est déterminée par la tension appliquée et l'impédance de la bobine.
Figure 1. Construction et principe de fonctionnement du buzzer magnétique.
buzzers piézoélectriques
La figure 2 illustre les éléments d'un buzzer piézoélectrique. Un disque de matériau piézoélectrique est maintenu par ses bords dans un boîtier, et des contacts électriques sont réalisés sur ses deux faces. L'application d'une tension entre ces électrodes provoque la déformation du matériau piézoélectrique, ce qui engendre un mouvement d'air détectable sous forme de son.
Contrairement au buzzer magnétique, le buzzer piézoélectrique est un dispositif commandé en tension ; sa tension de fonctionnement est généralement plus élevée et peut se situer entre 12 V et 220 V, tandis que le courant est inférieur à 20 mA. Le buzzer piézoélectrique est modélisé par un condensateur, tandis que le buzzer magnétique est modélisé par une bobine en série avec une résistance.
Figure 2. Construction du buzzer piézoélectrique.
Pour les deux types de buzzers, la fréquence du son émis est déterminée par la fréquence du signal d'excitation et peut être contrôlée sur une large plage. En revanche, alors que les buzzers piézoélectriques présentent une relation relativement linéaire entre l'intensité du signal d'entrée et la puissance audio de sortie, la puissance audio des buzzers magnétiques chute brutalement lorsque l'intensité du signal diminue.
Les caractéristiques du signal de commande disponible peuvent influencer le choix entre un avertisseur magnétique et un avertisseur piézoélectrique pour votre application. Cependant, si le niveau sonore est un critère essentiel, les avertisseurs piézoélectriques produisent généralement un niveau de pression acoustique (SPL) plus élevé que les avertisseurs magnétiques, mais ils sont aussi généralement plus encombrants.
Indicateur ou transducteur
Le choix entre un indicateur et un transducteur dépend de la gamme de sons requis et de la conception du circuit associé pour piloter et contrôler le buzzer.
Un indicateur est livré avec un circuit de commande intégré. Cela simplifie la conception du circuit (figure 3) et permet une utilisation immédiate, au détriment d'une flexibilité réduite. Bien qu'une simple tension continue suffise, le signal audio obtenu est soit continu, soit pulsé, la fréquence étant fixe. Par conséquent, les sons multifréquences, tels que les sirènes ou les carillons, ne sont pas compatibles avec les avertisseurs sonores pour indicateurs.
Figure 3. Un avertisseur sonore produit un son lorsqu'une tension continue est appliquée.
Dépourvu de circuit de commande intégré, un transducteur offre la possibilité de produire une grande variété de sons grâce à différentes fréquences ou formes d'onde arbitraires. Outre les sons continus ou pulsés de base, il est possible de générer des sons tels que des alarmes multitonales, des sirènes ou des carillons.
La figure 4 illustre le circuit d'application d'un transducteur magnétique. L'interrupteur, généralement un transistor bipolaire ou un FET, sert à amplifier le signal d'excitation. En raison de l'inductance de la bobine, la diode représentée sur le schéma est nécessaire pour limiter la tension de retour lors de la coupure rapide du transistor.
Figure 4. Un transducteur magnétique nécessite un signal d'excitation, un transistor amplificateur et une diode pour gérer la tension de retour induite.
Il est possible d'utiliser un circuit d'excitation similaire avec un transducteur piézoélectrique. Grâce à sa faible inductance, une diode n'est pas nécessaire. Toutefois, le circuit requiert un mécanisme de réinitialisation de la tension lorsque l'interrupteur est ouvert ; on peut y parvenir en remplaçant la diode par une résistance, au prix d'une dissipation de puissance plus importante.
On peut également augmenter le niveau sonore en augmentant la tension crête à crête appliquée au transducteur. Si l'on utilise un circuit en pont complet comme illustré sur la figure 5, la tension appliquée est deux fois supérieure à la tension d'alimentation disponible, ce qui permet d'obtenir une puissance audio de sortie supérieure d'environ 6 dB.
Figure 5. L'utilisation d'un circuit en pont permet de doubler la tension appliquée au transducteur piézo, ce qui donne 6 dB de puissance audio supplémentaire.
Conclusion
Les avertisseurs sonores sont simples et peu coûteux, et le choix se limite à quatre catégories principales : magnétiques ou piézoélectriques, indicateurs ou transducteurs. Les avertisseurs magnétiques fonctionnent sous des tensions plus basses, mais nécessitent un courant d'alimentation plus élevé que les modèles piézoélectriques. Ces derniers peuvent produire un niveau de pression acoustique plus élevé, mais sont généralement plus encombrants.
Vous pouvez alimenter un avertisseur sonore avec une simple tension continue ou opter pour un transducteur pour des sons plus sophistiqués, à condition d'ajouter le circuit externe nécessaire. Heureusement, CUI Devices propose une gamme d'avertisseurs sonores magnétiques et piézoélectriques, disponibles en version témoin ou transducteur, afin de simplifier votre choix.
Date de publication : 12 septembre 2023