蜂鳴器內蜜蜂出沒注意！？ / 淺談「有源」與「無源」 / 研發過程分享 / 頻率響應－創科小淘氣 The Little Electronics Mischief

不論是電子菜鳥，或是資深老鳥，最常接觸的電子零件，除 LED 外當數蜂鳴器（buzzer）。

蜂鳴器發聲原理

蜂鳴器接上直流電源便可發出聲響，並非因體內住了一隻小蜜蜂。以一般電磁式蜂鳴器為例，拆開外殼一看，發現內部構造不算複雜，主要由一片震動膜片、多諧波振盪器、磁鐵和線圈組成。

圖一：不同尺寸的蜂鳴器

人能夠聽到聲音，是由於空氣振動產生聲波，聲波透過空氣傳到耳朵接收。例如我們說話時震動聲帶，空氣因此震動產生聲音。同樣道理，只要令蜂鳴器內的膜片震動，便可使它發聲。蜂鳴器內的振盪電路輸出方波，振盪信號電流經過線圈，令線圈兩端產生磁場（電流的磁效應），與磁鐵相吸或相斥，繼而推動連接於磁鐵上的膜片，膜片因震動而發出聲音。這是個由電能到磁能，再到機械能，最後至聲能的轉化過程。

電磁式蜂鳴器是其中一種有源蜂鳴器（Active Buzzer）。「源」所指的不是電源，而是振盪源。上文已說過它能夠發聲，在於內部的振盪電路。另一種有源蜂鳴器為壓電式蜂鳴器（Piezo Buzzer），內部同樣有振盪電路，不同的是以壓電陶瓷片將電能轉機械能。只要在陶瓷片兩側施加周期性電壓，陶瓷片便會交替前後變彎震動，發出聲音。

圖二：壓電陶瓷片與電線焊接

無源蜂鳴器的特點

如有「有源」，有沒有「無源」蜂鳴器呢？有的，無源蜂鳴器（Passive Buzzer）在字義上說，即不帶振盪源，在沒有振盪電路情況下接上直流電，因輸出電壓沒有變化，蜂鳴器片仍然保持沉默，所以我們需從外接振盪器。看似不方便，但亦有其優點。首先，零件數量少，售價較低是常識吧！其次，我們可脫離一般蜂鳴器只可發出單音的局限，自由控制輸出聲音頻率，便可透過編程寫出不同音階和延續時間，合成一首旋律美妙的音樂。

圖三：相同尺寸的「有源」（圖左）與「無源」蜂鳴器（圖右），外觀上難以分辨

多音效蜂鳴器 Buzz+

筆者最近針對一般有源蜂鳴器發「悶聲」的缺點，研發了非一般只「嗶嗶、嘀嘀」叫的蜂鳴器。蜂鳴器取名 Buzz+，內置 4 種音效，供用家選擇。它的外觀和尺寸與一般市售有源蜂鳴器無異，但底部多了一片電路板。說穿了，不過是以「無源」變成「有源」。電路板特意製作成小尺寸，在零件安排上和佈線上花了不少心思和考慮。是次選用微處理器 PIC12F508，雖然 MCU 內建功能較為原始，但足以應付需求。

圖四：Buzz+ 外觀與底部電路板

Buzz+ 在操作上與一般蜂鳴器無異，接上直流電源，預設發出「嘀、嘀、嘀、嘀…嘀、嘀、嘀、嘀」響聲，一如某些有源蜂鳴器音效。但用家亦可透過焊接電路板上的指定焊墊，選擇其餘 3 種音樂旋律。筆者精心挑選的旋律都有一定普及程度。先聞為快，有興趣的讀者可瀏覽以下示範影片。

電路設計考慮因素之一：頻率響應

對使用無源蜂鳴器自製音效躍躍欲試的朋友，設計振盪電路或編程前，不得不注意蜂鳴器的頻率響應（Frequency Response）問題。如有信號產生器（Signal Generator），可接至無源蜂鳴器，並慢慢調校方波的輸出頻率。你會發現在某些頻率範圍，蜂鳴器發出的聲音比其他頻率範圍更響、更大。這個就是蜂鳴器的頻率響應範圍，超出範圍所發出的聲音音量會下降，也有機會令聲音發出得有點吃力感覺，帶點「嘶啞」。所以，應盡量令輸入到蜂鳴器的頻率落入響應頻率。不同款式的蜂鳴器有不同的頻率響應範圍，可參考生產商的零件規格說明（一般標示為「諧振頻率」 Resonant Frequency）。優質的蜂鳴器，其頻率響應範圍較廣，這和喇叭的頻率響應範圍概念相同。