【Arduino】168种传感器模块系列实验（49）---有源蜂鸣器模块

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使用国产仿真编程软件Linkboy, 超声波智能控制测距仪

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蜂鸣器模块的实物图片

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科普知识点：声音与蜂鸣器

一、声音（sound）

1、声音是振动产生的声波，通过介质（气体、固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。声音的频率一般会以赫兹表示，记为Hz，指每秒钟周期性震动的次数。而分贝是用来表示声音强度的单位，记为dB。文言文中，“声”特指人声，而“音”特指其他声音；而在现代汉语中，“声”与“音”意思已混同为“声音”，并简称为“声”或“音”，而文言文中“声”在现代汉语中被称为“人声”。日语中则仍保留文言文中的区别。

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2、声音是一种压力波，当演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时，他们的振动会引起介质——空气分子有节奏的振动，使周围的空气产生疏密变化，形成疏密相间的纵波，这就产生了声波，这种现象会一直延续到振动消失为止。声音作为波的一种，频率和振幅就成了描述波的重要属性，频率的大小与我们通常所说的音高对应，而振幅影响声音的大小。声音可以被分解为不同频率不同强度正弦波的叠加。这种变换（或分解）的过程，称为傅立叶变换(Fourier Transform)。

因此，一般的声音总是包含一定的频率范围。人耳可以听到的声音的频率范围在20到2万赫兹之间。高于这个范围的波动称为超声波，而低于这一范围的称为次声波。狗和蝙蝠等动物可以听得到高达16万赫兹的声音。鲸和大象则可以产生频率在15到35赫兹范围内的声音。声音的传播用量子力学解释便是原子的运动，形成了声波。但这与波粒子等名词没有联系。

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3、声音特性

（1）响度（loudness），人主观上感觉声音的大小（俗称音量），由“振幅”（amplitude）和人离声源的距离决定，振幅越大响度越大，人和声源的距离越小，响度越大（单位为分贝dB）。

（2）音调（pitch），声音的高低（高音、低音），由“频率”（frequency）决定，频率越高音调越高（频率单位Hz（hertz），赫兹，人耳听觉范围20～20000Hz。20Hz以下称为次声波，20000Hz以上称为超声波）例如，低音端的声音或更高的声音，如细弦声。

（3）频率（frequency）是每秒经过一给定点的声波数量，它的测量单位为赫兹，是以海因里希·鲁道夫·赫兹的名字命名的。此人设置了一张桌子，演示频率是如何与每秒的周期相关的。1千赫或1000赫表示每秒经过一给定点的声波有1000个周期，1兆赫就是每秒钟有1,000,000个周期，等等。

（4）音色（Timbre），又称音品，波形决定了声音的音色。声音因物体材料的特性而不同，音色本身是一种抽象的东西，但波形是把这个抽象直观的表现。波形不同，音色则不同。不同的音色，通过波形，完全可以分辨的。

（5）乐音（tones）是有规则的让人愉悦的声音。音调，响度，音色是乐音的三个主要特征，人们就是根据他们来区分声音。

（6）噪音（noise），从物理学的角度看，由发声体作无规则振动时发出的声音；从环境保护角度看，凡是干扰人们正常工作、学习和休息的声音，以及对人们要听的声音起干扰作用的声音。

（7）毕达哥拉斯发现，当两个物体碰撞后振动产生声音时，若两者振动频率比为不可化简的复杂比，如：201：388，那么我们分辨出来会觉得这个声音刺耳；相反，若两者振动频率比为可化简的简单比，如：3：7，那么我们分辨出来会觉得很动听。

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4、控制噪声

（1）声音的本质是波动。受作用得空气发生振动，当震动频率在20-20000Hz时，作用于人的耳鼓膜而产生的感觉称为声音。声源可以是固体、也可以是流体（液体和气体）的振动。声音的传媒介质有空气﹑水和固体，它们分别称为空气声、水声和固体声等。噪声监测主要讨论空气声。

（2）人类是生活在一个声音的环境中，通过声音进行交谈、表达思想感情以及开展各种活动。但有些声音也会给人类带来危害。例如，震耳欲聋的机器声，呼啸而过的飞机声等。这些为人们生活和工作所不需要的声音叫噪声，从物理现象判断，一切无规律的或随机的声信号叫噪声；噪声的判断还与人们的主观感觉和心理因素有关，即一切不希望存在的干扰声都叫噪声，例如，在某些时候，某些情绪条件下音乐也可能是噪声。

（3）环境噪声的来源有四种：一是交通噪声，包括汽车、火车和飞机等所产生的噪声；二是工厂噪声，如鼓风机、汽轮机，织布机和冲床等所产生的噪声；三是建筑施工噪声，像打桩机、挖土机和混凝土搅拌机等发出的声音；四是社会生活噪声，例如，喇叭，收录机等发出的过强声音。

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二、蜂鸣器（buzzer）

1、蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压或者交流电压供电，属于电子元器件的一种，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。让Arduino发出声音最简单的方法就是利用蜂鸣器，由于在设计中内置了驱动电路，创建了“即插即用”简单解决方案。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“ZZG”、“LB”、“JD”等）表示。图为蜂鸣器的符号。

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2、蜂鸣器分类

（1）按其驱动方式的原理分，可分为：有源蜂鸣器（内含驱动线路，也叫自激式蜂鸣器）和无源蜂鸣器（外部驱动，也叫他激式蜂鸣器）；

（2）按构造方式的不同，可分为：电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器；

（3）按封装的不同，可分为：DIP BUZZER（插针蜂鸣器）和SMD BUZZER（贴片式蜂鸣器）；

（4）按电流的不同，可分为：直流蜂鸣器和交流蜂鸣器，其中，以直流最为常见压电式蜂鸣器，用的是压电材料，即当受到外力导致压电材料发生形变时压电材料会产生电荷。同样，当通电时压电材料会发生形变。

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3、电磁式蜂鸣器（Electromagnetic buzzer）

（1）电磁式蜂鸣器是蜂鸣器的一种，区别于压电式蜂鸣器，电磁式蜂鸣器是利用电磁线圈对蜂鸣片的作用来发声的电子响讯器，用来给电子产品作发声器件。电磁式蜂鸣器一般由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。