Raspberry Pi Picoとブザーで始める電子工作 PWM制御による音の出し方

はじめに

各種センサを使えるようになってきたら、ぜひブザーをつかって音を鳴らしてみましょう。

ブザーの構造と動作原理

基本構造

ブザーの内部には以下の部品が含まれています
・振動板　：　電気信号によって振動する薄い膜
・ピエゾ素子または電磁コイル　：　電圧が加わると振動版を駆動する
・ケース　：　音を増幅する

動作原理

ブザーの動作原理は、内部の駆動方式によって異なります

ピエゾ式ブザー

１．ピエゾ素子に電圧をかけると、素子が変形する(逆圧電効果)
２．変形が振動板を駆動し、高速で振動
３．振動が空気を押し引きして音波を発生させる

電磁式ブザー

１．コイルに電流を流すと磁場が発生。磁力で振動板を引き寄せる
２．電流のON/OFF(または極性の反転)を繰り返すことで振動板が振動
３．振動によって音波が発生

ブザーと周波数

音の高さ(周波数)は、振動の速さ(Hz)によって決まる。
・高い周波数　→　高音
・低い周波数　→　低音
1オクターブ 違う＝周波数が2倍違う　ということです

ブザーの種類

今回紹介しているのは、電磁式のパッシブブザーです

配線

配線は非常にシンプルですが、足の長さに注意してください。

ブザーを鳴らす

コードを解説します。

PWM制御(Pulse Width Modulation、パルス幅変調）を使ってブザーを制御します。
音の高さは周波数(Hz)で指定し、ラの音を0.5秒間隔で5秒間鳴らします。

PWM制御は、デジタル信号を使ってアナログ値を模擬する手法です。
一定の周期でONとOFFを繰り返し、見かけ上アナログ値のように見せます。この信号のONの割合をデューティ比といい、制御対象です。

from machine import Pin, PWM
import time

# ブザーを接続したピン番号
BUZZER_PIN = 15

# PWMオブジェクトを作成
buzzer = PWM(Pin(BUZZER_PIN))

def play_tone(frequency, duration):
    """
    指定した周波数と長さで音を鳴らします
    :param frequency: 音の周波数 (Hz)
    :param duration: 音の長さ (秒)
    """
    buzzer.freq(frequency)
    buzzer.duty_u16(32768)  # デューティ比50%
    time.sleep(duration)
    buzzer.duty_u16(0)  # 音を止める

try:
    # 5秒間、ブザーを鳴らす
    start_time = time.time()
    while time.time() - start_time < 5:
        play_tone(440, 0.5)  # ラ（A4）の音を0.5秒鳴らす
        time.sleep(0.5)  # 0.5秒間隔を開ける
finally:
    # クリーンアップ処理
    buzzer.duty_u16(0)
    buzzer.deinit()
    print("ブザーを停止し、クリーンアップが完了しました。")