ピエゾ(パッシブ)で同期ビープを鳴らす:回路図(ASCII)と実装案(実際に組んでないのであくまで案)
目的:複数カメラ同期用に「確実に録れる」ビープを鳴らす。民生マイクの高域減衰を考慮し、
2〜4kHz帯を想定。
ここでは“パッシブ圧電素子”(PWMで鳴らすタイプ)を前提に、音量重視で回路を3案検討する。
ここでは“パッシブ圧電素子”(PWMで鳴らすタイプ)を前提に、音量重視で回路を3案検討する。
0. 前提(安全・壊れない設計の注意点)
- 圧電は電気的には ほぼコンデンサ負荷。急峻なスイッチングは電流スパイクが出る。
- MCUのGPIO直結で鳴ることもあるが、音量が足りない/GPIOに優しくないので基本はドライバを挟む。
- 「同期」が目的なら、音量>音質。矩形波でOK。
1) 最小構成(片側駆動):N-MOSFET ローサイド
+V (3.3V / 5V)
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[PZ] 圧電素子(パッシブ)
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+--------------------+
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DRAIN (※PZは極性なしが多い)
Q1: N-MOSFET
SOURCE
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GND
MCU PWM ----[Rgate 100Ω]---- GATE
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[Rpd 100k]
|
GND
- メリット:簡単、部品少。
- デメリット:片側駆動なので音量は中程度。VCCが低いと遠距離カメラに入らないことがある。
- 部品の目安:
- Q1: 2N7002 / AO3400 / IRLML6344 等(ロジックレベルでONするやつ)
- Rgate: 47〜220Ω(リンギング抑制)
- Rpd: 47k〜200k(電源投入時にゲート浮かせない)
2) 音量強化(差動駆動):2本PWM(逆相)+ 2トランジスタ
同期用途のおすすめか?:同じVCCでも“実効振幅”が増え、音が前に出る。民生マイク相手に勝ちやすい。
+V (3.3V/5V)
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QH1 P-MOSFET (またはPNP)
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MCU PWM_A-|>G D--+----[PZ]----+--D QH2 P-MOSFET
S | | S
| |
GND GND
(下側はN-MOSで引く構成でも可)
実装の考え方:
- PZの左右を「逆相」で振る(A=Hのとき左が+V/右がGND、A=Lのとき逆)
- 結果:片側駆動より電圧差が大きい ≒ 音量UP
上は概念図。実装は「P-MOS + N-MOS のコンプリメンタ2段(Hブリッジ風)」にすると分かりやすい。 ただしP-MOSをGPIO直で駆動する場合はゲート電圧条件に注意(VCC=5Vで3.3V GPIOなど)。
- 実務的にラクな構成:HブリッジドライバIC(次の案3)を使う。
- GPIOが2本必要:PWM_AとPWM_B(180°反転)
- 注意:同時ON(貫通電流)を避けるため、ドライバ/実装でデッドタイムが必要な場合がある。
3) いちばん現場向け(おすすめ):HブリッジICで差動駆動
+Vmot (3.3V〜5V)
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+----------------+
MCU IN1 ---| IN1 OUT1|----+
MCU IN2 ---| IN2 OUT2|----+----[PZ]----+
MCU EN ---| EN GND |-------------+ |
+----------------+ | |
GND |
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(PZ)
- 例:TB6612FNG / DRV8833 / MX1508 等(小型モータ用でOK。圧電は軽い負荷)
- メリット:差動駆動が簡単。音量が出る。実装が安定。
- デメリット:ICが増える。
IN1/IN2に逆相(または片側PWM + 反対側固定)を入れてPZ両端を振る。 ENでビープのON/OFFゲートもできる。
4) さらに音量が必要なら(高電圧駆動)
注意:高電圧圧電ドライバ(12〜24V、もっと上も)を使うと音圧は稼げるが、
取り回し・安全・EMIが一気に難しくなる。同期用途ではまず(3)までで勝てることが多い。
5) “アクティブブザー”の回路図(おまけ:単音固定でいいなら最強に楽)
+V (3.3/5V) ----[BZ active]---- DRAIN Q1(N-MOS) SOURCE ---- GND
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(発振回路内蔵)
MCU GPIO ----[Rgate 100Ω]---- GATE
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[Rpd 100k]
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GND
- GPIOでON/OFFするだけ。周波数探索も不要(固定音)。
- ただし「環境音と被る」「録れにくい周波数だった」が起きたら詰む。
6) 同期用途の推奨実装案(結論)
- 周波数:まず2〜4kHz(例:3kHz)
- パターン:200ms×3回(間隔 200ms / 600msなどクセを付ける)
- 回路:音量が足りない可能性があるなら案3(HブリッジIC)で差動駆動
- 検出:2〜4kHz帯域エネルギーでビープ時刻を取り、ffmpeg -ssで頭出し
