피에조 부저

 

1. 피에조 부저의 동작 원리
피에조 부저는 박막 형태의 압전(壓電, piezoelectric) 세라믹 디스크에 전압을 인가했을 때 발생하는 기계적 변형 현상을 이용한다.. 압전 소자는 전압을 인가하면 변형되고, 반대로 압력을 받으면 전압이 발생하는 특성을 갖는다. 부저 내부의 압전판이 전류에 의해 빠르게 팽창·수축하면서 공기 중에 음파를 발생시키는 구조이며 이때 진동수에 따라 소리가 달라지며, 일반적으로 2~4 kHz 범위에서 가장 효율이 좋다.

2. 액티브 부저와 패시브 부저의 차이

• 액티브(Active) 부저: 내부에 진동 회로(발진기)가 내장되어 있어 DC 전원을 인가하면 지정된 고정 주파수로 소리가 난다.
  별도의 펄스 제어 없이 단순히 디지털 핀을 HIGH/LOW로 스위치하면 되므로 사용이 간편하다.
• 패시브(Passive) 부저: 진동 회로가 없어, 원하는 주파수의 펄스 신호를 외부에서 인가해야 소리가 난다. tone() 함수를 사용하여 다양한 음계를 연주하거나 멜로디를 구현할 때 주로 이용된다.

3. 아두이노와의 기본 연결 방법

1. 전원 연결: 부저의 +단자를 아두이노 디지털 핀(예: D8)에, –단자는 아두이노 GND에 연결한다.
2. 저항 삽입: 필요 시 직렬 저항(220Ω~1 kΩ)을 넣어 전류를 제한하고 부저나 MCU 핀 손상을 방지할 수 있다.
3. 드라이버 회로: 대전류나 높은 전압을 필요로 하는 부저의 경우 트랜지스터(예: 2N2222)를 사용하여 외부 전원을 스위칭하는 것이 좋다. 베이스에 1 kΩ 저항을 물려 아두이노 핀과 연결하고, 컬렉터는 부저–외부 전원(5 V) 연결점, 이미터는 GND로 한다..

4. 아두이노 코드 예제

 

// 간단한 패시브 부저 멜로디 예제
const int buzzerPin = 8;
int melody[] = {262, 294, 330, 349, 392, 440, 494, 523}; // C4~C5
int noteDurations = 8;

void setup() {
  pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  for (int thisNote = 0; thisNote < noteDurations; thisNote++) {
    int noteDuration = 1000 / 4; // 4분음표 기준 250ms
    tone(buzzerPin, melody[thisNote], noteDuration);
    delay(noteDuration * 1.30); // 음표 간 약간의 쉼
  }
  noTone(buzzerPin); // 음악 끝나면 정지
  delay(1000);       // 1초 휴식
}

 

위 예제는 4분음표 길이의 기본 옥타브 멜로디를 반복 재생하는 예제로 tone(pin, frequency, duration) 함수를 통해 주파수를 지정하고, noTone(pin)으로 정지시킨다.

 

5. tone() 함수와 주파수 계산

• tone(pin, freq) 또는 tone(pin, freq, duration) 함수는 지정 핀에서 PWM 신호를 발생시킨다.
• 주파수 단위는 Hz이며, 예를 들어 440 Hz는 표준 A4음이다.
• 주파수 배열을 미리 정의하거나, 음계 공식(f = 440 * 2^((n-69)/12))을 이용해 MIDI 노트번호로부터 계산할 수도 있다.

6. 활용 예시와 주의사항

• 경고·알림 장치: 경보음, 버튼 입력 확인음 등 단순 사운드 피드백에 적합하다.
• 멜로디 플레이어: 여러 음을 조합해 짧은 멜로디를 연주할 수 있지만, 음질이 좋지는 않으므로 복잡한 음악에는 부적합하다.
• 전원 주의: PWM으로 구동하므로 큰 전류가 흐르면 아두이노 핀 손상 위험이 있습니다. 20 mA 이내로 사용하고, 필요 시 트랜지스터를 이용해야 한다.
• 음량 및 공진: 부저를 단단한 표면에 붙이거나 케이스 안에 설치하면 공진 효과로 음량이 커질 수 있다. 적절히 고정하고, 진동이 방해되지 않도록 공간을 확보해야한다.