楽しく遊ぶための初心者にもわかる電子工作のヒント

発振によって簡単なBEEP音を出してみよう

このHPでは、基本的には低電力の直流をメインに扱っていますが、電子工作では、光、音、振動などの動き(変化)も重要ですので、ここでは、ちょっと範囲を広げて、スピーカーを使って、音を出してみようというのがこのページの内容です。

音が聞こえる・・・というのは、人間の耳で空気の振動を感じることですが、電気的な信号を音にして出すアイテム(部品)にはブザーやスピーカーがあります。

そのブザーやスピーカーは電気的な振幅を振動板(コーンなど)を振動させて音として放出するのですが、その振幅を与える電気的な方法の一つに「低周波発振」があります。

「発振」の方法についてはいろいろな方法があり、WEBにもいろいろ紹介されていますので、それらも参考にされるといいのですが、その現象や仕組みを理解するのは簡単ではないこともあって、ここでは、難しいことは考えないで、できるだけ簡単なブロッキング発振というもので、バイポーラトランジスタとトランス、コンデンサを使う簡単な回路をつくって、スピーカから音を出してみようと思います。


音を出すだけのブロッキング発振   

発振について書かれたものはたくさんあるのですが、ここでは、もっとも簡単な部類の発振回路を考えて見ます。

もちろん、「音がなる」というだけのものですので、ちょっとした環境や条件で音が変わるなどと、「安定した発振ではない」・・・というものですが、簡単にそれができるのが魅力です。

さらに、回路中のパーツ(抵抗値やコンデンサ容量)を変えると簡単に音が変わるので、結構楽しむことができるとおもいます。

これに味をしめれば、もっと高級な発振回路に挑戦してください。

さて、その「音」ですが、人間の声は、およそ100~1300Hz程度の周波数で、女の人のキャーという叫び声が4000Hz程度らしく、そのあたりの周波数の音が最も認識しやすい・・・などといわれています。

また、楽器の基音は(例えば広帯域のピアノで)100~4000Hzといいますので、試すとすれば、1000Hz程度の周波数の音をスピーカーから出るようにすればいいということになります。

最も簡単ブロッキング発振回路

このブロッキング発振について簡単に紹介します。

「ブロッキング」は「阻止する・ブロックする」という意味のようです。この回路においては、電流阻止ですが、その主役を演じるのがトランス(コイル)です。

トランスに巻いてあるコイルは、電流を流そうとすると「流さないように抵抗」し、電流が途切れると、それを補うように「流れるように逆起電力」を発生するという性質があります。

そのために、回路中にコイルがあると、少しの電流変動があれば、定電流ではなくなって、「電流の波」ができるのですが、実際には、コイルが回路中にあるだけで、回りの条件が変化しなければ何らかの「発振(電流の変化)」をします。

その波を共鳴(共振)させるために、コンデンサを入れてやると、共振する周波数がそれによってやや安定したり変動したりします。

当然、このコンデンサの値を変えると、共振周波数が変わるので、音が変わります。

この回路にあるコンデンサを0.01~0.1μF程度に取り替えて試してみてください。あまり大きく変えてしまうと、音が出なくなったりしますが、いろいろ試してくださいね。

次に、33kΩの抵抗器はトランジスタ2SC1815のベース電流を制限するものです。これについての考え方はこちらで取り上げていましたので、参考にしてください。

これも同様に、音に影響しています。10~33kΩなどに取り替えて試してみてください。少しですが、音が変わるのがわかります。

さらに、2SC1815については、それに限らず、同様の低周波増幅用のバイポーラNPNトランジスタであれば同様ですので、手持ちのものがあれば、どうなるのかを見てみるのもいいでしょう。

これについてはこちらを参考にしていただくといいのですが、コイル(ここではトランス)によって高い電圧が発生している可能性があります。(電圧変化はオシロスコープなどでみるといいのですが、私が持っている簡易のものでは、はっきりと測定ができません。買いたいのですが、予算がありませんので、残念ながら、データは示すことができません)

こういうこともあるので、コレクタ・エミッタ耐電圧が2SC1815より低いものは避けたほうがいいかも知れませんので、注意ください。

発振はあまり安定したものではありませんが・・・

このように、少しの部品を変えると音が変わりますし、スイッチを押している間にも音が変わっているので、いたって簡易的な発振回路といえます。

簡単に音が変わるのも考え方では利点かもしれません。例えば、お風呂や雨水タンクの水のたまり具合によって音が変わる仕組みなどもできそうですから、これを利用していろいろ実験してみると、面白い出来事に出会えるかも知れません。

お風呂の水張りについては、33kΩのところに金属板2枚をつけ、そこに水が来れば、若干電流が流れるはずで、水の抵抗は数10kΩですので、そうすれば「水の量が増えるとともに音が変わる」という面白いものになるかも知れません。楽器のようなものもイメージすれば面白い発想ができるかも知れません。

ともかく、「オリジナルな電子工作」を考えるのがこのHPの目的ですから・・・。

ただし、再度取り上げますが、トランスのコイルは(良いオシロスコープを持っていないので確認できませんが)10倍ぐらいの電圧が瞬間に出ている可能性があるので、ビリビリくるかも知れないので、これは、頭の中で考えるだけにして、実際に作るのは、いろいろ検討しないといけないことは頭においておいてください。安全に留意することは絶対必要です。

そして、スピーカですが、取り扱いにくそうであれば、この写真のように、パッシブブザーでもいいと思います。

このように、あまり安定していない発振回路ですが、楽しみ方はあるでしょう。

例えば、上の状態では、5Vの電源を使用していますが、定電圧装置で加える電圧を変えても音が変わります。こういうこともあって、発振に深く踏み込むと、難しいこともたくさん出てきますが、ここでは音を楽しむという程度に考えておけば、結構遊べると思います。

電源電圧V およその発振周波数Hz 
 2  1170
 3  1270 
 4  1530
 5  2230
 6  2730

というように、電圧を上げると周波数が上がりました。


少し違った感じの音にしたい

同じような部品を使って、ちょっと違う感じの音にしたいと考えました。それが少し違う回路ですが、考え方はよく似ています。

よく似た回路ですが、点線の回路を追加すると、音が断続するようになります。ちょっと録音してみましたので、聴き比べてください。(mp3で録音しています)

点線部分のないBEEP音

点線部分を追加したときのBIRD音

0.1μFを0.05~0.3μF、220μFを100~1000μFに変えてみてください。これについても、大きく変えると、音が出ないなども起こりますが、結構楽しめます。

このような簡単な回路ですが、いろいろ遊べることがわかると面白いと思います。

ただ、オシロスコープがあればいろいろな状態がわかって、楽しみ方も変わってくると思うのですが、あまりお金をかけないで色々と楽しむヒントを探すのがこのHPの目的でもありますので、ここでは「こんなモノ」という内容を紹介して終わることにします。

他の人の記事を見ると、ブロッキング発振回路によって、3Vの順電圧のLEDを1.5V乾電池1つで点灯する記事など、面白そうな回路も紹介されています。

このコイルによって高電圧を発生する仕組みは、蛍光灯やネオン管を点灯させたり、(危険ですが)スタンガンなどもこの原理で作ることができます。

コイルを自作するなどで、簡単にいろいろなものに発展できる内容を含んでいますので、高電圧を発生できますので悪用すると危険も生じますので充分な理解と注意が必要です。

ここで取り上げる内容は回路を組んで確認していますので危険なことはありません。しかし危険なことについての知識は知っておき、危険を避けて電子工作を楽しんでいきましょう。

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