先日ブレッドボード上で動作確認した回路をガーバーデータにして基板として発注したのですが、届いた基板にはんだ付けをして圧電スピーカーの音を鳴らしてみるとブレッドボードでの音と発注基板での音と音程というか、ブザー音に近い音になっていることに気が付きました。
色々と調べた結果、回路の間違いなどではない別の原因であることがわかり、最終的にはブレッドボードの時に近い音に改善することができたのでその備忘録となります。
では、始めます。
目次
０：状況説明（前提条件）
まずは自分が遭遇した状況について説明しておきます。
使用した圧電スピーカーは以下の表面実装かつ薄いものでした。
また発注した基板のGNDは全てベタGNDとしてました。以下の画像は例ですが、このようにベタGNDとして銅箔部分の割合が多い形の発注基板となっていました。
これら薄型表面実装タイプの圧電スピーカーとベタGNDという銅箔が多くの割合を占める発注基板の組み合わせで、ブレッドボードとは違ってビープ音に近い感じの音となってしまっていました。
１：考えられる原因と解決方法
１－１：基板自体や銅箔の共振
圧電スピーカーの振動が基板やベタGNDの銅箔部分に伝わることで基板や銅箔自体も振動してしまい、音がより高く金属的な音になる場合があります。自分の場合はこれが原因でした。
これが原因かどうかの判別として、圧電スピーカー部分を指で強く押し込んだりして基板自体が震えないようにしてみる方法があります。
基板自体が震えないようにしてブレッドボードでの音に近づくようであれば間違いなくこれが原因です。
解決方法は「圧電スピーカーの振動を基板に伝えないようにする（出来る限り圧電スピーカーを固定させる）」ことです。
具体的な方法としては、シリコンやゴムなどクッションのようなもので上から押しつけて固定させたり、グルーガンなどで圧電スピーカーを固定させたりします。
自分の場合はグルーガンを持っていたので、はんだ付けしていない2つの側面について樹脂を流し込んで固めました。こうすることでブレッドボードの時とほぼ同じ感じの音に戻りました。
１－２：波形が鋭くなっている
金属音やビープ音とは違いますが、音が濁って聞こえたり鋭く聞こえたりする場合は圧電スピーカーに入れている波形自体がブレッドボードの時より鋭くなっていることが原因です。
ブレッドボード時にはブレッドボード自体やジャンパ線などで微妙に抵抗などが入っているため、それにより波形に丁度良い丸みが入って自然な音になる場合があります。
対して発注基板の場合はジャンパ線などの抵抗がなくなりより理想的な波形に近づくため、立ち上がりの角度が鋭くなることでキンキンしたような音になる場合があります。
この場合の解決方法は「ブレッドボードと同じぐらいの値になるよう抵抗やコンデンサを入れる」ということになりますが、発注基板なので直列で抵抗を入れるのはなかなか難しいです。
コンデンサをであれば並列に接続すればよい（圧電スピーカーの＋とーに直接コンデンサをはんだ付けするなどやれなくはない）ので、まずは0.01μF程度のコンデンサを圧電スピーカーの近くに入れて音の変化を見てみて、ちょっとずつ値を増減させてブレッドボードの値に近づくかを試していきます。
それでもダメな場合はパターンをカットして無理やり直列で抵抗を入れるか、回路を修正して基板を再発注する必要があります。
１－３：はんだ不良
音が鳴っている時点で問題はないと思いますが、はんだ不良で信号が上手く伝わらずに音が途切れ途切れになったり、変な音になったりする場合もあります。
はんだ付けがちゃんとできているかの確認をし、はんだ不良があれば再度しっかりはんだ付けを行うとちゃんとした音が出るようになる場合もあります。
以上が同じ回路なのにブレッドボードと発注基板で圧電スピーカーの音が違う場合の原因と解決方法になります。
今までは適当に繋げばブレッドボードの上と同じ動きや音をしていたので、今回このようなある意味「物理的な問題」に直面したのが初めてだったのでかなり長い間原因がわからずにいました。
なんとなく圧電スピーカーを指で押さえてみたことで音を改善するには固定すればよいという結論に至れたのは良かったのですが「回路ではない部分が原因で意図しない動きとなる場合がある」という発想がそもそも出てこなかったので、解決できたのは本当に偶然でした。
さらに言うとこのようなノウハウは恐らく実体験しないとわからない部類なので、検索してぱっと見つかるかといわれるとかなり難しい気がします。
なので今回備忘録として記事にした次第です。
同じようなことで困っている方の助けになれば幸いです。
