Piezo-Summer und Buzzer

Die Mikrowelle piept, wenn das Essen fertig ist, der Rauchmelder schrillt, der 3D-Drucker meldet sich beim Druckende. In all diesen Geräten sitzt kein Lautsprecher, sondern ein Summer, englisch Buzzer: ein kleiner, billiger Schallgeber, der auf eine Frequenz zugeschnitten ist und dort mit wenig Leistung sehr laut wird. Für Sprache und Musik taugt er nicht, für Signaltöne ist er unschlagbar. Es gibt ihn in zwei Antriebsarten – piezoelektrisch und magnetisch – und jeweils als aktive und passive Ausführung.

Aufbau und Funktionsweise

Piezo-Summer: Das Herz ist eine dünne Messingscheibe, auf die eine Schicht Piezokeramik aufgebracht ist. Legst du eine Spannung zwischen Messing und Keramikoberfläche, dehnt sich die Keramik aus oder zieht sich zusammen. Weil sie fest mit dem Messing verbunden ist, biegt sich die Scheibe wie ein Bimetall – je nach Polarität nach oben oder unten (siehe Thermoelektrik und Piezo-Effekt). Eine Wechselspannung lässt sie im Takt schwingen. Die Scheibe sitzt in einem Kunststoffgehäuse mit Schallöffnung, dessen Hohlraum auf die Eigenfrequenz der Scheibe abgestimmt ist und den Ton verstärkt.

Magnetsummer: Eine kleine Spule mit Eisenkern zieht eine dünne Eisenmembran an, ein Dauermagnet hält sie vorgespannt. Ein Wechselstrom in der Spule bringt die Membran zum Schwingen – das Prinzip eines winzigen Lautsprechers oder Telefonhörers (siehe Elektromagnetismus).

Unabhängig vom Antrieb unterscheidet man:

• Aktive Summer (mit eingebautem Oszillator): Sie piepen, sobald Gleichspannung anliegt. Ein Pluszeichen oder ein langes Bein kennzeichnet die Polarität. Die Tonhöhe ist fest.
• Passive Summer (Schallwandler, Transducer): Sie brauchen ein Wechselsignal, meist ein Rechteck vom Mikrocontroller. An Gleichspannung geben sie nur ein Klicken von sich. Dafür kannst du Tonhöhe, Melodie und Lautstärke frei bestimmen.

Schaltzeichen

Für Summer und Schallwandler gibt es mehrere Symbole. Nach IEC wird ein Summer als Halbkreis mit gerader Grundlinie gezeichnet, an der die beiden Anschlüsse liegen. Piezo-Schallwandler werden auch mit dem Symbol eines Piezokristalls dargestellt, ähnlich dem Quarz, oft mit Pluszeichen bei aktiven Typen. Das Kurzzeichen ist BZ oder LS. Mehr findest du unter Schaltzeichen.

Kennwerte

Wie laut ein Summer ist, hängt stark von der Frequenz ab. Ein passiver Piezo hat einen ausgeprägten Resonanzbuckel; schon eine halbe Oktave daneben ist er deutlich leiser. Der Schalldruckpegel wird meist in 10 cm Abstand angegeben – in einem Meter Abstand sind es 20 dB weniger, weil der Schalldruck mit der Entfernung abnimmt (siehe Schallpegel und Dezibel).

Ansteuerung am Mikrocontroller

Passiver Piezo: Er nimmt nur Umladestrom auf und kann direkt an einen GPIO-Pin. Du erzeugst ein Rechteck mit PWM oder einem Timer auf der Resonanzfrequenz. Lauter wird es, wenn du den Piezo zwischen zwei Pins legst, die gegenphasig schalten: Der Piezo sieht dann die doppelte Spannungsschwankung.

Magnetsummer und große aktive Summer: Mit 25 bis 40 mA überlasten sie einen GPIO-Pin. Ein NPN-Transistor schaltet sie gegen Masse. Weil der Magnetsummer eine Spule enthält, gehört eine Freilaufdiode parallel – sonst erzeugt jede Abschaltflanke eine Spannungsspitze, die den Transistor zerstört (siehe Spule im Gleichstromkreis).

Typische Anwendungen

• Signaltöne in Haushaltsgeräten: Waschmaschine, Mikrowelle, Thermostat – meist ein passiver Piezo, der Melodien spielen kann.
• Alarmgeber: Rauch- und Gasmelder nutzen Piezo-Schallgeber mit drei Anschlüssen. Die dritte Elektrode liefert eine Rückmeldung für einen selbstschwingenden Oszillator, der genau auf der Resonanzfrequenz bleibt und so mit wenig Energie über 85 dB erreicht.
• Tastenquittung und Fehlermeldungen: Kurze Pieptöne an Bedienteilen.
• Lernprojekte: Ein passiver Summer an einem Timer NE555 oder Mikrocontroller ist oft das erste Bauteil, das „Musik“ macht.

Für Sprache, Musik und Klänge über einen weiten Frequenzbereich brauchst du einen Lautsprecher mit Verstärker.

Auswahl und Praxistipps

Entscheide zuerst zwischen aktiv (einfach, eine feste Tonhöhe) und passiv (Melodien, Lautstärke über Frequenz und Tastgrad steuerbar). Dann wählst du den Antrieb: Piezo braucht kaum Strom und verträgt hohe Spannungen, Magnetsummer sind bei kleinen Spannungen lauter, ziehen aber mehr Strom. Zuletzt prüfst du den Schalldruck bei deiner Betriebsspannung und den Abstand zum Hörer.

Häufige Fehler:

• Aktiv und passiv verwechselt: Ein passiver Summer an Gleichspannung klickt nur einmal. Ein aktiver Summer an einem PWM-Signal ergibt ein schnarrendes Gemisch aus beiden Frequenzen.
• Falsche Frequenz: Ein passiver Piezo mit 4 kHz Resonanz, angesteuert mit 1 kHz, ist viel leiser als erwartet. Lege den Hauptton auf die Resonanzfrequenz.
• Magnetsummer ohne Freilaufdiode: Die Spule erzeugt beim Abschalten Spannungsspitzen, genau wie ein Relais.
• Polarität aktiver Summer: Verkehrt herum angeschlossen, bleibt die eingebaute Elektronik stumm oder wird beschädigt.
• Schallöffnung zugeklebt: Das Gehäuse des Geräts oder ein Aufkleber über der Öffnung dämpft den Ton stark. Plane eine Öffnung im Gerätegehäuse direkt über dem Summer ein.

Selbsttest