拍手スイッチ回路: 555タイマーあり/なしで音声応答回路を構築

555タイマーとBC547トランジスタを使用した拍手スイッチ回路の電子工作

拍手スイッチ回路の概要

拍手スイッチは、基本的な電子部品を使って作るミニ電子工作プロジェクトです。拍手の音で任意の電気部品や回路をON/OFF制御できます。ここでは2種類の基本的な拍手スイッチ回路図、すなわち「555タイマーICあり」と「555タイマーなし」の両方を紹介します。

この回路で使用するコンデンサーマイク（エレクトレットマイク）は、拍手と同じピッチ（高さ）の音を入力として検知します。必ずしも拍手そのものである必要はなく、拍手と同程度の高いピッチの音であれば反応します。つまり、この回路は音エネルギーを電気エネルギーに変換していると言えます。音という入力に対して、LEDが光る（熱と光としての電気エネルギー出力）という出力を得られるからです。より簡単に言えば、音エネルギーで回路を動作させ、LEDから電気エネルギーを出力させる仕組みです。

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必要な部品

前述の通り、このプロジェクトは基本的な電子工作なので、基本的な電子部品のみで構成されます。

拍手スイッチの製作に必要な部品リストは以下の通りです。

1. 抵抗: 1kΩ, 4.7kΩ, 47kΩ, 330Ω, 470Ω
2. コンデンサ: 10µF, 100nF × 2個
3. エレクトレット・コンデンサーマイク
4. BC547トランジスタ × 2個
5. LED
6. 555タイマーIC
7. 9V電池

拍手スイッチ回路の動作原理

この回路（下図参照）は、音声活性化センサーを用いて構成されており、拍手の音を入力として検知し、処理して出力を制御します。エレクトレットマイクに音が入力されると、それが電気エネルギーに変換され、LEDが点灯します。音入力によりLEDがONになり、数秒後に自動的にOFFになります。LEDの点灯時間は、555タイマーに接続されている100µFコンデンサの値を変えることで調整可能です。555タイマーの主な役割はパルス生成にあります。

回路名は「拍手スイッチ」ですが、入力は拍手に限定されません。拍手と同じピッチの音であれば何でも反応するため、「音声操作スイッチ」と呼ぶのがより正確です。この回路は主にトランジスタをベースにしており、マイクのマイナス端子が直接トランジスタに接続されています。電子スイッチ（リレーなど）を用いていないため、電池を接続した時点で回路は動作開始し、音声入力を待ち受けます。リレーを電子スイッチとして追加すれば、回路自体のON/OFFも可能になります。

音声入力を受けると、回路は音声信号を増幅し、555タイマーへ送ります。555タイマーはパルスを生成してLEDを点灯させます。コンデンサーマイクのマイナス側を増幅回路側に正しく接続することが重要です。接続を誤ると回路が発熱し、トランジスタの機種によっては動作しない恐れがあります。コンデンサーマイクの感度を長距離用に上げることはできません。デフォルトで短距離のみの検知となります。この回路はランプやファンなど他の電気機器にも応用可能で、改造の幅が広いのも特徴です。

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555タイマーなしの拍手スイッチ回路図

上記と同等の機能を555タイマーICなしで実現するには、以下の基本電子部品を使用します。

No.	部品名	コード	値	No.	部品名	コード	値
1	抵抗	R1, R9, R12	2.2kΩ	10	コンデンサ	C2	1µF / 50V
2	=	R2	470kΩ	11	=	C4	47µF / 16V
3	=	R3	47Ω	12	ダイオード	D1, D2	1N4148
4	=	R4, R6	4.7kΩ	13	LED	D3	赤色
5	=	R5, R8, R10, R11, R13	10kΩ	14	トランジスタ	Q1, Q2, Q3, Q4	9013
6	=	R7	470Ω	15	マイクロフォン	MK1	9767
7	=	R14	1kΩ	16	ケーブル端子	J1	2.45 2P (水平)
8	コンデンサ	C1, C5, C6 (セラミック)	104 (0.1µF)	17	電源線	1	2.45 2P (単極)
9	=	C3 (セラミック)	103 (0.01µF)	18	PCB	1	FR-4 28×49mm

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555タイマーなし拍手スイッチの動作原理

この回路は、バイステーブルトリガー（フリップフロップ）と音声周波数信号に基づいて動作します。

MK1マイクで受信した音声信号は、コンデンサC1を通じてトランジスタQ1のベースへ入力されます。増幅された信号は、Q1のコレクタからQ2のベースへ伝わります。Q2のコレクタから出力される負の矩形波により、バイステーブル回路がトリガーされます。

抵抗R1とコンデンサC1により、回路の周波数特性は高感度の3kHz帯域に制限されます。電源投入時、トランジスタQ3は飽和状態、Q4はカットオフ状態となり、ダイオードD3（LED）は消灯しています。MK1が制御信号（拍手等）を受けると、増幅された負の矩形波と負パルスがダイオードD1を経て微分処理され、Q3のベースへ入力されます。これにより電源がONとなり、D3のLEDが点灯します。

再度MK1が制御信号を受けると、LEDのD3が消灯します。外部制御機器を接続する場合は、J1（ケーブル端子）を使用します。J1とリレーを接続すれば、拍手や音声で家電などを制御可能です。このとき、リレーの端子に逆向きダイオード（フライホイールダイオード）を接続することを忘れないでください。

注意: タイマーなし拍手スイッチの動作電圧は5V DCです。LEDを点灯させるには6mAの電流が必要です（3mA未満では点灯しません）。

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回路図をクリックで拡大表示

拍手スイッチ回路の利点と欠点

1. 手を叩くだけでLEDやランプを簡単にON/OFFできる。
2. LEDを取り外し、ファンや他の電気部品を出力側に接続して目的の制御が可能。
3. 使用されているコンデンサーマイクはデフォルトで検知範囲が短く、調整できない。

拍手スイッチ回路の応用例

拍手スイッチはLEDのON/OFFだけでなく、蛍光灯、扇風機、ラジオ、その他音でONにしたい基本的な回路全般に応用できます。

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