مكبر صوت بلازما

مكبرات الصوت البلازمية أو الأيونوفونات هي نوع من مكبرات الصوت التي تُغير ضغط الهواء باستخدام بلازما كهربائية بدلاً من غشاء صلب . يُسخن قوس البلازما الهواء المحيط به، مما يؤدي إلى تمدده. بتغيير الإشارة الكهربائية التي تُشغل البلازما والمتصلة بمخرج مُضخم الصوت ، يتغير حجم البلازما، مما يُغير بدوره تمدد الهواء المحيط، مُنتجًا موجات صوتية. ^{[ 1 ]}

تتخذ البلازما عادةً شكل تفريغ متوهج وتعمل كعنصر مشع عديم الكتلة. تُعد هذه التقنية تطورًا لاحقًا لمبادئ الفيزياء التي برهن عليها ويليام دوديل في "القوس المغني" عام 1900، ^{[ 2 ]} ونشر هيرمان ثيودور سيمون الظاهرة نفسها عام 1898. ^{[ 3 ]}

استخدم مصطلح "الأيونوفون" من قبل الدكتور سيغفريد كلاين الذي طور مكبر صوت بلازما تم ترخيصه للإنتاج التجاري من قبل شركة دوكين مع "أيونوفاك" وشركة فان أكوستيكس مع "أيونوفان" في أواخر الأربعينيات والخمسينيات من القرن العشرين. ^{[ 4 ]}

تعتمد هذه الظاهرة على عدة مبادئ فيزيائية: ^{[ 5 ]} أولًا، يؤدي تأين الغاز إلى تكوين بلازما عالية التوصيل ، تستجيب للمجالات الكهربائية والمغناطيسية المتناوبة . ثانيًا، تتميز هذه البلازما منخفضة الكثافة بكتلة ضئيلة للغاية. وبالتالي، يبقى الهواء مرتبطًا ميكانيكيًا بالبلازما عديمة الكتلة تقريبًا، مما يسمح له بإشعاع نسخة مثالية تقريبًا من مصدر الصوت عند تعديل المجال الكهربائي أو المغناطيسي بإشارة الصوت.

تستخدم تصميمات محولات الطاقة في مكبرات الصوت التقليدية إشارة التردد الصوتي الكهربائية المدخلة لتحريك كتلة كبيرة: في مكبر الصوت الديناميكي، يرتبط هذا المحرك بمخروط مكبر صوت صلب - وهو غشاء يدفع الهواء عند الترددات الصوتية. لكن القصور الذاتي المتأصل في كتلته يقاوم التسارع - وجميع التغييرات في موضع المخروط. بالإضافة إلى ذلك، ستعاني مخاريط مكبرات الصوت في النهاية من إجهاد الشد الناتج عن الاهتزاز الصوتي المتكرر. ^{[ 6 ]}

وبالتالي، فإنّ خرج السماعات التقليدية، أو دقة الصوت، يتأثر بالقيود الفيزيائية المتأصلة في تصميمها. لطالما شكّلت هذه التشوهات العامل المحدد في إعادة إنتاج الترددات العالية القوية تجاريًا. وإلى حدٍّ أقل، تُعدّ خصائص الموجة المربعة إشكالية أيضًا؛ إذ إنّ إعادة إنتاج الموجات المربعة تُجهد مخروط السماعة بشدة.

في مكبرات الصوت البلازمية، باعتبارها من عائلة مكبرات الصوت عديمة الكتلة، لا توجد هذه القيود. يتميز المحرك ذو القصور الذاتي المنخفض باستجابة عابرة استثنائية مقارنةً بالتصاميم الأخرى. ^{[ 7 ]} والنتيجة هي صوت متوازن ودقيق حتى عند الترددات العالية التي تتجاوز نطاق السمع البشري. ^{[ 8 ]} تتميز هذه المكبرات بالدقة والوضوح، ولكن ليس عند الترددات المنخفضة لأن البلازما تتكون من جزيئات صغيرة، وبسبب كتلتها المنخفضة، لا تستطيع تحريك كميات كبيرة من الهواء إلا إذا كان عدد جزيئات البلازما كبيرًا. لذلك، تُعد هذه التصاميم أكثر فعالية كمكبرات صوت عالية التردد (تويتر) . ^{[ 9 ]}

تُؤيّن مكبرات الصوت البلازمية الهواء المحيط الذي يحتوي على غازي النيتروجين والأكسجين . في مجال كهربائي شديد ، يُمكن أن تُنتج هذه الغازات نواتج ثانوية تفاعلية، وفي الغرف المغلقة، قد تصل هذه النواتج إلى مستويات خطرة. الغازان الرئيسيان الناتجان هما الأوزون وثاني أكسيد النيتروجين .

أنتجت شركة بلازماترونيكس مكبر صوت بلازما تجاريًا يستخدم خزان هيليوم لتوفير غاز التأين. في عام 1978، صمّم آلان إي. هيل من مختبر أسلحة القوات الجوية في ألبوكيرك، نيو مكسيكو، مكبر الصوت بلازماترونيكس هيل من النوع الأول ، وهو مكبر صوت عالي التردد يعمل بالهيليوم والبلازما. ^{[ 10 ]} وقد تجنّب هذا التصميم انبعاثات الأوزون وأكاسيد النيتروجين الناتجة عن تحلل الهواء بترددات الراديو في الأجيال السابقة من مكبرات الصوت عالية التردد التي تعمل بالبلازما. إلا أن تشغيل هذه المكبرات يتطلب إمدادًا مستمرًا بالهيليوم.

في خمسينيات القرن الماضي، أنتجت شركة دوكين الرائدة جهاز أيونوفاك لتأيين الهواء ، والذي تم تسويقه في المملكة المتحدة باسم أيونوفون . ولا يزال هناك مصنعون في ألمانيا يستخدمون هذا التصميم، بالإضافة إلى العديد من التصاميم التي يمكن صنعها بنفسك والمتوفرة على الإنترنت.

لجعل مكبر الصوت البلازمي منتجًا متاحًا على نطاق أوسع، قدمت كل من شركة ExcelPhysics، ومقرها سياتل، وشركة Images Scientific Instruments، ومقرها نيويورك، نسختهما الخاصة من مكبر الصوت البلازمي كطقم تجميع ذاتي . استخدمت نسخة ExcelPhysics محولًا عكسيًا لرفع الجهد، وشريحة توقيت 555 لتوفير التعديل وإشارة حاملة بتردد  44 كيلوهرتز ، ومضخم صوت. لم يعد هذا الطقم متوفرًا في الأسواق. ^{[ 11 ]}

تستخدم مكبرات الصوت اللهبية لهبًا مُعدَّلًا كمُشغِّل، ويمكن اعتبارها مُرتبطة بمكبرات الصوت البلازمية. وقد تم استكشاف هذا النوع من مكبرات الصوت باستخدام احتراق الغاز الطبيعي أو الشموع لإنتاج بلازما يمر عبرها التيار الكهربائي. ^{[ 12 ]} لا تتطلب هذه التصاميم الاحتراقية جهدًا عاليًا لتوليد مجال البلازما، ولكن لم تُطرح أي منتجات تجارية تستخدمها حتى الآن.

يُلاحظ تأثير مشابه أحيانًا بالقرب من أجهزة إرسال الراديو عالية القدرة ذات التعديل السعوي، عندما يحدث تفريغ هالة (غير مقصود) من هوائي الإرسال، حيث تصل الفولتية إلى عشرات الآلاف من الفولتات . يسخن الهواء المتأين بشكل مباشر مع إشارة التعديل بدقة عالية بشكل مدهش على مساحة واسعة. ونظرًا للآثار المدمرة للتفريغ (المستدام ذاتيًا)، لا يمكن السماح باستمراره، وتقوم الأنظمة الآلية بإيقاف الإرسال مؤقتًا في غضون ثوانٍ قليلة لإخماد "اللهب".

• ملف تسلا المغني

• ويليام دوديل
• أيونوفاك