مضخم طاقة الصوت

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة
مضخم صوت ستيريو من صنع شركة ماكنتوش
المنظر الداخلي لمضخم صوت متكامل عالي الدقة من طراز Mission Cyrus One (1984) [ 1 ]

يُضخّم مُضخّم الطاقة الصوتية (أو مُضخّم القدرة ) إشارات الصوت الإلكترونية منخفضة الطاقة ، مثل إشارة جهاز استقبال الراديو أو لاقط غيتار كهربائي ، إلى مستوى كافٍ لتشغيل مكبرات الصوت أو سماعات الرأس . تُستخدم مُضخّمات الطاقة الصوتية في جميع أنواع أنظمة الصوت، بما في ذلك أنظمة تضخيم الصوت ، وأنظمة الإذاعة العامة ، وأنظمة الصوت المنزلية ، ومُضخّمات الآلات الموسيقية مثل مُضخّمات الغيتار . وهو المرحلة الإلكترونية الأخيرة في سلسلة تشغيل الصوت النموذجية قبل إرسال الإشارة إلى مكبرات الصوت.

المراحل السابقة في هذه السلسلة هي مضخمات صوت منخفضة الطاقة، تقوم بمهام مثل التضخيم الأولي للإشارة، ومعادلة الصوت ، ومزج إشارات الإدخال المختلفة . ويمكن أن تكون المدخلات أي عدد من مصادر الصوت مثل مشغلات الأسطوانات ، ومشغلات الأقراص المدمجة ، ومشغلات الصوت الرقمية ، ومشغلات الكاسيت . تتطلب معظم مضخمات طاقة الصوت هذه المدخلات منخفضة المستوى، والتي تُعرف بمستوى الخط .

بينما قد لا تتجاوز إشارة الدخل لمضخم طاقة الصوت، كإشارة الغيتار الكهربائي، بضع مئات من الميكروواط ، فإن خرجه قد يكون بضعة واط للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية الصغيرة، مثل أجهزة الراديو المنبهة ، أو عشرات أو مئات الواط لنظام ستيريو منزلي ، أو عدة آلاف من الواط لنظام صوتي في نادٍ ليلي ، أو عشرات الآلاف من الواط لنظام تضخيم صوت ضخم لحفلات موسيقى الروك. وعلى الرغم من توفر مضخمات الطاقة كوحدات مستقلة، موجهة عادةً لسوق عشاق الصوت عالي الدقة (سوق متخصص) من هواة الصوت ومحترفي أنظمة تضخيم الصوت، فإن العديد من المنتجات الصوتية الإلكترونية الاستهلاكية ، مثل المضخم المتكامل ، وجهاز الاستقبال ، وأجهزة الراديو المنبهة، ومكبرات الصوت المحمولة ، وأجهزة التلفزيون، تحتوي على كلٍ من مضخم أولي ومضخم طاقة مدمجين في هيكل واحد.

تاريخ

مضخم الصوت النموذجي الذي صممه دي فورست عام 1914

اخترع لي دي فورست مضخم الصوت حوالي عام 1912. وقد تحقق ذلك بفضل اختراعه لأول مكون كهربائي عملي للتضخيم، وهو الصمام الثلاثي المفرغ (أو "الصمام" باللغة الإنجليزية البريطانية) عام 1907. كان الصمام الثلاثي جهازًا ثلاثي الأطراف مزودًا بشبكة تحكم قادرة على تعديل تدفق الإلكترونات من الفتيل إلى الصفيحة. استُخدم مضخم الصوت الثلاثي المفرغ في صناعة أول راديو AM . [ 2 ] اعتمدت مضخمات الطاقة الصوتية المبكرة على الصمامات المفرغة، وحقق بعضها جودة صوت عالية بشكل ملحوظ (مثل مضخم ويليامسون الذي صُنع بين عامي 1947 و1949).

جهاز McIntosh MC240 من عام 1961، مع أنابيب تفريغ مكشوفة

أصبحت مضخمات الطاقة الصوتية القائمة على الترانزستورات عمليةً مع توفر الترانزستورات الرخيصة على نطاق واسع في أواخر الستينيات. ومنذ السبعينيات، تعتمد معظم مضخمات الصوت الحديثة على الترانزستورات الصلبة ، وخاصةً ترانزستور الوصلة ثنائية القطب (BJT) وترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOSFET). تتميز المضخمات القائمة على الترانزستورات بخفة وزنها، وموثوقيتها العالية، وقلة صيانتها مقارنةً بمضخمات الصمامات الإلكترونية .

تم اختراع ترانزستور MOSFET في مختبرات بيل بين عامي 1955 و1960. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] وتم تطويره ليصبح ترانزستور MOSFET عالي القدرة للصوت بواسطة جون-إيتشي نيشيزاوا في جامعة توهوكو عام 1974. [ 9 ] وسرعان ما بدأت شركة ياماها بتصنيع ترانزستورات MOSFET عالية القدرة لمضخمات الصوت عالية الدقة . كما بدأت شركات JVC ، وبايونير ، وسوني ، وتوشيبا بتصنيع مضخمات صوت مزودة بترانزستورات MOSFET عالية القدرة في عام 1974. [ 9 ] وفي عام 1977، قدمت شركة هيتاشي ترانزستور LDMOS (ترانزستور MOSFET ذو الانتشار الجانبي)، وهو نوع من ترانزستورات MOSFET عالية القدرة. وكانت هيتاشي الشركة الوحيدة المصنعة لترانزستور LDMOS بين عامي 1977 و1983، حيث استُخدم خلال تلك الفترة في مضخمات طاقة الصوت من شركات مصنعة مثل HH Electronics (سلسلة V) و Ashly Audio ، كما استُخدم في أنظمة الموسيقى وأنظمة الصوت العامة . [ 9 ] حققت مضخمات الفئة D نجاحًا في منتصف ثمانينيات القرن العشرين عندما أصبحت ترانزستورات MOSFET منخفضة التكلفة وسريعة التبديل متاحة. [ 10 ] تستخدم العديد من مضخمات الترانزستور أجهزة MOSFET في أقسام الطاقة الخاصة بها ، لأن منحنى التشوه الخاص بها يشبه منحنى تشوه الصمامات الإلكترونية . [ 11 ]

في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، لا يزال هناك عشاق الصوت، والموسيقيون (وخاصة عازفو الجيتار الكهربائي ، وعازفو الباس الكهربائي ، وعازفو أورغن هاموند ، وعازفو البيانو الكهربائي فيندر رودز ، من بين آخرين)، ومهندسو الصوت ومنتجو الموسيقى الذين يفضلون مكبرات الصوت التي تعمل بالأنابيب، وما يُنظر إليه على أنه صوت "أكثر دفئًا" للأنابيب .

معايير التصميم

خمسة مكبرات صوتية مثبتة على رفوف تستخدم في نظام تضخيم الصوت

تُعدّ استجابة التردد ، والكسب ، والضوضاء ، والتشويه من أهمّ معايير تصميم مضخمات الطاقة الصوتية . وترتبط هذه المعايير ببعضها ارتباطًا وثيقًا؛ فزيادة الكسب غالبًا ما تؤدي إلى زيادات غير مرغوب فيها في الضوضاء والتشويه. في حين أن التغذية الراجعة السالبة تُقلّل الكسب، فإنها تُقلّل أيضًا التشوه. معظم مضخمات الصوت هي مضخمات خطية تعمل في الفئة AB .

حتى سبعينيات القرن الماضي، كانت معظم مضخمات الصوت تستخدم الصمامات المفرغة . وخلال تلك الفترة، حلت مضخمات الترانزستور محل مضخمات الصمامات تدريجيًا، نظرًا لخفة وزنها وموثوقيتها العالية وقلة صيانتها. ومع ذلك، لا تزال مضخمات الصمامات الأولية تُباع في أسواق متخصصة ، مثل هواة أنظمة الصوت المنزلية عالية الدقة ، ومهندسي الصوت ، ومنتجي الموسيقى (الذين يستخدمونها في تسجيلات الاستوديو لإضفاء دفء على إشارات الميكروفون)، وعازفي الغيتار الكهربائي، وعازفي غيتار البيس الكهربائي، وعازفي أورغ هاموند ، الذين لا تزال فئة قليلة منهم تستخدم مضخمات الصمامات الأولية، ومضخمات الطاقة، ووحدات المؤثرات الصوتية . وبينما يسعى هواة أنظمة الصوت عالية الدقة ومهندسو الصوت، الذين يعملون في مجال الصوت المباشر أو مراقبة المسارات في الاستوديو، عادةً إلى مضخمات ذات أقل تشويه، فإن عازفي الآلات الكهربائية في أنواع موسيقية مثل البلوز والروك والهيفي ميتال ، من بين أنواع أخرى، يستخدمون مضخمات الصمامات لأنهم يفضلون التشويش الطبيعي الذي تُنتجه عند تشغيلها بأقصى طاقة.

يستخدم مكبر الصوت من الفئة D ، وهو أكثر كفاءة بكثير من مكبرات الصوت من الفئة AB، على نطاق واسع الآن في منتجات الصوت الإلكترونية الاستهلاكية ، ومكبرات الصوت الجهير ، ومعدات نظام تعزيز الصوت ، حيث أن مكبرات الصوت من الفئة D أخف وزنًا بكثير وتنتج حرارة أقل بكثير، ولكنها قد تُدخل بعض الضوضاء.

المرشحات ومضخمات الصوت الأولية

بما أن الأجهزة الرقمية الحديثة، بما في ذلك مشغلات الأقراص المدمجة وأقراص الفيديو الرقمية وأجهزة استقبال الراديو وأجهزة التسجيل، توفر إشارة "مستوية" عند مستوى الخط، فلا حاجة إلى مضخم أولي إلا للتحكم في مستوى الصوت واختيار المصدر. ومن البدائل لمضخم أولي منفصل استخدام مفاتيح تحكم سلبية في مستوى الصوت والتبديل، والتي تُدمج أحيانًا في مضخم طاقة لتشكيل مضخم متكامل .

مراحل إخراج الطاقة

مضخم صوت صغير لتعزيز خرج مصادر الصوت الخطية إلى سماعات الرأس أو مكبرات الصوت الصغيرة. طول الحافة 4  سم، الوزن16 غرام  ، خرج الطاقة حوالي 100  ميلي واط في  حمل 32 أوم.

المرحلة الأخيرة من التضخيم، بعد المضخمات الأولية، هي مرحلة الإخراج، حيث تُفرض أعلى متطلبات على الترانزستورات أو الصمامات. لهذا السبب، غالبًا ما تُعتبر خيارات التصميم المتعلقة بجهاز الإخراج (في مراحل الإخراج أحادية الطرف، كما هو الحال في مضخمات التريود أحادية الطرف ) أو الأجهزة (في مراحل الإخراج ذات الدفع والسحب )، مثل فئة تشغيل أجهزة الإخراج، بمثابة وصف لمضخم الطاقة بأكمله. على سبيل المثال، من المرجح أن يحتوي مضخم من الفئة B على أجهزة إخراج عالية الطاقة فقط تعمل في وضع القطع لنصف كل دورة، بينما تعمل الأجهزة الأخرى (مثل مضخم الفرق، ومضخم الجهد، وربما حتى ترانزستورات القيادة) في الفئة A. في مرحلة إخراج بدون محول ، تكون الأجهزة موصولة على التوالي مع مصدر الطاقة وحمل الإخراج ( مثل مكبر الصوت)، ربما عبر مكثف كبير و/أو مقاومات صغيرة.

مزيد من التطورات

تشوه التشكيل البيني العابر

لعدة سنوات بعد ظهور مضخمات الصوت ذات الحالة الصلبة، لم يكن صوتها المسموع يتمتع بجودة الصوت الممتازة التي تتميز بها أفضل مضخمات الصوت الصمامية . دفع هذا عشاق الصوت إلى الاعتقاد بأن صوت الصمامات يتمتع بجودة جوهرية ناتجة عن تقنية الصمامات المفرغة نفسها. في عام 1970، نشر ماتي أوتالا بحثًا حول التشوه العابر [ 12 ] . عُرف التشوه العابر لاحقًا باسم تشوه التشكيل البيني العابر (TIM). بعد ذلك بعامين، في بحث نُشر عام 1972، أفاد ماتي أوتالا بأن تشوه التشكيل البيني العابر يحدث أثناء الزيادات السريعة جدًا في جهد خرج المضخم. [ 13 ] في ذلك الوقت، اعتقد البعض أن تشوه التشكيل البيني العابر (TIM) كان شكلاً غير مُلاحَظ سابقًا من التشوه، ليكشف باحثون آخرون في أوراق بحثية لاحقة أن تشوه التشكيل البيني العابر لم يكن في الواقع فريدًا أو غير مُلاحَظ، إذ كشفت تقنيات القياس المتاحة آنذاك أنه في الحقيقة تشوه معدل التغير، والذي بدوره كان يُكشف عنه دائمًا على أنه تشوه توافقي مُقاس تقليديًا يرتفع في الترددات العالية، بالإضافة إلى تشوه التشكيل البيني المُقاس تقليديًا. [ 14 ] [ 15 ] كما كشفت أوراق بحثية لاحقة أن تشوه التشكيل البيني العابر لم يكن ناتجًا عن الظواهر العابرة فحسب، بل أيضًا عن قياسات نغمة جيبية في الحالة المستقرة. [ 15 ] وقد تم تحديث ادعاء ورد في ورقة أوتالا البحثية عام 1970، مفاده أن كسب الحلقة المفتوحة الكبير (الذي يُنشئ مستوى عالٍ من التغذية الراجعة السلبية) كان سببًا لتشوه الظواهر العابرة، عندما خلص كورديل إلى عكس ذلك تمامًا، مُستنتجًا أن عرض نطاق الحلقة المفتوحة الصغير المُقترن بكسب حلقة مفتوحة كبير لا يُسبب تشوه التشكيل البيني العابر. [ 16 ] [ 17 ] توصلت منشورات أخرى لأوتالا ومؤلفين آخرين إلى حل لتشوه TIM، بما في ذلك زيادة معدل التغير، وتقليل عرض نطاق تردد المضخم الأولي، وإدخال دائرة تعويض التأخير في مرحلة إدخال المضخم بطريقة تجعل مرحلة الإدخال أكثر خطية. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

نظرية باكساندال

كانت الخطوة التالية في التصميم المتقدم هي نظرية باكساندال، التي وضعها بيتر باكساندال في إنجلترا. [ 21 ] قدمت هذه النظرية مفهوم مقارنة نسبة التشوه المدخل إلى التشوه المخرج للمضخم. ساعدت هذه الفكرة الجديدة مهندسي تصميم الصوت على تقييم عمليات التشوه داخل المضخم بشكل أفضل.

تأثير باكساندال

بتطبيق التغذية الراجعة السلبية، يمكن تفعيل تأثير باكساندال، حيث يؤدي رفع مستوى التغذية الراجعة السلبية ضمن نطاق محدود إلى انخفاض ناتج التشوه التوافقي الثاني كما هو متوقع، بينما تزداد نواتج التشوه التوافقي الأعلى رتبة. وقد أدى ذلك إلى الاعتقاد الخاطئ بأن المستويات العالية من التغذية الراجعة السلبية ضارة. مع ذلك، عند رفع مستوى التغذية الراجعة السلبية إلى ما يزيد عن 20  ديسيبل تقريبًا، تنخفض جميع نواتج التشوه بشكل أكبر، مما يُثبت أن هذه المستويات العالية من التغذية الراجعة السلبية لا تنطوي على أي سلبيات. [ 22 ]

التطبيقات

اللوحة الخلفية لنظام تضخيم صوت متوسط ​​الحجم، مثبت على أحد جانبي المسرح في حفل موسيقي. يتضمن النظام وحدة التحكم الخاصة بمهندس الصوت (الواقف خلفها) ومضخمات الطاقة، الموضوعة جزئيًا في رف قياس 19 بوصة على اليمين.

تشمل التطبيقات المهمة أنظمة الصوت العامة ، وأنظمة تضخيم الصوت في المسارح والحفلات الموسيقية ، والأنظمة المنزلية مثل أنظمة الاستريو أو أنظمة المسرح المنزلي . كما تستخدم مضخمات الآلات الموسيقية، بما في ذلك مضخمات الغيتار ومضخمات لوحات المفاتيح الكهربائية، مضخمات طاقة صوتية. في بعض الحالات، يُدمج مضخم الطاقة الخاص بمضخم الآلات الموسيقية في وحدة مضخم واحدة تحتوي على مضخم أولي، وأجهزة تحكم في النغمات، ومؤثرات إلكترونية. يمكن تركيب هذه المكونات في صندوق مكبر صوت خشبي لإنشاء "مضخم كومبو". يمكن للموسيقيين ذوي الاحتياجات الخاصة في الأداء و/أو الذين يحتاجون إلى تضخيم قوي جدًا إنشاء إعداد مخصص باستخدام مضخمات أولية منفصلة تُركّب في رفوف ، ومعادلات صوت، ومضخم طاقة مُثبّت في صندوق نقل مقاس 19 بوصة .

تتوفر مضخمات الطاقة كوحدات مستقلة، يستخدمها هواة الصوت عالي الدقة ومصممو أنظمة الصوت العامة وأنظمة تضخيم الصوت . قد يمتلك مستخدمو الصوت عالي الدقة مضخم طاقة ستيريو لتشغيل مكبرات الصوت اليمنى واليسرى، ومضخم طاقة أحادي القناة لتشغيل مضخم الصوت الفرعي (الصب ووفر) . يعتمد عدد مضخمات الطاقة المستخدمة في نظام تضخيم الصوت على حجم المكان. قد يحتوي مقهى صغير على مضخم طاقة واحد لتشغيل مكبري صوت. بينما قد يحتوي ملهى ليلي على عدة مضخمات طاقة لمكبرات الصوت الرئيسية، ومضخم طاقة واحد أو أكثر لمكبرات الصوت الجانبية ( الموجهة نحو الفرقة)، ومضخم طاقة إضافي لمضخم الصوت الفرعي. أما حفلات الملاعب فقد تحتوي على عدد كبير من مضخمات الطاقة المثبتة في رفوف. تحتوي معظم المنتجات الصوتية الإلكترونية الاستهلاكية ، مثل أجهزة التلفزيون ، ومكبرات الصوت المحمولة ، وأنظمة الصوت المنزلية ، ولوحات المفاتيح الإلكترونية من كاسيو وياماها ، ومضخمات صوت الجيتار المدمجة ، وأجهزة ستيريو السيارات، على مضخمات طاقة مدمجة داخل هيكل المنتج الرئيسي.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "1 – مضخم صوت متكامل (جميع الإصدارات)" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24-04-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-01-2011 .سايروس أوديو: أرشيف المنتجات: سايروس ون
  2. ↑ الترانزستور في قرن من الإلكترونيات . nobelprize.org
  3. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 2802760 ، لينكولن، ديريك وفروش ، كارل جيه، "أكسدة الأسطح شبه الموصلة من أجل الانتشار المتحكم فيه"، صدرت في 13 أغسطس 1957 
  4. ↑ فروتش، سي جيه؛ ديريك، إل (1957). "حماية السطح والتغطية الانتقائية أثناء الانتشار في السيليكون" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 104 (9): 547. doi : 10.1149/1.2428650 .
  5. ↑ لويك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص 120. ISBN  9783540342588.
  6. ↑ كانغ، د. "جهاز سطحي من السيليكون وثاني أكسيد السيليكون" . مذكرة فنية لمختبرات بيل : 583-596 . doi : 10.1142/9789814503464_0076 . ISBN 978-981-02-0209-5.
  7. ↑ لويك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . برلين، هايدلبرغ: سبرينغر-فيرلاغ برلين هايدلبرغ. ص 321. ISBN  978-3-540-34258-8.
  8. ↑ ليجينزا، جيه آر؛ سبيتزر، دبليو جي (1960). "آليات أكسدة السيليكون في البخار والأكسجين" . مجلة فيزياء وكيمياء المواد الصلبة . 14 : 131-136 . Bibcode : 1960JPCS...14..131L . doi : 10.1016/0022-3697(60)90219-5 .
  9. 1 2 3 دنكان، بن (1996). مضخمات طاقة صوتية عالية الأداء . إلسيفير . الصفحات 177-178، 406. ISBN  9780080508047.
  10. ↑ دنكان، بن (1996). مضخمات طاقة صوتية عالية الأداء . نيونس. ص 147-148 . ISBN  9780750626293.
  11. ↑ فليغلر، ريتشي؛ إيش، جون ف. (1993). مضخمات الصوت! النصف الآخر من موسيقى الروك أند رول . شركة هال ليونارد . ISBN 9780793524112.
  12. ↑ أوتالا، م. (1970). "التشويه العابر في مضخمات الطاقة الصوتية الترانزستورية". معاملات IEEE في الصوتيات والإلكترونيات الصوتية . 18 (3): 234-239 . Bibcode : 1970ITAuE..18..234O . doi : 10.1109/TAU.1970.1162117 . S2CID 13952562 . 
  13. ↑ أوتالا، ماتي (يونيو 1972). "تعديلات تصميم الدوائر لتقليل تشويه التشكيل البيني العابر في مكبرات الصوت" . مجلة جمعية هندسة الصوت . 20 (5).
  14. ↑ يونغ، والتر ج. (يونيو 1979). "نظرة عامة على SID وTIM". الصوت . 63 (6): 70، الفقرة الثالثة من النهاية.
  15. 1 2 بوتزيس، برونو. "كلمة F، أو لماذا لا يوجد شيء اسمه تغذية راجعة زائدة". الصوت الخطي . 1 : القسم الأخير من "مراجعة سريعة لمضخم الصوت ثلاثي المراحل"، الفقرة الأخيرة.
  16. ↑ كورديل، روب (مارس 1980). "نظرة أخرى على TIM - الجزء الثاني" (ملف PDF) . صوتي . 64 (3): 40، القسم: "حالة عامل التغذية الراجعة الكبير" . تم الاسترجاع في 23 مارس 2026 .
  17. ↑ كورديل، روبرت (مارس 1980). "نظرة أخرى على TIM - الجزء الثاني". الصوت . 64 (3): 40، القسم: "حجة عامل التغذية الراجعة الكبير".
  18. ↑ لاماسنييمي، جورما؛ نيمينين، كاري (مايو 1980). "توزيع معدل تغير إشارة الفونوغراف" . مجلة جمعية هندسة الصوت . 28 (5).{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  19. ↑ بيتري-لارمي، م.؛ أوتالا، م.؛ لاماسنييمي، ج. (مارس 1980). "عتبة الكشف النفسي الصوتي لتشوه التشكيل البيني العابر" . مجلة جمعية هندسة الصوت . 28 (3).
  20. ↑ يمكن الاطلاع على مناقشة ميزات التصميم العملية التي يمكن أن تؤدي إلى الحد من معدل التغير والتشويه العابر في مضخمات الصوت، أو تقليلهما، على سبيل المثال في كتاب هود، جون لينسلي (1993). "الفصل 9". فن الإلكترونيات الخطية . أكسفورد: باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/B978-0-7506-0868-8.50013-8 . ISBN 978-0-7506-0868-8.
  21. ↑ باكساندال، بيتر (فبراير 1979) "تصميم مضخم طاقة الصوت" مؤرشف في 9 يونيو 2022 في أرشيف الإنترنت ، مجلة وايرلس وورلد
  22. ↑ كورديل، بوب (2011). تصميم مضخمات الطاقة الصوتية . ماكجرو هيل. ص 499. ISBN  978-0-07-164024-4.