مكبر صوت

هذه المقالة تحتاج إلى مصادر إضافية للتحقق . الرجاء المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Woofer" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( مايو 2012 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

مكبر الصوت أو مكبر الصوت الجهير هو مصطلح تقني لمحرك مكبر الصوت المصمم لإنتاج أصوات ذات تردد منخفض ، عادةً من 20 هرتز إلى بضع مئات من هرتز. الاسم مشتق من الكلمة الإنجليزية الصوتية لنباح الكلب العميق، " woof " ^[1] (على النقيض من مكبر الصوت عالي التردد، الاسم المستخدم لمكبرات الصوت المصممة لإعادة إنتاج الأصوات عالية التردد، والمشتقة من نداءات الطيور الحادة، " tweets "). التصميم الأكثر شيوعًا لمكبر الصوت هو المحرك الكهروديناميكي ، والذي يستخدم عادةً مخروطًا ورقيًا صلبًا ، مدفوعًا بملف صوتي محاط بحقل مغناطيسي .

يتم تثبيت الملف الصوتي بواسطة مواد لاصقة في الجزء الخلفي من مخروط مكبر الصوت. يشكل الملف الصوتي والمغناطيس محركًا كهربائيًا خطيًا . عندما يتدفق التيار عبر الملف الصوتي، يتحرك الملف فيما يتعلق بالإطار وفقًا لقاعدة فليمنج لليد اليسرى للمحركات ، مما يتسبب في دفع الملف أو سحبه على مخروط السائق بطريقة تشبه المكبس. تخلق الحركة الناتجة للمخروط موجات صوتية ، أثناء تحركه للداخل والخارج.

عند مستويات ضغط الصوت العادية (SPL)، يمكن لمعظم البشر سماع ما يصل إلى حوالي 20 هرتز. ^[2] تُستخدم مكبرات الصوت عمومًا لتغطية أدنى أوكتافات نطاق تردد مكبر الصوت. في أنظمة مكبرات الصوت ثنائية الاتجاه، يتعين على السائقين الذين يتعاملون مع الترددات المنخفضة أيضًا تغطية جزء كبير من النطاق المتوسط، وغالبًا ما يصل إلى 800 إلى 1000 هرتز؛ يُطلق على هذه السائقين عادةً مكبرات الصوت المتوسطة . منذ تسعينيات القرن العشرين، أصبح نوع من مكبرات الصوت المصممة للترددات المنخفضة جدًا فقط، وهو مكبر الصوت الفرعي ، يُستخدم بشكل شائع في أنظمة المسرح المنزلي وأنظمة الصوت العامة لزيادة استجابة الجهير ؛ عادةً ما تتعامل مكبرات الصوت الفرعية مع أدنى أوكتافين أو ثلاثة أوكتافات (أي من 20 إلى 80 أو 120 هرتز).

يتطلب التصميم الجيد لمكبر الصوت تحويل إشارة مكبر التردد المنخفض إلى حركة هوائية ميكانيكية بدقة عالية وكفاءة مقبولة، كما أن التصميم الجيد لمكبر الصوت يساعد في ذلك ويزيد من تعقيده ضرورة استخدام حاوية مكبر الصوت لربط حركة المخروط بالهواء. وإذا تم ذلك بشكل جيد، فإن العديد من المشاكل الأخرى المرتبطة بتصميم مكبر الصوت (على سبيل المثال، متطلبات الانحراف الخطي) يتم تقليلها.

في أغلب الحالات، يجب تصميم مكبر الصوت وغطاءه للعمل معًا. وعادةً ما يتم تصميم الغطاء ليناسب خصائص مكبر الصوت أو مكبرات الصوت المستخدمة. ويعتمد حجم الغطاء على أطول أطوال الموجات (أدنى الترددات) المراد إعادة إنتاجها، ويكون غطاء مكبر الصوت أكبر كثيرًا من المطلوب للترددات المتوسطة والعالية .

تقوم شبكة التقاطع ، سواء كانت سلبية أو نشطة، بتصفية نطاق الترددات التي يتعين على مكبر الصوت ومكبرات الصوت الأخرى التعامل معها. عادةً ما يُتوقع من نظام التقاطع ومكبرات الصوت، بما في ذلك مكبر الصوت، تحويل الإشارة الكهربائية التي يوفرها مكبر الصوت إلى إشارة صوتية ذات شكل موجة متطابق دون أي تفاعل آخر بين مكبر الصوت ومكبرات الصوت، على الرغم من أن مكبر الصوت ومكبرات الصوت يتم تصميمهما في بعض الأحيان مع مكبرات الصوت لتزويد مكبر الصوت بتغذية راجعة سلبية لتصحيح التشوهات .

هناك العديد من التحديات في تصميم وتصنيع مكبر الصوت. معظمها يتعلق بالتحكم في حركة المخروط بحيث يتم إعادة إنتاج الإشارة الكهربائية إلى ملف صوت مكبر الصوت بأمانة بواسطة الموجات الصوتية الناتجة عن حركة المخروط. تتضمن المشكلات تخميد المخروط بشكل نظيف دون تشويه مسموع بحيث لا يستمر في الحركة، مما يتسبب في حدوث رنين ، عندما تنخفض إشارة الإدخال اللحظية إلى الصفر في كل دورة، وإدارة الرحلات العالية (المطلوبة عادةً لإعادة إنتاج الأصوات العالية) مع تشويه منخفض. هناك أيضًا تحديات في تقديم معاوقة كهربائية للمضخم ليست بعيدة جدًا عن الثبات في جميع الترددات.

تم تسجيل براءة اختراع نسخة مبكرة من تصميم خزانة الانعكاس الجهير المستخدمة على نطاق واسع بواسطة ألبرت إل ثوراس من مختبرات بيل في عام 1932. ^[3]

في عام 1965، قدمت شركة سينهايزر إلكترونيكس نظام الصوت فيلهارمونيك، والذي استخدم الإلكترونيات للتغلب على بعض المشاكل التي تواجهها أنظمة مكبرات الصوت العادية. فقد أضافوا مستشعر حركة إلى مكبر الصوت، واستخدموا الإشارة المقابلة لحركته الفعلية لإرجاعها كمدخل تحكم إلى مكبر صوت مصمم خصيصًا. وإذا تم ذلك بعناية، فيمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين الأداء (سواء من حيث "الضيق"، أو تمديد أداء التردد المنخفض) بشكل كبير على حساب المرونة (يرتبط مكبر الصوت ومكبر الصوت معًا بشكل دائم) والتكلفة. وفي الولايات المتحدة، قدم مهندس صناعة النفط إل دبليو إيراث، خطًا من مكبرات الصوت عالية الجودة على نفس الخطوط تقريبًا.

مع انخفاض تكاليف الإلكترونيات، أصبح من الشائع استخدام مكبرات صوت مزودة بأجهزة استشعار في "أنظمة الموسيقى" غير المكلفة، أو صناديق الصوت، أو حتى أنظمة الصوت في السيارات. وعادة ما يتم ذلك في محاولة للحصول على أداء أفضل من مكبرات صوت غير مكلفة أو صغيرة الحجم في علب خفيفة الوزن أو سيئة التصميم. ويشكل هذا النهج صعوبات حيث لا يمكن القضاء على كل التشوهات باستخدام تقنيات التحكم المؤازر ، ويمكن للعلبة سيئة التصميم أن تغمر الفوائد من أي محاولة للتصحيح الإلكتروني.

نظرًا لأنه يمكن قياس خصائص مكبر الصوت، والتنبؤ بها إلى حد كبير، فمن الممكن تصميم دائرة خاصة تعمل على تعويض بعض أوجه القصور في نظام مكبر الصوت.

تُستخدم تقنيات المعادلة في أغلب تطبيقات الخطابة العامة وتعزيز الصوت . وهنا لا تكمن المشكلة في المقام الأول في إعادة إنتاج الصوت عالي الدقة، بل في إدارة البيئة الصوتية. وفي هذه الحالة، يجب ضبط المعادلة بشكل فردي لتتناسب مع الخصائص الخاصة لأنظمة مكبرات الصوت المستخدمة والغرفة التي تُستخدم فيها.

إن التقنيات الحاسوبية، وخاصة معالجة الإشارات الرقمية (DSP)، تجعل من الممكن إجراء تقاطعات ذات دقة أعلى. فمن خلال استخدام استجابة النبضات المحدودة (FIR) وغيرها من التقنيات الرقمية، يمكن إجراء التقاطعات لنظام ثنائي التضخيم أو ثلاثي التضخيم بدقة لا يمكن تحقيقها باستخدام المرشحات التناظرية، سواء كانت سلبية أو نشطة. وعلاوة على ذلك، يمكن معالجة العديد من خصائص السائق (بما في ذلك الاختلافات الفردية) في نفس الوقت كما هو الحال في التصميمات الحديثة لكلاين وهاميل. وهذا النهج معقد وبالتالي من غير المرجح استخدامه في المعدات الأقل تكلفة.

تتميز جميع المواد المخروطية بمزايا وعيوب. وتتمثل الخصائص الرئيسية الثلاث التي يبحث عنها المصممون في المخاريط في خفة الوزن والصلابة وغياب اللون (بسبب غياب الرنين ). والمواد الغريبة مثل الكيفلار والمغنيسيوم خفيفة وصلبة، ولكن يمكن أن يكون لها مشاكل الرنين، اعتمادًا على تصنيعها وتصميمها. والمواد مثل الورق (بما في ذلك المخاريط الورقية المطلية) والبوليمرات المختلفة ستصدر رنينًا أقل عمومًا من الأغشية المعدنية، ولكنها قد تكون أثقل وزنًا وأقل صلابة. كانت هناك مكبرات صوت جيدة وسيئة مصنوعة من كل نوع من مواد المخاريط. وقد تم استخدام كل نوع تقريبًا من المواد في المخاريط، من الألياف الزجاجية وألياف الخيزران إلى السندويشات المصنوعة من الألومنيوم الموسع على شكل قرص العسل والمخاريط البلاستيكية المحملة بالميكا .

الإطار أو السلة هو الهيكل الذي يحمل المخروط وملف الصوت والمغناطيس في المحاذاة الصحيحة. ونظرًا لأن فجوة ملف الصوت ضيقة جدًا (تكون الخلوصات عادةً في أجزاء من الألف من البوصة)، فإن الصلابة مهمة لمنع احتكاك ملف الصوت بهيكل المغناطيس في الفجوة وتجنب الحركات الدخيلة أيضًا. هناك نوعان رئيسيان من الإطارات المعدنية، المختومة والمصبوبة. تعتبر السلال المختومة (عادةً من الفولاذ) نهجًا أقل تكلفة. عيب هذا النوع من الإطارات هو أن السلة قد تنثني إذا تم تشغيل السماعة بمستويات صوت عالية، حيث تكون مقاومة الانحناء في اتجاهات معينة فقط. السلال المصبوبة أكثر تكلفة، ولكنها عادة ما تكون أكثر صلابة في جميع الاتجاهات، ولديها تخميد أفضل (تقليل رنينها الخاص)، ويمكن أن يكون لها أشكال أكثر تعقيدًا، وبالتالي فهي مفضلة عادةً للسائقين ذوي الجودة الأعلى.

من المواصفات المهمة لمكبر الصوت هو تصنيف الطاقة، أي مقدار الطاقة التي يمكن لمكبر الصوت التعامل معها دون تلف. لا يمكن تحديد تصنيف الطاقة الكهربائية بسهولة، ويستشهد العديد من المصنعين بتصنيفات ذروة لا يمكن تحقيقها إلا للحظات وجيزة جدًا دون تلف. تصبح تصنيفات طاقة مكبر الصوت مهمة عندما يتم دفع مكبر الصوت إلى أقصى الحدود: التطبيقات التي تتطلب خرجًا عاليًا، وظروف التحميل الزائد للمكبر، والإشارات غير المعتادة (أي الإشارات غير الموسيقية)، والترددات المنخفضة جدًا التي يوفر فيها الغلاف القليل من التحميل الصوتي أو لا يوفر أي تحميل صوتي (وبالتالي سيكون هناك أقصى انحراف للمخروط)، أو فشل مكبر الصوت. في المواقف ذات الحجم العالي، ستسخن ملفات صوت مكبر الصوت ، مما يزيد من مقاومتها، مما يتسبب في "ضغط الطاقة"، وهي الحالة التي ينخفض ​​فيها مستوى طاقة الصوت الناتج بعد نشاط طاقة عالي ممتد. يمكن أن يؤدي التسخين الإضافي إلى تشويه ملف الصوت فعليًا، مما يتسبب في حدوث خدوش أو ماس كهربائي بسبب تدهور عزل الأسلاك، أو أي ضرر كهربائي أو ميكانيكي آخر. يمكن أن تذيب طاقة النبضات المفاجئة جزءًا من سلك ملف الصوت، مما يتسبب في دائرة مفتوحة ومكبر صوت ميت؛ سيختلف المستوى الضروري باختلاف خصائص السائق. في تطبيقات الموسيقى ذات مستوى الاستماع العادي، يكون تصنيف الطاقة الكهربائية لمكبرات الصوت غير مهم بشكل عام؛ لكنه يظل مهمًا بالنسبة لمكبرات التردد الأعلى.

هناك ثلاثة أنواع من التعامل مع الطاقة في مشغلات مكبرات الصوت، بما في ذلك مكبرات الصوت منخفضة التردد: الحرارية (الحرارة)، والكهربائية (كلاهما مذكور أعلاه)، والميكانيكية. يتم الوصول إلى حد التعامل مع الطاقة الميكانيكية عندما يمتد انحراف المخروط إلى أقصى حد له. قد يتم الوصول إلى حدود التعامل مع الطاقة الحرارية عندما يتم تغذية مستويات طاقة عالية إلى مكبر صوت منخفض التردد لفترة طويلة جدًا، حتى لو لم تتجاوز الحدود الميكانيكية في أي وقت. يتم تحويل معظم الطاقة المطبقة على الملف الصوتي إلى حرارة، وليس صوتًا؛ تنتقل كل الحرارة في النهاية إلى قطعة القطب وبقية هيكل المغناطيس والإطار. من هيكل مكبر الصوت منخفض التردد، تتبدد الحرارة في النهاية في الهواء المحيط. تتضمن بعض المشغلات أحكامًا لتبريد أفضل (على سبيل المثال، قطع قطب مغناطيسية مهواة، هياكل توصيل حرارية مخصصة) لتقليل درجات حرارة الملف/المغناطيس/الإطار المرتفعة أثناء التشغيل، وخاصة ظروف مستوى الطاقة العالية. إذا تم تطبيق قدر كبير جدًا من الطاقة على الملف الصوتي مقارنة بقدرته على التخلص من الحرارة، فسوف يتجاوز في النهاية درجة الحرارة القصوى الآمنة. قد تذوب المواد اللاصقة، أو قد يذوب قالب الملف الصوتي أو يتشوه، أو قد يفشل العازل الذي يفصل بين لفائف الملف الصوتي . كل هذه الأحداث من شأنها أن تلحق الضرر بمكبر الصوت، وربما تتجاوز قابلية استخدامه.

إن مكبرات الصوت المصممة لتطبيقات أنظمة الصوت العامة ومكبرات الصوت للآلات الموسيقية تشبه في تركيبها مكبرات الصوت المنزلية، إلا أنها عادة ما تكون مصممة بشكل أكثر قوة. وعادة ما تتضمن الاختلافات في التصميم: الخزانات المصممة للشحن والمناولة المتكررة، ومخاريط مكبرات الصوت الأكبر حجمًا للسماح بمستويات ضغط صوت أعلى، وملفات صوتية أكثر قوة لتحمل طاقة أعلى، وصلابة تعليق أعلى. وبشكل عام، من المتوقع أن يفشل مكبر الصوت المنزلي المستخدم في تطبيق نظام الصوت العام/الآلات الموسيقية بشكل أسرع من مكبر الصوت العام/الآلات الموسيقية. من ناحية أخرى، لن يتمتع مكبر الصوت العام/الآلات الموسيقية في تطبيق الصوت المنزلي بنفس جودة الأداء، وخاصة عند مستويات الصوت المنخفضة. ولن ينتج مكبر الصوت العام نفس الدقة العالية المسموعة والتي تعد هدفًا للصوت المنزلي عالي الجودة بسبب هذه الاختلافات. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تتميز مكبرات الصوت ذات نظام PA بكفاءة عالية وقدرة عالية على التعامل مع الطاقة. وعادة ما يكون التضحية بالكفاءة العالية بتكلفة معقولة هو قدرة منخفضة نسبيًا على التحرك (أي عدم القدرة على التحرك "للداخل والخارج" بقدر ما تستطيع العديد من مكبرات الصوت المنزلية)، حيث إنها مخصصة للأبواق أو الأغلفة العاكسة الكبيرة. كما أنها عادة ما تكون غير مناسبة للاستجابة المنخفضة للترددات المنخفضة الممتدة لأن آخر أوكتاف من الاستجابة للترددات المنخفضة يزيد من الحجم والتكلفة بشكل كبير، ويصبح من غير الاقتصادي بشكل متزايد محاولة استخدامها بمستويات عالية كما هو الحال في تطبيق PA. قد يكون مكبر الصوت الاستريو المنزلي قادرًا على التعامل مع ترددات منخفضة للغاية لأنه يستخدم بمستويات صوت منخفضة نسبيًا. وبسبب هذا، فإن معظم مكبرات الصوت PA ليست مناسبة للاستخدام في التطبيقات المنزلية عالية الجودة والدقة، والعكس صحيح.

عند مستويات ضغط الصوت العادية ، ^[2] يمكن لمعظم البشر سماع ما يصل إلى حوالي 20 هرتز. لإعادة إنتاج أدنى النغمات بدقة، يجب على مكبر الصوت أو مجموعة مكبرات الصوت تحريك حجم كبير مناسب من الهواء - وهي مهمة تصبح أكثر صعوبة عند الترددات المنخفضة. كلما كانت الغرفة أكبر، كلما كان على حركة مكبر الصوت إزاحة المزيد من الهواء من أجل إنتاج قوة الصوت المطلوبة عند الترددات المنخفضة.

• حاوية مكبر الصوت
• كروس صوتي
• مكبر صوت كامل النطاق
• تويتر
• مكبر صوت فائق التردد
• مكبر صوت متوسط ​​المدى
• مكبر الصوت الفرعي
• ثيلي/صغير
• ردود الفعل الحركية