مضخم الصوت هو مصطلح عام يستخدم لوصف الدائرة التي تنتج وتضخم نسخة من إشارة الإدخال الخاصة بها. ومع ذلك ، ليست كل تقنيات المحولات هي نفسها التي يتم تصنيفها وفقًا لتكويناتها وأنماط عملها.
في الإلكترونيات ، تُستخدم مكبرات الصوت الصغيرة بشكل شائع لأنها قادرة على تضخيم إشارة إدخال صغيرة نسبيًا ، مثل من مستشعر مثل مشغل الموسيقى ، إلى إشارة خرج أكبر بكثير لتشغيل مرحل أو مصباح أو مكبر صوت ، إلخ
هناك العديد من أشكال الدوائر الإلكترونية المصنفة كمكبرات للصوت ، من محولات الإشارة التشغيلية والصغيرة إلى محولات الطاقة والنبضات الكبيرة. يعتمد تصنيف الجهاز على حجم الإشارة ، كبيرة كانت أم صغيرة ، وتكوينها المادي ، وكيفية معالجة دفق الإدخال ، أي العلاقة بين مستوى الإدخال والتيار المتدفق في الحمل.
تشريح الجهاز
يمكن النظر إلى مكبرات الصوت على أنها صندوق بسيطأو كتلة تحتوي على جهاز ، مثل مستشعر ثنائي القطب ، أو FET ، أو مستشعر تشغيلي ، يحتوي على محطتي إدخال ومخرجين (الأرض مشتركة). علاوة على ذلك ، فإن إشارة الخرج أكبر بكثير بسبب تحويلها على الجهاز.
سيكون لمضخم الإشارة المثالي ثلاث خصائص رئيسية:
- معاوقة الإدخال ، أو (R IN).
- مقاومة الإخراج ، أو (R OUT).
- كسب ، أو (أ).
بغض النظر عن مدى تعقيد دائرة مكبر الصوت ، يمكن استخدام نموذج كتلة عام لتوضيح العلاقة بين هذه الخصائص الثلاث.
مفاهيم عامة
قد تختلف مكبرات الصوت عالية الجودة في الأداء. كل نوع له تحويل رقمي أو تمثيلي. يتم تعيين الرموز لفصلهم.
يسمى الاختلاف المتزايد بين إشارات الإدخال والإخراج التحويل. الكسب هو مقياس لمدى "تحويل" مكبر للصوت إشارة دخل. على سبيل المثال ، إذا كان هناك مستوى إدخال 1 فولت ومستوى إخراج 50 فولت ، فسيكون التحويل 50. بمعنى آخر ، تم تطوير إشارة الإدخال 50 مرة. مضخم الصوت يفعل ذلك بالضبط.
حساب التحويل هو ببساطة نسبة الناتج مقسومة على المدخلات. لا يحتوي هذا النظام على وحدات كنسبة له ، ولكن في الإلكترونيات ، يتم استخدام الرمز A بشكل شائع لتحقيق الكسب. ثم يتم حساب التحويل ببساطة على أنه "الإخراج مقسومًا على الإدخال".
محولات الطاقة
المكبر صغيريشار إلى مضخم الإشارة عادة بمضخم "الجهد" لأنه يميل إلى تحويل مدخلات صغيرة إلى جهد خرج أكبر بكثير. في بعض الأحيان ، يلزم وجود دائرة جهاز لتشغيل محرك أو طاقة مكبر الصوت ، وبالنسبة لهذه الأنواع من التطبيقات ، حيث توجد تيارات تحويل عالية ، هناك حاجة إلى محولات الطاقة.
كما يوحي الاسم ، فإن المهمة الرئيسية لمضخم الطاقة (المعروف أيضًا بمضخم الإشارة الكبير) هي توفير الطاقة للحمل. إنه نتاج الجهد والتيار المطبق على حمل بقوة خرج أكبر من مستوى إشارة الدخل. بمعنى آخر ، يزيد المحول من قوة السماعة ، لذلك يتم استخدام هذا النوع من الدوائر الكهربية في المراحل الخارجية لمحولات الصوت لتشغيل السماعات.
مبدأ العملية
يعمل مكبر الصوت على مبدأ تحويل طاقة التيار المستمر المسحوبة من مزود الطاقة إلى إشارة جهد التيار المتردد المقدمة للحمل. على الرغم من أن التحويل مرتفع ، إلا أن الكفاءة من مصدر طاقة التيار المستمر إلى إشارة خرج جهد التيار المتردد منخفضة بشكل عام.
تمنح الكتلة المثالية للجهاز كفاءة بنسبة 100٪ أو على الأقل الطاقة IN ستكون مساوية للطاقة OUT.
التقسيم الطبقي
إذا نظر المستخدمون في أي وقت مضى إلى مواصفات مضخمات الطاقة الصوتية ، فقد يكونون قد لاحظوا فئات المعدات ، والتي يُشار إليها عادةً بالحرف أواثنين. أكثر أنواع الكتل شيوعًا المستخدمة في صوت المستهلك المنزلي اليوم هي قيم A و A / B و D و G و H.
هذه الفئات ليست أنظمة تصنيف بسيطة ، ولكنها أوصاف لطوبولوجيا مكبر الصوت ، أي كيفية عملها على المستوى الأساسي. في حين أن كل نوع من أنواع المضخمات له مجموعة نقاط القوة والضعف الخاصة به ، إلا أن أداؤه (وكيفية قياس الخصائص النهائية) يظل كما هو.
هو تحويل شكل الموجة المرسلة من قبل الوحدة دون إدخال تداخل أو على الأقل أقل تشويه ممكن.
الدرجة أ
بالمقارنة مع الفئات الأخرى من مضخمات الطاقة الصوتية التي سيتم وصفها أدناه ، فإن طرز الفئة أ هي أجهزة بسيطة نسبيًا. المبدأ المحدد للعملية هو أن جميع كتل خرج محول الطاقة يجب أن تمر عبر دورة إشارة كاملة بزاوية 360 درجة.
يمكن أيضًا تقسيم الفئة A إلى مكبرات صوت أحادية الطرف ومكبرات دفع وسحب. يختلف الدفع / السحب عن التفسير الرئيسي أعلاه باستخدام أجهزة الإخراج في أزواج. بينما يعمل كلا الجهازين في دورة كاملة بزاوية 360 درجة ، فإن أحد الأجهزة سيحمل معظم الحمل أثناء الجزء الموجب من الدورة ، بينما سيحمل الآخر المزيد من الدورة السلبية.
الميزة الرئيسية لهذه الدائرة هي تقليل التشوه مقارنة بالتصميمات أحادية النهاية ، حيث يتم التخلص من تقلبات الطلبات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تصميمات الدفع والسحب من الفئة أ أقل حساسية للضوضاء.
نظرًا للصفات الإيجابية المرتبطة بأداء الفئة أ ، فهي تعتبر المعيار الذهبي لجودة الصوت في العديد من التطبيقات الصوتية. ومع ذلك ، فإن هذه التصميمات لها عيب واحد مهم - الكفاءة.
متطلبات مكبرات صوت الترانزستور من الفئة أ لتشغيل جميع أجهزة الإخراج في جميع الأوقات. يؤدي هذا الإجراء إلى فقد كبير للطاقة ، والتي تتحول في النهاية إلى حرارة. يتفاقم هذا بسبب حقيقة أن تصميمات الفئة A تتطلب مستويات عالية نسبيًا من التيار الهادئ ، وهو مقدار التيار المتدفق عبر أجهزة الإخراج عندما ينتج مكبر الصوت صفر خرج. يمكن أن تكون معدلات الكفاءة في العالم الحقيقي في حدود 15-35٪ ، مع إمكانية استخدام رقم واحد باستخدام مادة مصدر عالية الديناميكية.
الفئة ب
في حين أن جميع آليات الإخراج في مضخم الصوت من الفئة A تستغرق 100٪ من الوقت للتشغيل ، فإن وحدات الفئة B تستخدم دارات الدفع والسحب بحيث لا يتم إجراء سوى نصف أجهزة الإخراج في أي وقت.
يغطي النصف الأول الجزء +180 درجة من الشكل الموجي بينما يغطي النصف الآخر قسم -180 درجة. نتيجة لذلك ، تعد مكبرات الصوت من الفئة ب أكثر كفاءة بشكل ملحوظ من نظيراتها من الفئة أ ، بحد أقصى نظري يبلغ 78.5٪. نظرًا للكفاءة العالية نسبيًا ، تم استخدام الفئة B في بعض محولات الطاقة المحترفة PA وكذلك بعض مكبرات الصوت الأنبوبية المنزلية. على الرغم منهمقوة واضحة ، فرص الحصول على منزل فئة B عمليا صفر. أظهر فحص لمكبر الصوت سبب ذلك ، المعروف بالتشويه المتقاطع.
تعتبر مشكلة زمن الانتقال في التسليم بين الأجهزة التي تعالج الأجزاء الإيجابية والسلبية من الشكل الموجي مشكلة كبيرة. وغني عن القول أن هذا التشويه مسموع بكميات كافية ، وبينما كانت بعض تصميمات الفئة B أفضل من غيرها في هذا الصدد ، تلقت الفئة B القليل من التقدير من عشاق الصوت النظيف.
الفئة أ / ب
يمكن العثور على مضخم الصوت الأنبوبي في العديد من أماكن الحفلات الموسيقية. أداء عالي ولا يسخن. بالإضافة إلى ذلك ، فإن النماذج أرخص بكثير من العديد من الكتل الرقمية. لكن هناك أيضًا انحرافات. قد لا تعمل هذه الوحدة مع جميع تنسيقات الصوت. لذلك ، من الأفضل استخدام المعدات كجزء من مجمع معالجة الإشارات العام.
تجمع الفئة A / B بين أفضل ما في كل نوع من الأجهزة لإنشاء وحدة دون عيوب أي منهما. مع هذا المزيج من المزايا ، تهيمن مكبرات الصوت من الفئة A / B إلى حد كبير على السوق الاستهلاكية.
الحل في الواقع بسيط للغاية من حيث المفهوم. حيث تستخدم الفئة B جهاز دفع وسحب مع كل نصف مرحلة إخراج تصل إلى 180 درجة ، تزيد آليات الفئة A / B إلى 181-200 درجة تقريبًا. وهكذا ، هناكأقل احتمالا لوجود "تمزق" في الحلقة ، وبالتالي ينخفض التشوه المتقاطع إلى النقطة التي لا يهم فيها.
يمكن لمكبرات طاقة الصوت ذات الصمامات امتصاص هذا التداخل بشكل أسرع. بفضل هذه الخاصية ، يخرج الصوت من الجهاز أكثر نظافة. غالبًا ما تُستخدم نماذج من هذه الخصائص لتحويل صوت القيثارات الصوتية والكهربائية.
يكفي أن نقول إن الفئة أ / ب تفي بوعدها ، وتتفوق بسهولة على تركيبات الفئة أ الخالصة في أداء العالم الحقيقي بنسبة 50-70 ٪ تقريبًا. تعتمد المستويات الفعلية ، بالطبع ، على مقدار تعويض مكبر الصوت ، بالإضافة إلى مادة البرنامج وعوامل أخرى. تجدر الإشارة أيضًا إلى أن بعض تصميمات الفئة A / B تذهب خطوة إلى الأمام في سعيها للتخلص من تشوه التقاطع من خلال التشغيل في وضع الفئة A الخالص حتى بضع واط من الطاقة. يعطي هذا بعض الكفاءة عند المستويات المنخفضة ، لكنه يضمن عدم تحول مكبر الصوت إلى فرن عند استخدام قدر كبير من الطاقة.
الفصول G و H
زوج آخر من التصميمات مصمم لتحسين الكفاءة. من وجهة نظر فنية ، لا يتم التعرف رسميًا على مكبرات الصوت من الفئة G ولا من الفئة H. بدلاً من ذلك ، فهي اختلافات في سمة الفئة A / B باستخدام تبديل جهد الناقل وتعديل الناقل ، على التوالي. في أي حال ، في ظروف الطلب المنخفض ، يستخدم النظام جهد ناقل أقل من مضخم صوت مماثل من الفئة A / B ، والذي بشكل كبيريقلل من استهلاك الطاقة. عندما تحدث ظروف طاقة عالية ، يزيد النظام ديناميكيًا من جهد الناقل (أي التبديل إلى ناقل الجهد العالي) للتعامل مع انتقالات السعة العالية.
هناك عيوب أيضا. أهمها التكلفة العالية. استخدمت دوائر تبديل الشبكة الأصلية ترانزستورات ثنائية القطب للتحكم في تدفقات الإخراج ، مضيفة التعقيد والتكلفة. تعد مكبرات الصوت عالية الجودة للأنبوب من هذا النوع شائعة ، على الرغم من أن السعر يبدأ من 50 ألف روبل. تعتبر الكتلة تقنية احترافية للعمل على المسرح أو التسجيل في الاستوديو. هناك مشاكل مع الترانزستورات. تحت الحمل المطول ، قد يفشل بعضها.
اليوم ، غالبًا ما يتم تخفيض السعر إلى حد ما باستخدام MOSFETs الحالية العالية لاختيار أو تغيير الأدلة. لا يؤدي استخدام وحدات الترانزستورات الفلورية إلى تحسين الكفاءة وتقليل الحرارة فحسب ، بل يتطلب أيضًا أجزاء أقل (عادةً جهاز واحد لكل خيط). بالإضافة إلى تكلفة تبديل الناقل ، التعديل نفسه ، تجدر الإشارة أيضًا إلى أن بعض مكبرات الصوت من الفئة G تستخدم أجهزة إخراج أكثر من تصميم الفئة A / B النموذجي.
سيعمل زوج واحد من الأجهزة في وضع A / B النموذجي ، مدعومًا بقضبان التوصيل ذات الجهد المنخفض. وفي الوقت نفسه ، يكون الآخر في وضع الاستعداد ليكون بمثابة معزز للجهد ، ويتم تنشيطه فقط حسب الموقف. تحمل الأحمال العالية فقط من الفئتين G و H ،المرتبطة بمكبرات الصوت القوية ، حيث تؤتي الكفاءة المتزايدة ثمارها. قد تستخدم التصميمات المدمجة أيضًا طبولوجيا الفئة G / H بدلاً من A / B نظرًا لأن القدرة على التبديل إلى وضع الطاقة المنخفضة تعني أنها يمكن أن تفلت من مبدد حرارة أصغر قليلاً.
الفئة D
يسمح لك هذا النوع من الأجهزة بإنشاء أنظمة معيارية خاصة بك. بمساعدة المعدات ، تتم معالجة عالية الجودة للتيار الصادر بأكمله. يتيح لك تصميم مضخمات طاقة التردد الصوتي إنشاء نظام الوسائط المتعددة الخاص بك للعمل أو الترفيه. ومع ذلك ، هناك بعض الفروق الدقيقة هنا. غالبًا ما يشار إليها خطأً باسم التضخيم الرقمي ، محولات الفئة D هي ضمان لكفاءة الوحدة وتحقيق مكاسب تزيد عن 90 ٪ في الاختبار الفعلي.
أولاً ، يجدر التفكير في سبب كون هذه الفئة D إذا كان "التضخيم الرقمي" غير صحيح. كان مجرد الحرف التالي في الأبجدية ، مع استخدام الفئة C في أنظمة الصوت. والأهم من ذلك ، كيف يمكن تحقيق 90٪ + الكفاءة. بينما تحتوي جميع فئات مكبر الصوت المذكورة سابقًا على واحد أو أكثر من أجهزة الإخراج التي تكون نشطة باستمرار حتى عندما يكون المحول في وضع الاستعداد فعليًا ، تقوم وحدات الفئة D بإيقاف تشغيلها وتشغيلها بسرعة. هذا مناسب تمامًا ويجعل من الممكن استخدام الوحدة في اللحظات المناسبة فقط.
على سبيل المثال ، حساب مكبرات الصوت من الفئة T ، وهييستخدم تطبيق Tripath للفئة D ، على عكس الجهاز الأساسي ، تبديل الترددات بترتيب 50 ميجاهرتز. عادة ما يتم التحكم في أجهزة الإخراج عن طريق تعديل عرض النبضة. يحدث هذا عندما يتم إنشاء موجات مربعة ذات عروض مختلفة بواسطة مُعدِّل يقدم إشارة تمثيلية للتشغيل. من خلال التحكم الصارم في أجهزة الإخراج بهذه الطريقة ، فإن الكفاءة بنسبة 100٪ ممكنة نظريًا (على الرغم من أنه من الواضح أنه لا يمكن تحقيقها في العالم الحقيقي).
التنقيب في عالم مكبرات الصوت من الفئة D ، يمكنك أيضًا العثور على ذكر للوحدات التناظرية والرقمية التي يتم التحكم فيها. تحتوي كتل التحكم هذه على إشارة إدخال تمثيلية ونظام تحكم تناظري ، عادةً مع درجة معينة من تصحيح أخطاء التغذية الراجعة. من ناحية أخرى ، تستخدم مكبرات الصوت من فئة D للتحويل الرقمي التحكم الرقمي ، والذي يقوم بتبديل مرحلة الطاقة دون التحكم في الخطأ. يحظى هذا القرار أيضًا بالموافقة ، وفقًا لاستعراضات العديد من المشترين. ومع ذلك ، فإن شريحة السعر أعلى بكثير هنا.
أظهرت أبحاث مضخمات الصوت أن الفئة D التي يحركها التناظرية تتمتع بميزة أداء على التناظرية الرقمية ، حيث إنها توفر عادةً مقاومة إخراج أقل (مقاومة) وملف تعريف تشويه محسّن. هذا يرفع القيم الأولية للنظام عند أقصى حمل له.
معلمات مضخمات تردد الصوت أعلى بكثير من تلك الخاصة بالنماذج الأساسية. يجب أن يكون مفهوما أن مثل هذه الحسابات مطلوبة فقط لإنشاء الموسيقى في الاستوديو. للمشترين العاديين ، هذهيمكن تخطي الخصائص.
عادةً ما يتم وضع دائرة L (محث ومكثف) بين مكبر الصوت ومكبرات الصوت لتقليل الضوضاء المصاحبة لعملية الفئة D. يكون للفلتر أهمية كبيرة. يمكن أن يؤثر التصميم السيئ على الكفاءة والموثوقية وجودة الصوت. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التغذية الراجعة بعد مرشح الإخراج لها مزاياها. على الرغم من أن التصميمات التي لا تستخدم التغذية الراجعة في هذه المرحلة يمكن أن تضبط استجابتها لمقاومة معينة ، عندما تحتوي هذه المضخمات على حمل معقد (أي مكبر صوت بدلاً من المقاوم) ، يمكن أن تختلف استجابة التردد بشكل كبير اعتمادًا على الحمل على السماعة. تعمل الملاحظات على استقرار هذه المشكلة من خلال توفير استجابة سلسة للأحمال المعقدة.
في النهاية ، فإن تعقيد مكبرات الصوت من الفئة D له فوائده. الكفاءة ، ونتيجة لذلك ، وزن أقل. نظرًا لأنه يتم إنفاق القليل من الطاقة نسبيًا على الحرارة ، فإن الطاقة المطلوبة أقل بكثير. على هذا النحو ، يتم استخدام العديد من مكبرات الصوت من الفئة D جنبًا إلى جنب مع إمدادات الطاقة ذات الوضع التبديل (SMPS). مثل مرحلة الإخراج ، يمكن تشغيل مصدر الطاقة نفسه وإيقاف تشغيله بسرعة لتنظيم الجهد ، مما يؤدي إلى مزيد من المكاسب في الكفاءة والقدرة على تقليل الوزن مقارنة بمصادر الطاقة التناظرية / الخطية التقليدية.
بشكل إجمالي ، حتى مكبرات الصوت القوية من الفئة D يمكن أن تزن بضعة كيلوغرامات فقط. عيب مزودات الطاقة SMPS مقارنة بالإمدادات الخطية التقليدية هوأن الأول عادة لا يملك مساحة كبيرة.
أظهرت الاختبارات والاختبارات العديدة لمكبرات الصوت من الفئة D المزودة بمصادر طاقة خطية مقارنة بوحدات SMPS أن هذا هو الحال بالفعل. عندما يتعامل مضخمان مع القدرة المقدرة ، ولكن يمكن أن ينتج أحدهما مزود بمصدر طاقة خطي مستويات طاقة ديناميكية أعلى. ومع ذلك ، أصبحت تصميمات SMPS أكثر شيوعًا ويمكنك توقع رؤية الجيل التالي من وحدات الفئة D بشكل أفضل باستخدام أشكال مماثلة في المتاجر.
مقارنة كفاءة الفئتين AB و D
على الرغم من زيادة كفاءة مضخم طاقة الصوت الترانزستور من الفئة A / B مع اقتراب أقصى طاقة خرج ، فإن تصميمات الفئة D تحافظ على كفاءة عالية في معظم نطاقات التشغيل. نتيجة لذلك ، تميل الكفاءة وجودة الصوت بشكل متزايد نحو الكتلة الأخيرة.
استخدم محول طاقة واحد
عند التنفيذ بشكل صحيح ، يمكن لأي من الكتل المذكورة أعلاه خارج الفئة B أن تشكل أساسًا لمكبر صوت عالي الدقة. بصرف النظر عن عيوب الأداء المحتملة (والتي هي في الأساس قرار تصميم بدلاً من فئة محددة) ، فإن اختيار نوع الكتلة هو إلى حد كبير مسألة التكلفة مقابل الكفاءة.
في سوق اليوم ، يهيمن مكبر الصوت البسيط من الفئة A / B ، ولسبب وجيه. إنه يعمل بشكل جيد للغاية ، وهو رخيص نسبيًا ، ولهالكفاءة مناسبة تمامًا لتطبيقات الطاقة المنخفضة (>200W). بالطبع ، بينما يحاول مصنعو المحولات دفع المغلف ، على سبيل المثال ، الكتلة الأحادية 1000W Emotiva XPR-1 ، فإنهم يتجهون إلى تصميمات فئة G / H و D لتجنب تكرار مكبرات الصوت الخاصة بهم كنظم قادرة على تسخين المعدات بسرعة. وفي الوقت نفسه ، على الجانب الآخر من السوق ، هناك معجبين من الفئة أ يمكنهم أن يغفروا عدم كفاءة الجهاز على أمل الحصول على صوت أنظف.
نتيجة
بعد كل شيء ، فئات المحولات ليست بالضرورة بهذه الأهمية. بالطبع هناك اختلافات فعلية ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالتكلفة وكفاءة مكبر الصوت وبالتالي الوزن. بالطبع ، تعتبر الأجهزة 500W من الفئة A فكرة سيئة ، ما لم يكن لدى المستخدم ، بالطبع ، نظام تبريد قوي. من ناحية أخرى ، لا تحدد الاختلافات بين الفئات جودة الصوت. في النهاية ، يتعلق الأمر بتطوير وتنفيذ مشاريعك الخاصة. من المهم أن نفهم أن المحولات ليست سوى جهاز واحد هو جزء من نظام الصوت.
