مكبر الصوت الكهروديناميكي هو جهاز يحول الإشارة الكهربائية إلى صوت عن طريق تحريك ملف مع تيار في المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم. نحن نستخدم هذه الأجهزة بشكل يومي. حتى لو لم تكن من كبار المعجبين بالموسيقى ولا تقضي نصف يوم في سماعات الرأس. أجهزة التلفاز والراديو في السيارات وحتى الهواتف مجهزة بمكبرات الصوت. هذه الآلية المألوفة لنا هي في الواقع مجموعة كاملة من العناصر ، وجهازها عمل حقيقي للفن الهندسي.
في هذه المقالة ، سنلقي نظرة فاحصة على جهاز السماعة. دعونا نناقش الأجزاء التي يتكون منها هذا الجهاز وكيف تعمل.
التاريخ
يوم ابدأ استطرادا طفيفا في تاريخ اختراع الديناميكا الكهربائية. تم استخدام مكبرات الصوت من نفس النوع في وقت مبكر من أواخر عشرينيات القرن الماضي. يعمل هاتف بيل على مبدأ مماثل. اشتملت على غشاء يتحرك في المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم. هذه السماعات بها عيوب كثيرة: تشويه التردد وفقدان الصوت. لحل المشاكل المرتبطة بمكبرات الصوت الكلاسيكية ، اقترح أوليفر لورد استخدام عمله. تحرك ملفه عبر خطوط القوة. القليلفي وقت لاحق ، قام اثنان من زملائه بتكييف التكنولوجيا للسوق الاستهلاكية وحصلوا على براءة اختراع لتصميم جديد للديناميكا الكهربية التي لا تزال قيد الاستخدام حتى اليوم.
جهاز مكبر الصوت
السماعة لها تصميم معقد نوعًا ما وتتكون من العديد من العناصر. يوضح مخطط مكبر الصوت (أدناه) الأجزاء الرئيسية التي تجعل مكبر الصوت يعمل بشكل صحيح.
يشتمل جهاز السماعة الصوتية على الأجزاء التالية:
- تعليق (أو تمويج الحافة) ؛
- ناشر (أو غشاء) ؛
- غطاء ؛
- ملف صوتي
- الأساسية ؛
- نظام مغناطيسي ؛
- حامل ناشر ؛
- خيوط مرنة.
قد تستخدم نماذج السماعات المختلفة عناصر تصميم فريدة مختلفة. يبدو جهاز السماعات الكلاسيكي هكذا تمامًا.
دعونا نفكر في كل عنصر من عناصر التصميم بمزيد من التفصيل.
تمويج الحواف
يسمى هذا العنصر أيضًا "طوق". هذه حواف بلاستيكية أو مطاطية تصف الآلية الديناميكية الكهربية على المنطقة بأكملها. في بعض الأحيان ، يتم استخدام الأقمشة الطبيعية ذات الطلاء الخاص بتخميد الاهتزاز كمواد رئيسية. يتم تقسيم التموجات ليس فقط حسب نوع المادة التي صنعت منها ، ولكن أيضًا حسب الشكل. النوع الفرعي الأكثر شيوعًا هو ملفات التعريف شبه الحلقية.
هناك عدد من المتطلبات لـ "ذوي الياقات البيضاء" ، والتي يشير التقيد بها إلى جودتها العالية. الشرط الأول هو المرونة العالية. تردد طنين التموجيجب أن تكون منخفضة. الشرط الثاني هو أن التمويج يجب أن يكون ثابتًا جيدًا ويوفر نوعًا واحدًا فقط من التذبذب - الموازي. الشرط الثالث هو الموثوقية. "الياقة" يجب أن تستجيب بشكل مناسب للتغيرات في درجات الحرارة والتآكل "العادي" ، مع الاحتفاظ بشكلها لفترة طويلة.
لتحقيق أفضل توازن للصوت ، يتم استخدام تمويجات مطاطية في مكبرات الصوت منخفضة التردد ، وتمويجات ورقية في مكبرات الصوت عالية التردد.
ناشر
الجسم المشع الرئيسي في الديناميكا الكهربائية هو ناشر. مخروط السماعة هو نوع من المكبس يتحرك في خط مستقيم لأعلى ولأسفل ويحافظ على خاصية تردد الاتساع (المشار إليها فيما يلي باسم استجابة التردد) في شكل خطي. مع زيادة تردد التذبذب ، يبدأ الناشر في الانحناء. وبسبب هذا ، تظهر ما يسمى بالموجات الواقفة ، والتي بدورها تؤدي إلى الانخفاضات والارتفاع في الرسم البياني لاستجابة التردد. لتقليل هذا التأثير ، يستخدم المصممون ناشرات أكثر صلابة مصنوعة من مواد أقل كثافة. إذا كان حجم السماعة 12 بوصة ، فإن نطاق التردد فيها سيختلف في حدود 1 كيلو هرتز للترددات المنخفضة ، و 3 كيلو هرتز للمتوسط و 16 كيلو هرتز للترددات العالية.
- يمكن أن تكون الناشرات جامدة. إنها مصنوعة من السيراميك أو الألومنيوم. توفر هذه المنتجات أدنى مستوى من تشويه الصوت. مكبرات الصوت الصلبة المخروطية أغلى بكثير من نظيراتها
- ناشرات ناعمة مصنوعة من مادة البولي بروبيلين. توفر مثل هذه العينات الصوت الأكثر نعومة ودفئًا بسبب امتصاص الأمواج بواسطة مادة ناعمة.
- الموزعات شبه الصلبة هي حل وسط. إنها مصنوعة من الكيفلار أو الألياف الزجاجية. التشويه الناتج عن مثل هذا المخروط أعلى من التشوه الصلب ، ولكنه أقل من التشويه الناعم.
كاب
الغطاء عبارة عن غلاف صناعي أو قماشي وظيفته الرئيسية حماية السماعات من الغبار. بالإضافة إلى ذلك ، يلعب الغطاء دورًا مهمًا في تكوين صوت معين. على وجه الخصوص ، عند تشغيل الترددات المتوسطة. لغرض التثبيت الأكثر صلابة ، يتم تصنيع الأغطية بشكل دائري ، مما يمنحها ثنيًا طفيفًا. كما قد تكون فهمت بالفعل ، فإن تنوع المواد هو نفسه من أجل الحصول على صوت معين. يتم استخدام الأقمشة ذات التشريب المختلف والأفلام وتركيبات السليلوز وحتى الشبكات المعدنية. هذا الأخير ، بدوره ، يؤدي أيضًا وظيفة المبرد. شبكة الألمنيوم أو المعدن توصل الحرارة الزائدة بعيدًا عن الملف.
عفريت
أحيانًا يطلق عليه أيضًا "العنكبوت". هذا جزء ثقيل يقع بين مخروط السماعة وجسمها. الغرض من الغسالة هو الحفاظ على رنين مستقر لمكبرات الصوت. هذا مهم بشكل خاص إذا كانت هناك تغيرات مفاجئة في درجة الحرارة في الغرفة. تعمل الغسالة على إصلاح موضع الملف ونظام الحركة بالكامل ، كما تقوم أيضًا بإغلاق الفجوة المغناطيسية ، مما يمنع دخول الغبار إليها. الغسالات الكلاسيكية عبارة عن قرص مموج دائري. تبدو الخيارات الأكثر حداثة مختلفة قليلاً. تعمد بعض الشركات المصنعة تغيير شكل التمويجات لزيادة الخطيةالترددات وتثبيت شكل القرص. يؤثر هذا التصميم بشكل كبير على سعر السماعة. تصنع الغسالات من النايلون أو الكاليكو الخشن أو النحاس. الخيار الأخير ، كما في حالة الغطاء ، يعمل كمبرد صغير.
ملف صوتي ونظام مغناطيسي
إذن وصلنا إلى العنصر ، وهو في الواقع مسؤول عن إعادة إنتاج الصوت. يقع النظام المغناطيسي في فجوة صغيرة في الدائرة المغناطيسية ويقوم مع الملف بتحويل الطاقة الكهربائية. النظام المغناطيسي نفسه هو نظام مغناطيسي على شكل حلقة ولب. بينهما ، في وقت استنساخ الصوت ، يتحرك ملف الصوت. مهمة مهمة للمصممين هي إنشاء مجال مغناطيسي موحد في نظام مغناطيسي. للقيام بذلك ، يقوم مصنعو مكبرات الصوت بمحاذاة الأقطاب بعناية وتجهيز القلب بطرف نحاسي. يتم توفير التيار إلى الملف الصوتي من خلال الخيوط المرنة للسماعة - سلك عادي ملفوف فوق خيط اصطناعي.
مبدأ العمل
اكتشفنا جهاز السماعة ، دعنا ننتقل إلى مبدأ التشغيل. مبدأ تشغيل السماعة هو كما يلي: التيار المتجه إلى الملف يتسبب في تأرجحه بشكل عمودي داخل المجال المغناطيسي. يسحب هذا النظام الناشر معه ، مما يجعله يتأرجح عند تردد التيار المطبق ، ويخلق موجات مفرغة. يبدأ الناشر في التأرجح ويخلق موجات صوتية يمكن أن تراها الأذن البشرية. يتم إرسالها كإشارة كهربائية إلى مكبر الصوت. من هنا يأتي الصوت.
نطاق التردد مباشرةيعتمد على سمك النوى المغناطيسية وحجم السماعة. مع وجود دائرة مغناطيسية أكبر ، تزداد الفجوة في النظام المغناطيسي ، ويزداد معها الجزء الفعال من الملف. هذا هو السبب في أن مكبرات الصوت المدمجة لا يمكنها التعامل مع الترددات المنخفضة في حدود 16-250 هرتز. يبدأ حد التردد الأدنى عند 300 هرتز وينتهي عند 12000 هرتز. هذا هو السبب في صوت طقطقة مكبرات الصوت عند رفع مستوى الصوت.
المقاومة الكهربائية المقدرة
السلك الذي يزود الملف بالتيار الكهربائي لديه مقاومة نشطة وتفاعلية. لتحديد مستوى هذا الأخير ، يقيسه المهندسون بتردد 1000 هرتز ويضيفون المقاومة النشطة للملف الصوتي إلى القيمة الناتجة. تتمتع معظم السماعات بمستوى مقاومة 2 أو 4 أو 6 أو 8 أوم. يجب مراعاة هذه المعلمة عند شراء مكبر للصوت. من المهم الاتفاق على مستوى عبء العمل
نطاق التردد
لقد سبق أن قيل أعلاه أن معظم الديناميكا الكهربائية تعيد إنتاج جزء فقط من الترددات التي يمكن للفرد إدراكها. من المستحيل صنع مكبر صوت عالمي قادر على إعادة إنتاج النطاق الكامل من 16 هرتز إلى 20 كيلوهرتز ، لذلك تم تقسيم الترددات إلى ثلاث مجموعات: منخفضة ومتوسطة وعالية. بعد ذلك ، بدأ المصممون في إنشاء مكبرات صوت منفصلة لكل تردد. هذا يعني أن مكبرات الصوت هي الأفضل في التعامل مع الجهير. تعمل في نطاق 25 هرتز - 5 كيلوهرتز. صُممت الترددات العالية للعمل مع قمم الصرير (ومن هنا جاء الاسم الشائع - "مكبر الصوت"). كانوا يعملون فيهانطاق التردد 2 كيلو هرتز - 20 كيلو هرتز. تعمل مكبرات الصوت ذات المدى المتوسط في نطاق 200 هرتز - 7 كيلوهرتز. لا يزال المهندسون يحاولون إنشاء مكبر صوت كامل النطاق عالي الجودة. للأسف سعر السماعة يتعارض مع جودته ولا يبرره إطلاقا
قليلا عن مكبرات الصوت المحمولة
مكبرات الصوت للهاتف تختلف عن الطرز "للبالغين" بشكل بناء. من غير الواقعي وضع مثل هذه الآلية المعقدة في علبة متنقلة ، لذلك ذهب المهندسون إلى الحيلة واستبدلوا عددًا من العناصر. على سبيل المثال ، أصبحت الملفات ثابتة ، ويستخدم الغشاء بدلاً من الناشر. مكبرات صوت الهاتف مبسطة للغاية ، لذلك لا تتوقع جودة صوت عالية منها.
يتم تضييق نطاق التردد الذي يمكن أن يغطيه مثل هذا العنصر بشكل كبير. من حيث صوته ، فهو أقرب إلى الأجهزة عالية التردد ، حيث لا توجد مساحة إضافية في علبة الهاتف لتثبيت النوى المغناطيسية السميكة.
يختلف جهاز مكبر الصوت في الهاتف المحمول ليس فقط في الحجم ، ولكن أيضًا في عدم الاستقلالية. إمكانيات الجهاز محدودة بالبرنامج. يتم ذلك لحماية تصميم السماعات. يقوم العديد من الأشخاص بإزالة هذا الحد يدويًا ، ثم يسألون أنفسهم: "لماذا تصدر مكبرات الصوت صوت صفير؟"
في هاتف ذكي متوسط ، يتم تثبيت عنصرين من هذا القبيل. أحدهما يتحدث والآخر موسيقي. في بعض الأحيان يتم دمجها لتحقيق تأثير ستيريو. بطريقة أو بأخرى ، يمكنك تحقيق العمق والثراء في الصوت فقط مع نظام ستيريو كامل.
