كيف يعمل المتحدثون

على الرغم من أن مكبرات الصوت Hi-Fi موجودة منذ أكثر من 70 عامًا، إلا أن هذه الصناديق الخشبية ذات المكونات والفتحات المختلفة قد تبدو غامضة للعديد من القادمين الجدد في عالم الصوت. ولهذا السبب قمنا بتجميع هذه المقالة لأولئك الذين بدأوا رحلتهم للتو إلى عالم الصوت عالي الجودة.

من المهم أن نفهم أنه على الرغم من عقود من التقدم التكنولوجي في التصميم والتصنيع، فإن المبدأ الأساسي وراء كيفية عمل مكبرات الصوت - أو محولات الطاقة الصوتية - لم يتغير إلا بالكاد منذ أن قدمها إدوارد كيلوج وتشيستر رايس لأول مرة في عام 1925. سواء كنا نتحدث عن مكبرات الصوت الصغيرة في هاتفك الذكي، أو مكبرات الصوت الموجودة أسفل جهاز التلفزيون، أو مكبرات الصوت الضخمة في حفل موسيقي، جميعها تشترك في نفس التصميم الأساسي.

لقد منحنا تطور أنظمة Hi-Fi جودة صوت لا تصدق، ولكن فهم المبادئ الأساسية وراء تقنية السماعات سيساعدك على اتخاذ قرارات أكثر استنارة عند إنشاء نظام الصوت الخاص بك.

كيف يعمل المتحدث؟

قبل التعمق في تفاصيل كيفية عمل مكونات السماعات، دعونا نتوقف لحظة لفهم كيفية إنشاء السماعات للصوت بشكل عام. يتم إرسال الإشارة الصوتية المضخمة إلى ملف معدني مصنوع من الأسلاك. عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر الملف، فإنه يتفاعل مع مغناطيس داخل مكبر الصوت، مما يتسبب في اهتزاز الحجاب الحاجز.

تعمل هذه الاهتزازات على تحريك الهواء، مما يؤدي إلى إنشاء موجات صوتية تمثل نسخة طبق الأصل من الإشارة الصوتية الأصلية. وبهذه الطريقة، تسمع الصوت، سواء كان موسيقى أو صوت شخص ما. بالطبع، هذا تفسير مبسط، ولكن الآن بعد أن أصبح لدينا فهم أساسي، دعونا نقسمه أكثر.

يعد مكبر الصوت، أو محول الصوت، المكون الرئيسي لأي نظام مكبر صوت، مما يسمح لنا بسماع الصوت. وتتمثل مهمتها في تحويل الإشارة الكهربائية من مكبر الصوت إلى موجات صوتية تنتقل عبر الهواء وتصل إلى آذاننا.

للاتصال بمكبر الصوت، يحتوي مكبر الصوت على طرفين متصلين بملف صوتي مخفي داخل مكبر الصوت. يقع هذا الملف في فجوة ضيقة بين قطبي المغناطيس الدائم الموجود في الجزء الخلفي من السماعة. عندما يتدفق التيار المتردد (الإشارة الصوتية الكهربائية) عبر الملف، فإنه يتحرك ذهابًا وإيابًا، متبعًا مبادئ الكهرومغناطيسية التي تعلمناها جميعًا في المدرسة.

نظرًا لأن الملف متصل بالحجاب الحاجز، وهو الجزء الذي يمكنك رؤيته في مقدمة السماعة، فإن الحجاب الحاجز (أو المخروط) يتحرك أيضًا للخلف وللأمام. تولد هذه الحركات الموجات الصوتية التي نعتبرها صوتًا. للسماح للحجاب الحاجز بالتحرك بحرية، يتم تثبيته على محيط مرن. كلما زادت سعة حركة الحجاب الحاجز، كلما كان الصوت الذي نسمعه أعلى.

ماذا يوجد داخل مكبر الصوت؟

دعونا نلقي نظرة داخل مكبر الصوت ونحلل كيف يلعب كل جزء دورًا في إنشاء الصوت.

المتحدث

الوظيفة الرئيسية لمكبر الصوت هي تحويل الإشارة الكهربائية إلى موجات صوتية. إنه في الأساس "المحرك" الذي يدفع إنتاج الصوت.

تشمل المكونات الرئيسية للمتحدث ما يلي:

• القطب؛
• لوحة خلفية؛
• مغناطيس؛
• اللوحة العلوية
• ملف صوتي؛
• سلة؛
• العنكبوت.
• المخروط والمحيطة.
• غطاء غبار.

القطب، اللوحة الخلفية، واللوحة العلوية

يعمل القطب كموصل، حيث يقوم بتنسيق النظام المغناطيسي بأكمله لمكبر الصوت. يقع في المركز ويوجه المجال المغناطيسي. توجد اللوحة الخلفية خلف العمود، بينما توجد اللوحة العلوية فوقه مباشرة.

مغناطيس

يوفر المغناطيس مصدرًا ثابتًا للطاقة المغناطيسية في مكبر الصوت، ويحيط به عمود وألواح تساعد على تركيز المجال المغناطيسي. يتم تثبيته على سلة السماعة ويشار إليه بالمغناطيس الدائم لأنه يحتفظ بخصائصه المغناطيسية إلى أجل غير مسمى. ومن ناحية أخرى، فإن الملف الصوتي، الذي يتفاعل مع المغناطيس، يصبح مغناطيسيًا فقط عندما يمر تيار كهربائي من خلاله.

ملف صوتي

الملف الصوتي عبارة عن سلك ملفوف بإحكام حول أسطوانة صغيرة، يُطلق عليها أحيانًا اسم المكوك. فكر في الأمر مثل اليويو. عندما تمر إشارة كهربائية عبر الملف، فإنها تصبح مغناطيسًا كهربائيًا، وتتفاعل مع المغناطيس الدائم الموجود في مكبر الصوت. إذا كنت تتذكر دروس الفيزياء، ستعرف أن الشحنات المتشابهة تتنافر والشحنات المعاكسة تتجاذب. يؤدي هذا التفاعل المغناطيسي إلى تحرك الملف ذهابًا وإيابًا، مما يؤدي في النهاية إلى إنشاء موجات صوتية.

العنكبوت والمحيطي

العنكبوت عبارة عن مادة مموجة تدعم الملف الصوتي، وتبقيه في مكانه بينما تسمح له بالتحرك بدقة للأمام والخلف. على الرغم من أن الأمر قد يبدو غير بديهي، إلا أن العنكبوت يضمن عدم تحرك الملف جانبًا، مما يحافظ على حركة مستقرة.

يخدم المحيط غرضًا مشابهًا للمخروط. فهو يثبت المخروط في مكانه أعلى سلة السماعات، مما يسمح له بالتحرك بسلاسة أثناء إنتاج الصوت.

مخروط

المخروط، المعروف أيضًا باسم الحجاب الحاجز، هو أحد الأجزاء القليلة المرئية من السماعة. يتحرك ذهابًا وإيابًا استجابةً للنبضات المغناطيسية من الملف الصوتي. تخلق هذه الحركة موجات ضغط في الهواء المحيط، مما يؤدي إلى إنتاج الأصوات التي نسمعها.

غطاء الغبار

غطاء الغبار هو مكون صغير يحمي الأجزاء الداخلية لمكبر الصوت من الغبار والحطام، ويمنع حدوث أي ضرر محتمل.

سلة

السلة هي الإطار الذي يجمع جميع مكونات السماعة معًا. وكما يوحي الاسم، فهي بمثابة سلة تجمع كل الأجزاء في هيكل موحد.

هذه هي الطريقة التي يعمل بها المتحدث. ومع ذلك، عندما نتحدث عن "مكبرات الصوت"، فإننا عادةً ما نشير إلى النظام بأكمله، وليس فقط المكونات الداخلية. ولكن ما هو المطلوب أيضًا لضمان عمل المتحدثين بفعالية؟

المكونات الكهربائية

لكي يصدر الملف الصوتي الصوت، فإنه يحتاج إلى إشارة كهربائية. هذا هو المكان الذي تلعب فيه أطراف السماعات والأسلاك المضفرة. المحطات هي نقاط الاتصال المعدنية أو المنافذ التي يتصل بها كابل الصوت بمكبر الصوت.

ترتبط هذه المحطات بالسلك المضفر الذي يغذي الملف الصوتي، مما يوفر "الوقود" اللازم لتشغيله. هذا السلك مسؤول عن نقل الإشارة الكهربائية التي يتم تحويلها إلى صوت.

الضميمة

تلعب العلبة، أو "خزانة" مكبر الصوت، دورًا حاسمًا في كيفية عمل مكبر الصوت. أولاً، يوفر غلافًا محكمًا يحمي المكونات الداخلية من الغبار والأوساخ والعناصر الخارجية مثل شعر الحيوانات الأليفة.

ثانيًا، يساعد الغلاف على تقليل تشوه الطور. عندما يتحرك الحجاب الحاجز لمكبر الصوت، فإنه ينتج موجات صوتية في كلا الاتجاهين. بدون العلبة، يمكن لهذه الموجات أن تلغي بعضها البعض، مما يؤدي إلى ضعف جودة الصوت.

وأخيرًا، تؤثر العلبة على اتجاه الصوت وضبط الجهير. يمكن أن تساعد الخزانة المصممة جيدًا في توجيه الصوت حيثما يكون مطلوبًا وتعزيز إدراك الترددات المنخفضة.

عادة ما يتم تصنيع العلبة من مادة صلبة كثيفة لمنع الرنين والاهتزاز غير المرغوب فيه. المواد الأكثر شيوعًا هي الخشب أو MDF (اللوح الليفي متوسط ​​الكثافة)، على الرغم من استخدام البلاستيك أيضًا في بعض الأحيان.

كيف يقوم المتحدثون بإعادة إنتاج ترددات مختلفة؟

لقد غطينا بالفعل كيفية تحويل مكبرات الصوت الطاقة الكهربائية إلى موجات صوتية. ومع ذلك، ليست كل الترددات الصوتية متماثلة، وإذا حاول مكبر صوت واحد التعامل مع نطاق الصوت بأكمله، فستتأثر الجودة.

لهذا السبب، غالبًا ما تشاهد في الحفلات الموسيقية مجموعات ضخمة من أنظمة الصوت. تم تصميم كل مكبر صوت للتعامل مع نطاق تردد معين: تقوم مكبرات الصوت الفرعية ومكبرات الصوت بإدارة الترددات المنخفضة، وتغطي برامج تشغيل النطاق المتوسط ​​النطاق المتوسط، وتتولى مكبرات الصوت الصغيرة الترددات العالية. تم تصميم مكبرات الصوت هذه بشكل مختلف للتعامل مع هذه النطاقات المميزة.

بالطبع، لا يرغب معظم الأشخاص في ملء الاستوديو أو غرفة المعيشة الخاصة بهم بمجموعة كبيرة من مكبرات الصوت وبرامج التشغيل المنفصلة لكل تردد. هذا هو المكان الذي تأتي فيه مكبرات الصوت متعددة السائقين.

مكبرات صوت متعددة السائقين

تستخدم مكبرات الصوت متعددة المحركات اثنين أو ثلاثة أو حتى أربعة محركات مختلفة الحجم للتعامل مع الترددات المختلفة. النوع الأكثر شيوعًا هو مكبر الصوت ثنائي التشغيل، والذي يُطلق عليه غالبًا نظام ثنائي الاتجاه.

يوجد داخل مكبر الصوت ثنائي الاتجاه تقاطع، وهو مكون خاص يقسم الإشارة الصوتية إلى نطاقات تردد مختلفة. يتم إرسال الترددات العالية إلى مكبر الصوت، بينما يتم توجيه الترددات المتوسطة والمنخفضة إلى مكبر الصوت، باستخدام مرشحات لتقسيم الترددات بشكل مناسب.

باستخدام نظام التقاطع، يمكن لمكبر الصوت إعادة إنتاج النطاق الكامل للصوت بمستوى جودة قد يكون مستحيلًا باستخدام محرك واحد فقط.

مكبرات الصوت ومكبرات الصوت

إذا لاحظت أن معظم مكبرات الصوت Hi-Fi تحتوي على برامج تشغيل متعددة بأحجام مختلفة على اللوحة الأمامية. ولكن لماذا هذا؟ بينما من الناحية النظرية، يمكن لبرنامج تشغيل واحد إعادة إنتاج النطاق الكامل للترددات الصوتية، إلا أن هناك قيودًا عملية على هذا النهج.

مكبرات الصوت ومكبرات الصوت

لا يستطيع المحرك الصغير تحريك ما يكفي من الهواء لإنتاج ترددات منخفضة بحجم مناسب. على الجانب الآخر، فإن المحركات الأكبر حجمًا، التي تتعامل مع الصوت الجهير بشكل جيد، لديها قيود ميكانيكية تمنعها من إعادة إنتاج الترددات العالية بكفاءة. ومن الخصائص المهمة الأخرى للسائقين هي الاتجاهية، والتي تشير إلى الزاوية التي يتم من خلالها توازن الصوت بشكل صحيح. تعتمد اتجاهية المحرك على حجمه: فالمحركات الأكبر حجمًا لها اتجاهية أضيق عند الترددات العالية، بينما تواجه المحركات الأصغر حجمًا مع الترددات المنخفضة.

مكبر صوت عالي التردد

لتحقيق صوت عالي الجودة ومتوازن عبر جميع الترددات، تستخدم مكبرات الصوت محركات متعددة بأحجام مختلفة. تم تصميم كل برنامج تشغيل خصيصًا للتعامل مع نطاق تردد معين — منخفض أو متوسط ​​أو مرتفع. للتأكد من أن كل سائق يتلقى فقط الترددات المصممة له، يتم استخدام مكون خاص يعرف باسم التقاطع، والذي يقسم الإشارة الصوتية إلى نطاقات تردد مختلفة. لكننا سنتحدث عن ذلك في المرة القادمة.

ما هي مقاومة المتكلم؟

تشير مقاومة مكبر الصوت إلى المقاومة الإجمالية لتدفق التيار الكهربائي في مكبر الصوت. يتم قياسها بالأوم وتتضمن كلا من مقاومة سلك الملف الصوتي والمحاثة الناتجة عن لف السلك في ملف. على عكس المقاومة القياسية، يتغير الحث مع تردد الإشارة، وهي ظاهرة تعرف باسم المفاعلة الحثية.

وبسبب هذا المتغير، تختلف المعاوقة عن المقاومة "العادية" ويتم حسابها باستخدام صيغ معقدة، والتي لا تحتاج إلى حفظها إلا إذا كنت مهندسًا. ما هو مهم أن تتذكره هو أن مطابقة مقاومة مكبرات الصوت ومكبر الصوت الخاص بك أمر بالغ الأهمية للحصول على الأداء الأمثل. يمكن أن تؤدي المعاوقة غير المتطابقة إلى انخفاض جودة الصوت وارتفاع درجة الحرارة وحتى تلف المعدات.

لذا، تأكد دائمًا من توافق مكبرات الصوت مع مكبر الصوت الخاص بك لتجنب المشكلات والاستمتاع بصوت عالي الجودة دون المخاطرة بمعداتك!

قوة السماعة مقابل حساسية السماعة

"الأكبر هو الأفضل"، أليس كذلك؟

ليس دائما. يعتقد الكثير من الناس أن القوة الكهربائية العالية في مكبرات الصوت تعني تلقائيًا صوتًا أعلى. ولكن في الواقع، هل ستتمكن حتى من استخدام كل هذه القوة بشكل كامل؟

أفضل طريقة لمقارنة المتحدثين هي النظر في حساسيتهم. تخبرك الحساسية، التي يتم قياسها بالديسيبل (ديسيبل)، بمدى كفاءة مكبر الصوت في تحويل الطاقة الكهربائية إلى صوت. كلما ارتفع معدل الحساسية، زاد الصوت الذي يمكن أن يصدره مكبر الصوت بكمية معينة من الطاقة. وبعبارة أخرى، فهو يقوم بعمل أفضل في تحويل الكهرباء إلى موجات صوتية.

تعمل تقييمات الحساسية على موازنة مستوى اللعب عند مقارنة أداء مكبر الصوت وقوته. ومع ذلك، إذا كنت تستخدم مضخم صوت خارجي، فلا تزال بحاجة إلى التفكير في مقدار الطاقة التي يمكن لمكبرات الصوت التعامل معها. يشير التعامل مع الطاقة إلى مقدار الطاقة الكهربائية التي يمكن أن يتحملها مكبر الصوت دون تعرضه للتلف، لذلك من المهم مطابقة خرج مكبر الصوت الخاص بك مع تصنيف طاقة مكبر الصوت.

يعتمد الاختيار بين الحساسية العالية أو المنخفضة على احتياجات نظامك. إذا كانت كفاءة الطاقة مهمة (كما هو الحال في مكبرات الصوت المحمولة أو أنظمة الصوت في السيارة)، فستحتاج إلى مكبرات صوت ذات حساسية أعلى. من ناحية أخرى، في إعداد الصوت الاحترافي، قد تحتاج إلى مكبرات صوت ذات سعة طاقة أعلى.

استجابة التردد

عندما نتحدث عن استجابة تردد مكبر الصوت، فإننا نناقش قدرته على إعادة إنتاج الصوت عبر نطاقات تردد مختلفة. نظرًا لأنه لا يوجد متحدث مثالي، فإن الرسم البياني لاستجابة التردد يساعد في الكشف عن الترددات التي قد يبالغ فيها المتحدث في التركيز أو يكون أداؤه ضعيفًا.

استجابة التردد مهمة لعدة أسباب. أولاً، يعد ذلك أمرًا بالغ الأهمية عند تصميم أنظمة متعددة المحركات وإعداد عمليات الانتقال، والتي تقسم الترددات بين برامج التشغيل المختلفة. ثانيًا، يساعدك على اختيار مكبرات الصوت المناسبة لاحتياجاتك الصوتية المحددة، سواء كان ذلك للعمل الاحترافي في الاستوديو أو الاستماع إلى الموسيقى المنزلية.

يتم ضبط العديد من مكبرات الصوت المخصصة للمستهلكين عمدًا باستخدام منحنى "ابتسامة" طفيف في استجابة التردد لتحسين تجربة الصوت. ومع ذلك، إذا كنت تعمل في إنتاج الموسيقى، فأنت بحاجة إلى مكبرات صوت ذات استجابة ترددية مسطحة. وهذا يضمن عدم إخفاء أي أداة أو عينة بسبب الانخفاضات في نطاق التردد أو تعزيزها بشكل مصطنع بواسطة القمم.

بشكل أساسي، توفر مكبرات الصوت ذات استجابة التردد المسطح صوتًا دقيقًا ونظيفًا، مما يعكس بشكل وثيق مصدر الصوت الأصلي، وهو أمر بالغ الأهمية للمزج الدقيق والإتقان.

ماذا عن سماعات الرأس؟

تستخدم سماعات الرأس نفس التقنية التي تستخدمها برامج تشغيل السماعات ولكن على نطاق أصغر. في الأساس، فهي عبارة عن مكبرات صوت صغيرة توضع داخل أذنيك أو داخلها، وتوفر صوتًا مخصصًا.

كيف تعمل مكبرات الصوت الاستريو؟

عادةً ما يقوم مكبر صوت واحد بتشغيل الصوت أحاديًا. للحصول على مسرح صوت استريو كامل، تحتاج إلى مكبري صوت، ينقل كل منهما الإشارات الصوتية اليسرى واليمنى ويتم وضعهما لإنشاء بيئة صوتية واسعة.

ولكن ماذا عن أشرطة الصوت؟ كيف يقومون بإنشاء تأثير ستيريو؟

تحتوي مكبرات الصوت المصممة لإخراج الاستريو على برامج تشغيل متعددة مرتبة عبر الخزانة. يتم تقسيم إشارة الاستريو إلى قنوات يسارية ويمينية، ويتلقى كل سائق الجزء الخاص به لإنشاء صورة استريو أوسع. غالبًا ما تأتي هذه الأنظمة مزودة بمضخم صوت إضافي للحصول على صوت جهير عميق، وهو مثالي لإعادة إنتاج الترددات المنخفضة أو صوت باتمان الخشن.

من اخترع مكبر الصوت؟

مثل العديد من الاختراعات الأخرى في أوائل القرن العشرين، من الصعب أن ننسب الفضل إلى شخص واحد فقط في اختراع مكبر الصوت. تطورت التكنولوجيا بمرور الوقت حيث اكتسب العلماء والمهندسون فهمًا أفضل للموجات الصوتية والتيارات الكهربائية.

قدم ألكسندر جراهام بيل، المخترع الشهير للهاتف، مساهمات كبيرة في تكنولوجيا الصوت، حيث قام بتطوير أحد أقدم إصدارات مكبر الصوت في أواخر القرن التاسع عشر. وبعد فترة وجيزة، قام أوليفر لودج بإنشاء أول مكبر صوت ذو ملف متحرك. في عام 1915، حصل المهندسان الدنماركيان بيتر ل. جنسن وإدوين بريدهام على براءة اختراع مكبر الصوت الكهروديناميكي، حيث تم وضع ملف من الأسلاك متصل بغشاء في مجال مغناطيسي.

عبر المحيط الأطلسي، في عام 1925، قام إدوارد دبليو كيلوج وتشيستر دبليو رايس بتطوير مكبر الصوت الديناميكي المزود بغشاء، والذي تم ترخيصه لاحقًا من قبل RCA. تضمن تصميمها العديد من العناصر التي تشكل أساس تكنولوجيا السماعات الحديثة.

لذلك، من الآمن أن نقول إن العديد من الأشخاص ساهموا في تطوير التكنولوجيا التي تتيح لك الاستمتاع بالموسيقى والأفلام بصوت عالي الجودة اليوم. كما هو الحال مع العديد من الاختراعات العظيمة، فقد استغرق الأمر قرية كبيرة لجلب المتحدث الحديث إلى الحياة!

مستقبل الأنظمة الصوتية

أصبحت التكنولوجيا أصغر وأرخص، وهذه حقيقة. ولكن عندما يتعلق الأمر بمكبرات الصوت، ظلت التكنولوجيا الأساسية دون تغيير عمليًا منذ اختراعها.

في الواقع، تعد مكبرات الصوت واحدة من أكثر التقنيات غير الفعالة التي نستخدمها اليوم. أكثر من 99% من الطاقة التي تدخل إلى مكبر الصوت لا يتم تحويلها إلى صوت. ويضيع معظمها على شكل حرارة. من المثير للدهشة أن وكالة حماية البيئة (EPA) لم تحظر مكبرات الصوت حتى الآن بسبب ضعف كفاءتها في استخدام الطاقة.

ومع ذلك، فإن مستقبل مكبرات الصوت يمكن أن يتغير بفضل مادة جديدة تم اكتشافها في عام 2004، وهي الجرافين. هذه المادة خفيفة الوزن بشكل لا يصدق، مما يعني أنها تتطلب طاقة أقل بكثير للتحرك ذهابًا وإيابًا لإنشاء موجات صوتية. هذه أخبار رائعة، خاصة بالنسبة لمكبرات الصوت، التي تحتاج إلى مثل هذه المواد خفيفة الوزن لتعمل بكفاءة عند الترددات العالية.

إذا نجح العلماء في زيادة إنتاج الجرافين ودمجه في المنتجات التجارية، فقد يكون المتحدثون في المستقبل أخف وزنًا وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

وحتى ذلك الحين، سيتعين علينا الاكتفاء بما لدينا الآن - مدافئ صغيرة تعمل على تحويل الإشارات الكهربائية إلى تغيرات في ضغط الهواء، والمعروفة أيضًا باسم مكبرات الصوت.