ما هو التقاطع ولماذا هو مطلوب؟

قبل الإجابة على هذا السؤال ، من الضروري أولاً الخوض في استطالة قصيرة في نظرية مكبرات الصوت وتحديد الخطوط العريضة للمشكلة بشكل عام. كما تعلم ، فإن أي مكبرات صوت يتم إنتاجها حاليًا تقريبًا قادرة على إعادة إنتاج نطاق تردد ضيق فقط ، مقيدًا من الأسفل بتردد الرنين لنظامه المتحرك ، ومن الأعلى بالخصائص الميكانيكية للناشر (الكتلة والصلابة). خارج نطاق التردد هذا ، ينخفض ​​ضغط الصوت الناتج عن السماعة بشكل كبير ويزداد مستوى التشويه. من المستحيل التحدث عن جودة الصوت في هذه الحالة. لذلك ، لنقل النطاق الكامل للإشارات الصوتية (20-20000 هرتز) ، من الضروري استخدام عدة مكبرات صوت. منذ فترة طويلة ، أدرك أخصائيو الصوت هذه الحاجة ، واليوم ، في جميع مجالات تكنولوجيا الصوت ، سواء كانت منزلية أو أنظمة سيارات ، يتم تنفيذ الغالبية العظمى من مكبرات الصوت حصريًا في تكوين متعدد السائقين.

فيما يتعلق بأنظمة صوت السيارة ، يمكن التمييز بين مخططين نموذجيين للبناء ، بحيث يكون القراء المطلعين أكثر أو أقل على دراية جيدة بهما. يتكون الأول والأكثر شيوعًا من ثلاثة مكبرات صوت: مضخم صوت موجه حصريًا إلى الجهير (حوالي 20-100 هرتز) ، ومكبر الصوت / مكبر الصوت المتوسط ​​للجهير العلوي ونطاقات التردد المتوسط ​​(100-3000 هرتز) ، ومكبر الصوت المسؤول عن الصوت العالي الترددات (من 3000 هرتز وما فوق). في الدوائر الأكثر تعقيدًا ، مثل تلك التي يستخدمها المحترفون في مسابقات صوت السيارات ، يزداد عدد مكبرات الصوت. هنا ، لكل نطاق تردد: الجهير السفلي ، الجهير المتوسط ​​/ العلوي ، المتوسط ​​والعلوي ، مكبرات الصوت المنفصلة هي المسؤولة. ولكن ، على الرغم من الاختلافات الواضحة ، يخضع كلا النظامين لشرط واحد: يجب أن يقوم كل مكبر صوت مدرج في نظام السماعات بإعادة إنتاج نطاق التردد الخاص به فقط ولا يؤثر على الموجات المجاورة. للوفاء بهذا المطلب ، يتم تضمين المرشحات الكهربائية في المسار الصوتي ، والتي تشارك بدقة في اختيار بعض نطاقات التردد وإلغاء البعض الآخر. من الواضح ، إذا كان نظام السماعات يستخدم عدة مكبرات صوت - مضخم صوت ، جهير / متوسط ​​المدى ، متوسط ​​المدى ومكبر صوت ، يصبح من الضروري استخدام العديد من المرشحات الكهربائية. يسمى الجمع بين العديد من هذه المرشحات كروس أوفر.

المرشحات

في التقريب الأول ، أي مرشح كهربائي هو مجموعة من عدة عناصر لها خاصية الإرسال الانتقائي لإشارات ترددات معينة. يمكن بناء أبسط الدوائر التي لها خصائص متشابهة باستخدام المحاثات والمكثفات. يعتمد مبدأ تشغيل هذه الدوائر على اعتماد مقاومة العناصر المكونة لها على التردد: بالنسبة للمحثات ، تزداد المقاومة مع زيادة تردد الإشارة ، بينما تتناقص بالنسبة للمكثفات ، على العكس من ذلك. لذلك ، تمرر المحاثات ترددات منخفضة جيدًا ، وتمرر المكثفات ترددات عالية. تُستخدم هذه الخصائص لبناء مرشحات - منخفضة (LPF) وترددات عالية (HPF). بالإضافة إلى مرشحات تمرير الترددات المنخفضة والعالية ، هناك أنواع أخرى من المرشحات ، على سبيل المثال ، مرشحات ممر النطاق - وبعبارة أخرى ، مرشحات تمرير النطاق. يتضح من الاسم أن هذه المرشحات تمر بشكل جيد فقط بنطاق تردد معين ، وكل ما هو خارجها ، يقوم مرشح تمرير النطاق (PF) بإيقافه. يتمثل الدور المعتاد لمثل هذه المرشحات في عزل نطاق التردد المتوسط ​​للتغذية اللاحقة للإشارة المفلترة إلى مكبر الصوت ذي المدى المتوسط. وفقًا للمهمة التي يتم تنفيذها ، فإن النوع التالي من المرشح - الشق (RF) - هو عكس PF تمامًا. يمنع مرشح القطع نطاق التردد الذي يمر به PF دون تغييرات ، مما يفتح الوصول المجاني إلى الإشارات خارج نطاق التردد هذا. بصرف النظر إلى حد ما عن جميع أنواع المرشحات المذكورة أعلاه ، فإن المرشحات لقمع ترددات الأشعة تحت الحمراء المنخفضة (FINCH) ؛ في الواقع ، هذه هي نفس مرشحات التمرير العالي ، ولكن بتردد قطع منخفض للغاية (10-30 هرتز). الغرض من Finch هو حماية رأس التردد المنخفض (مضخم الصوت) من إشارات الترددات دون المنخفضة ، والتي يمكن أن تؤدي إلى زيادة تحميل مضخم الصوت ، وفي بعض الأحيان إلى فشلها.

يتميز كل مرشح بعدة معلمات. المعلمة الأولى للمرشح هي ترتيبها. يتوافق ترتيب المرشح مع عدد العناصر التفاعلية في الدائرة (المحاثات ، المكثفات). يحتوي مرشح الترتيب الأول ، كما يوحي الاسم ، على عنصر تفاعلي واحد فقط. يحتوي مرشاح الدرجة الثانية على عنصرين ، وما إلى ذلك ، ويعتمد دليل مرشح آخر بشكل مباشر على الترتيب - انحدار خاصية الاتساع والتردد. تشير هذه المعلمة إلى مدى حدة المرشح في توهين الإشارة خارج نطاق المرور ، أي إشارات تلك الترددات التي يجب ألا تتجاوز حاجز المرشح وتصل إلى السماعة. يقاس المنحدر بالديسيبل لكل أوكتاف (ديسيبل / أكتوبر). الأوكتاف هو نطاق تردد يكون فيه تردد القطع العلوي ضعف القطع الأدنى. على سبيل المثال ، يمكن اعتبار الأوكتاف فترات تردد من 100 إلى 200 هرتز أو من 200 إلى 400 هرتز. من السهل حساب أن النطاق الكامل للإشارات الصوتية (20-20000 هرتز) يحتوي على ما يقرب من عشرة أوكتافات. وحدة القياس الثانية هي الديسيبل ، الذي سمي على اسم مخترع الهاتف أ. هو لوغاريتم نسبة القيم (في هذه الحالة ، يكتسب المرشح عند ترددات القطع للأوكتاف) ، مما يوضح الفرق النسبي بين هذه القيم. يعني الاختلاف البالغ 6 ديسيبل أن المستويات تختلف بمعامل اثنين ، و 12 ديسيبل بمعامل أربعة ، و 20 ديسيبل بعامل عشرة ، وهكذا. مرشح ويساوي 6 * N ، حيث N هو ترتيب منقي. من الواضح أن منحدر المرشح من الدرجة الأولى هو 6 ديسيبل / أكتوبر ، والثاني - 12 ديسيبل / أكتوبر ، والثالث - 18 ديسيبل / أكتوبر ، وما إلى ذلك ، وكلما كان أعلى ، زادت فعالية المرشحات في قمع غير المرغوب فيه إشارات. عند اختيار ترتيب مرشح ، إلى جانب شكل خاصية تردد الاتساع ، من الضروري مراعاة خاصية تردد الطور. يجب أن يوفر التقاطع المثالي استجابة ترددية عامة موحدة من حيث ضغط الصوت ، والذي يتم تلخيصه من الاهتزازات الناتجة عن جميع رؤوس نظام السماعات. عند الجمع ، تتجلى علاقات السعة والمرحلة ، وكذلك موقع الرؤوس بالنسبة للمستمع. يتم ضمان النتيجة المثلى من خلال استخدام مرشحات بترتيب محدد جيدًا. يمكن للقراء المهتمين العثور على مزيد من المعلومات التفصيلية حول هذا الموضوع ، على سبيل المثال ، في كتاب "Broadcasting and Electroacoustics" الذي تم تحريره بواسطة Yu. A. Kovalgin ، الذي نشرته دار نشر Radio and Communications في عام 1999.

في الوقت نفسه ، لا تتميز وظيفة المرشح فقط بترتيب وانحدار اضمحلال استجابة التردد. يمكن قول الكثير عن طبيعة المرشح من خلال طريقة التقريب ، والتي على أساسها يتم تحديد وظيفة النقل الخاصة به. هناك الكثير من هذه الأساليب اليوم ، وكلها تحمل أسماء المبدعين: بتروورث ، بيسيل ، لينكويتز-رالي وغيرها الكثير. يبدو أن تعدد الأساليب يعني الكثير من الاختلافات في التصميم في تطبيقات المرشحات حتى من نفس الترتيب ، ولكن لا شيء من هذا القبيل. العناصر التفاعلية التي يمكن رؤيتها على الدوائر الكهربائية لمرشحات Butterworth و Bessel و Linkwitz-Ralley من نفس الترتيب هي نفسها ، لكن تصنيفات هذه العناصر تختلف اختلافًا كبيرًا ، مما يعني سلوكًا مختلفًا لخصائص السعة وتردد الطور لـ المرشحات. نتيجة لذلك ، تختلف خصائص الوقت أيضًا.

بشكل عام ، يتم تقسيم جميع أنواع المرشحات إلى فئتين واسعتين نوعًا ما - نشط وخامل ، وبالتالي ، يمكن أن تكون عمليات الانتقال ، التي تتضمن هذه المرشحات ، سلبية ونشطة.

تتكون عمليات الانتقال السلبية فقط من العناصر التفاعلية - المحاثات والمكثفات ، ولا تتطلب طاقة. إنها متساهلة للغاية ، وفي ظل ظروف معينة يمكن تضمينها في أي قسم من المسار ، قبل مضخم الطاقة وبعده. ولكن في أغلب الأحيان ، يتم تخصيص منطقة محددة بدقة لعمليات الانتقال السلبية - بين مضخم الطاقة ومكبرات الصوت. بمساعدة التقاطع ، من الممكن توصيل عدة رؤوس تعمل في نطاقات التردد المجاورة بمكبر صوت واحد. رخيص و مبهج! لكن هناك جوانب مظلمة أيضًا. يؤدي وجود تقاطع على المسار بين مضخم الطاقة ومكبر الصوت إلى حقيقة أن ما يصل إلى عشرة بالمائة من الطاقة المفيدة يتم تبديدها على العناصر التفاعلية والمقاومات النهائية. ومع ذلك ، هذا ليس هو العيب الوحيد لعمليات الانتقال السلبية. لا تنس أيضًا أن لديهم إمكانيات متواضعة جدًا لضبط الصوت ، وغالبًا ما تقتصر على عناصر التحكم في المستوى لنطاقات التردد الفردية. تعتمد خصائص المرشحات المنفعلة بشكل كبير على مقاومة الحمل ، وهي المقاومة الكهربائية لمكبر الصوت. في نطاق تردد التشغيل ، يكون غير مستقر للغاية ، وبالتالي ، لا يمكن توفير ظروف مطابقة مثالية ، وتختلف استجابة تردد المرشحات عن تلك المحسوبة. لا يمكن أن يعزى هذا أيضًا إلى مزايا عمليات الانتقال السلبية.

عمليات الانتقال النشطة في خدمة مضخمات طاقة السيارة

إذا كانت جميع دوائر الترشيح المستخدمة حاليًا في تكنولوجيا الصوت تعتمد على عناصر سلبية ، فعلى الأرجح ، بعد مرور بعض الوقت ، ستكون احتياطيات النحاس على كوكب الأرض معرضة للخطر. لماذا ا؟ نعم ، لأن تصنيع حتى أبسط مرشح تمرير منخفض من الدرجة الأولى بتردد قطع منخفض (100 هرتز) يعتمد على محث يتطلب الكثير من الأسلاك النحاسية ، وليس سلكًا بسيطًا ، ولكن أخطرها: تقاطع كبير مع خسائر منخفضة وجودة عالية. من غير المعروف ما الذي سنواجهه اليوم إذا لم يخترع المتخصصون في الإلكترونيات مرشحات نشطة قبل بضعة عقود ، حيث تم استبدال المحاثات والمكثفات الضخمة بعناصر إلكترونية - ترانزستورات ومضخمات تشغيلية ، والتي عند تشغيلها ، بالاقتران مع المقاومات والمكثفات لها نفس خصائص دوائر LC - تحول طور مماثل بين التيار والجهد واعتماد معامل النقل على التردد.

تسبب ظهور دوائر الترشيح الجديدة بشكل أساسي ، مثل أي ابتكار آخر في تقنية الصوت ، في الكثير من الجدل على الفور. نشأت الموجة الرئيسية من النقد في صفوف عشاق الصوت الحقيقيين ، الذين جادلوا بالإجماع بأن المرشحات النشطة التي تتطلب مصدرًا للطاقة تمثل عقبة خطيرة أمام الصوت الطبيعي والطبيعي. في هذا كانوا على حق جزئيًا ، لكن القائمة الواسعة من مزايا المرشحات التي ظهرت للتو أصبحت حجة قوية لصالحهم. وسرعان ما بدأ استخدام هذه المرشحات بنشاط في عمليات الانتقال المدمجة لمكبرات الصوت في السيارة. عادة ما توجد عمليات الانتقال هذه داخل علبة مكبر الصوت ، ويكون مكانها في مسار الإشارة عند الإدخال ، مباشرة بعد دوائر التحكم في حساسية الإدخال ، قبل دوائر التضخيم المسبق. يجب القول أن إمكانية تنفيذ المرشحات النشطة بأبعاد مبسطة لعبت دورًا مهمًا في هذا التحول ، والذي لا يزال يوتوبيا للنظائر السلبية حتى يومنا هذا.

في نماذج مضخمات الميزانية ، تعتمد عمليات الانتقال المدمجة على نفس وحدات التصفية. هذا النوع من المرشحات هو تباين مبسط لمرشح Bessel ؛ من السهل جدًا تصنيعه ، لأنه ، على عكس مرشحات Linkwitz-Ralley و Bessel و Butterworth ، فهو مبني على عناصر من نفس القيمة الاسمية وليس مهمًا بشكل خاص لتفاوتات انحراف المعلمات ، والتي يمكن أن تصل أحيانًا إلى عشرات بالمائة. من الواضح أن خصائص الاتساع وتردد الطور لمثل هذه المرشحات بعيدة كل البعد عن الكمال ، على أقل تقدير - إنها الأسوأ. يرتبط الخطأ التالي ، والذي يمكن العثور عليه في أداء عمليات الانتقال المضمنة على مستوى الميزانية ، بتنظيم اختيار تردد التقاطع. لتقليل تكلفة التقاطع ، يقوم العديد من الشركات المصنعة بتقليل عدد عناصر الضبط عمدًا ، ونتيجة لذلك ، يتم ضبط ارتباط واحد فقط بالتردد في مرشح الدرجة الثانية. من الواضح أنه في هذه الحالة ، من الصعب التحدث عن استقرار خصائص التقاطع عبر مجموعة كاملة من الإعدادات.

في مكبرات الصوت لفئات الأسعار المتوسطة والعالية ، يتم تنفيذ عمليات الانتقال غالبًا على أساس مرشحات Linkwitz-Ralley و Butterworth و Bessel - المرتبة الثانية والثالثة وغالبًا ما تكون الترتيب الرابع. لكل منها مزاياها وعيوبها ، ولكن مع تساوي الأشياء الأخرى ، فمن المقبول عمومًا أن مرشحات Butterworth لها حد أدنى من عدم انتظام استجابة التردد ، ومرشحات Bessel - PFC. في هذه الفئة من مكبرات الصوت ، تبنى العديد من الشركات المصنعة ذات السمعة الطيبة ما يسمى بطريقة "النقر" لضمان ضبط تردد القطع بدقة. يكمن جوهرها في حقيقة أن تردد القطع لمرشح التمرير العالي وفلتر الترددات المنخفضة يتم ضبطهما وفقًا لجدول مراسلة خاص "تردد النقر" ، حيث ، على سبيل المثال ، يمكن أن يتوافق الموضع الأيسر المتطرف لمقياس الجهد مع تردد القطع 20 هرتز ، التالي - 22 هرتز ، وما إلى ذلك ، والأخير - خمسة ، وأحيانًا عشرة كيلوهرتز. تتميز طريقة الضبط هذه بدقة عالية جدًا للنتيجة ، فهي موجودة في مكبرات الصوت "PPI" و "Orion" ، إلخ.

يتم توضيح طريقة مختلفة قليلاً لتحديد تردد القطع بواسطة مكبرات الصوت المصنعة من قبل الشركات الإيطالية "Steg" و "Audiosystem" بالإضافة إلى عدد من الشركات الأخرى. هنا ، يتم تحديد تردد القطع المطلوب عن طريق تثبيت وحدة أو أخرى للرقاقة المقاومة. هذه الطريقة أقل شمولية من تلك الموصوفة أعلاه ، لكنها تعد بنتيجة جيدة. الاستمرارية المنطقية لهذا النهج هي عمليات الانتقال ، حيث يقتصر تردد القطع على عدد قليل من القيم الثابتة. هذا حل شائع إلى حد ما ، وغالبًا ما يوجد في مكبرات الصوت المتطورة. تعد مكبرات الصوت عالية الجودة من McIntosh مثالاً جيدًا. هنا تردد القطع لكلا المرشحات - HPF و LPF - ثابت ، ويقتصر على قيمتين - 80 و 120 هرتز. بالمناسبة ، باستخدام مكبرات الصوت هذه كمثال ، يمكن للمرء أن يوضح استخدام مرشحات الشق في عمليات الانتقال المدمجة. في نفوسهم ، يتم ضبط مرشح الشق على متوسط ​​تردد الرنين داخل السيارة (150 هرتز) ويسمح لك إلى حد ما بتصحيح الارتفاع المحتمل في خاصية تردد السعة.

تتكون مجموعة خاصة من عمليات الانتقال ، حيث يمكنك ضبط ليس فقط تردد القطع لمرشح معين ، ولكن أيضًا منحدر منحدر خاصية تردد السعة. هذا النطاق الواسع من الاحتمالات نادر بحد ذاته ، لكن مكبرات الصوت اليابانية "chDimension" من سلسلة "Forte" يمكن أن تتباهى بها ، حيث يصل أقصى ميل ممكن لخاصية التوهين إلى 48 ديسيبل / أكتوبر.

في بعض الأحيان في قسم التردد المنخفض من عمليات الانتقال المدمجة ، يمكنك العثور على مرشح تمرير عالي (FINCH) مع عامل جودة قابل للتعديل ، مما يسمح لك بالحصول على ارتفاع في استجابة التردد بالقرب من تردد القطع حتى 10 ديسيبل ( حلبة هوكينز). غالبًا ما يوجد حل الدائرة هذا في مكبرات الصوت Soundstream ، فهو يسمح لك باستبعاد مرحلة منفصلة من دائرة تعزيز الجهير من مسار التوليف.

يوضح تنفيذ مرشحات تمرير الترددات المنخفضة في عمليات الانتقال المدمجة بوضوح فوائد التصفية النشطة. يحتل هذا المرشح الموجود على لوحة العديد من مكبرات الصوت مساحة غير مهمة ، ولكنه في نفس الوقت يسمح لك بضبط تردد القطع في النطاق من 15 إلى 50 هرتز ، ومنحدر خاصية التوهين من 18 إلى 24 ديسيبل / أكتوبر. صحيح أن بعض الشركات المصنعة تقوم أحيانًا بتقليل خيارات الإعداد عن عمد ، وتقتصر على عدد قليل من القيم النموذجية الثابتة. كما تبين الممارسة ، هذا أكثر من كافٍ.

استنتاج

بعد قراءة هذا الاستعراض ، ربما يرغب العديد من القراء في طرح سؤال معقول تمامًا ، هل هناك ما يبرر استخدام التقاطع المدمج في مضخمات طاقة السيارة ، أم أنه مجرد طريقة أخرى لسحب الأموال "المكتسبة بشق الأنفس"؟ من نواح كثيرة ، تعتمد إجابة هذا السؤال على مستوى مكبر الصوت. إذا كان الجهاز ينتمي إلى فئة الميزانية أو مستوى الدخول ، فمن المؤكد أنه سيكون من السذاجة أن نأمل في ألا يقوم التقاطع المدمج بإجراء تغييرات كبيرة على الإشارة. شيء آخر عندما ينتمي مكبر الصوت إلى الطبقة الوسطى ، وحتى فئة النخبة. هنا ، يلعب المصنعون قواعد مختلفة. إن مصداقية الشركة على المحك ، واستخدام مرشحات الفصل الضعيفة ، بالإضافة إلى عناصر أخرى ، يمكن أن يضر بمكانتها. من الواضح ، في هذه الحالة ، أنه يمكنك بالفعل التفكير بجدية في استخدام مضخم الصوت ، خاصة مع مكبرات الصوت المتطورة ، وعادة ما تكون قدراته جيدة جدًا. بطبيعة الحال ، سيؤدي مثل هذا الحل إلى إنشاء نظام صوتي قائم على مبدأ التضخيم متعدد النطاقات (bi-amping) ، والذي لا يساهم بأي حال من الأحوال في توفير الميزانية ، لأنه ستكون هناك حاجة إلى أربع قنوات تضخيم على الأقل.