التعامل مع أحد الموضوعات الأكثر إرباكًا في "إلكترونيات الصوت"
عندما كنت أتعلم أساسيات الصوت ، كانت إحدى المفاهيم التي كانت أصعب بالنسبة لي هي المعاوقة. معاوقة الدخل لقد فهمت بشكل غريزي ، من مثال المتحدث. بعد كل شيء ، يحتوي برنامج تشغيل مكبر الصوت على لفائف من الأسلاك ، وكنت أعرف أن ملف الأسلاك يقاوم التدفق الكهربائي. لكن انتاج معاوقة؟ تساءلت لماذا مكبر للصوت أو preamp لها معاوقة على انتاجها؟ ألن يرغب في تقديم كل فولت ومأمون ممكنًا إلى أي سيارة يقودها؟
في دردشاتي مع القراء والمتحمسين على مر السنين ، أدركت أنني لم أكن الوحيد الذي لم يحصل على الفكرة الكاملة لمقاومة الإخراج. لذا اعتقدت أنه سيكون من اللطيف القيام بدهان حول هذا الموضوع. في هذه المقالة ، سأتعامل مع ثلاث حالات شائعة ومختلفة للغاية: preamps ، amps ومكبرات صوت سماعة الرأس.
أولاً ، دعونا نلخص مفهوم المعاوقة باختصار. المقاومة هي الدرجة التي يقيدها شيء ما لتدفق كهرباء التيار المستمر. المعاوقة هي في الأساس نفس الشيء ، ولكن مع AC بدلا من DC. عادة ، تتغير مقاومة أحد المكونات مع تغير وتيرة الإشارة الكهربائية. على سبيل المثال ، سيكون لفائف صغيرة من الأسلاك لديها معاوقة صفر تقريبا عند 1 هرتز ولكن مقاومة عالية في 100 كيلو هرتز. قد يكون للمكثف معاوقة غير محدودة تقريبًا عند 1 هرتز ولكن لا توجد مقاومة تقريبًا عند kHz 100.
معاوقة الخرج هي مقدار المعاوقة بين أجهزة خرج المضخم أو الموجة (عادة الترانزستورات ، ولكن من المحتمل أن يكون محول أو أنبوب) ومحطات الخرج الفعلية للمكون. وهذا يشمل المعاوقة الداخلية للجهاز نفسه.
لماذا تحتاج إلى معاوقة الإخراج؟
فلماذا يكون للمكوّن مقاومة للإخراج؟ بالنسبة للجزء الأكبر ، يتم حمايتها من التلف الناتج عن دوائر قصيرة.
أي جهاز إخراج محدود في مقدار التيار الكهربائي الذي يمكنه التعامل معه. إذا كان ناتج الجهاز مختصراً ، فستتم مطالبته بتسليم كمية هائلة من التيار. على سبيل المثال ، ستنتج إشارة خرج 2.83-volt تيارًا يبلغ 0.35 أمبير و 1 واط من الطاقة في مكبر صوت عادي يبلغ 8 أوم. لا مشكلة هناك. ولكن إذا تم توصيل سلك بمقاومة 0.01 أوم عبر أطراف خرج مضخم للصوت ، فإن نفس إشارة خرج 2.83 فولت ستنتج تيارًا من 282.7 أمبير و 800 واط من الطاقة. هذا بعيد ، أكثر بكثير مما تستطيع معظم أجهزة الإخراج تقديمه. ما لم يكن لدى الأمبير نوع من دائرة أو جهاز الحماية ، فسوف يزداد إفراز جهاز الإخراج ومن المحتمل أن يتعرض لأضرار دائمة. ونعم ، يمكن أن تشتعل.
مع وجود بعض المقدار من الممانعة المدمجة في المخرجات ، من الواضح أن المكون يتمتع بحماية أكبر ضد دارات قصيرة ، لأن معاوقة الخرج تكون دائمًا في الدائرة. لنفترض أن لديك سماعة رأس مزودة بمقاومة خرج تبلغ 30 أوم ، تقود زوج من السماعات التي تبلغ 32 أوم ، وأنت تقوم باختزال سلك سماعة الرأس عن طريق الخطأ بقصها بمقص. تذهب من معاوقة نظام مجموع من 62 أوم إلى معاوقة إجمالية ربما 30.01 أوم ، وهو ليس مشكلة كبيرة. بالتأكيد أقل تطرفًا بكثير من الذهاب من 8 أوم إلى 0.01 أوم.
كيف منخفضة يجب أن يكون المعاوقة الناتج؟
تتمثل إحدى القواعد العامة جدًا في الصوت في أنك تريد أن تكون مقاومة الإخراج أقل 10 مرات على الأقل من معاوقة الإدخال المتوقعة التي ستتم تغذيتها. بهذه الطريقة ، لا يكون لمقاومة الإخراج تأثير كبير على أداء النظام. إذا كانت معاوقة الخرج أكثر من 10 أضعاف مقاومة المدخلات التي سوف تغذيها ، يمكنك الحصول على بعض المشاكل المختلفة.
مع أي من الأجهزة الإلكترونية الصوتية ، يمكن لمقاومة خرج عالية جدًا أن تحدث تأثيرات ترشيح تسبب تشوهات غريبة في الاستجابة للتردد ، وتؤدي أيضًا إلى انخفاض مخرجات الطاقة. لمعرفة المزيد عن هذه الظواهر ، تحقق من مقالاتي الأولى والثانية حول كيفية تأثير كابلات السماعات على جودة الصوت.
مع مكبرات الصوت ، هناك مشكلة إضافية. عندما يحرك مكبر الصوت مخروط مكبر الصوت للأمام أو للخلف ، فإن تعليق مكبر الصوت ينقل المخروط إلى وضعه المركزي. هذا الإجراء يولّد جهدًا ثم يتم طرحه مرة أخرى في مكبر الصوت. (تُعرف هذه الظاهرة بـ "ظهر EMF" أو قوة إلكتروتية معكوسة). إذا كانت مقاومة خرج المضخم منخفضة بما فيه الكفاية ، فإنها ستقلع بشكل فعال ذلك الظهر الكهرومغناطيسي وتعمل كبطانة على المخروط بينما تنبثق مرة أخرى. إذا كانت مقاومة خرج المضخم عالية جدًا ، فلن تتمكن من إيقاف المخروط ، وسيستمر المخروط في الانطلاق ذهابًا وإيابًا حتى يتوقف الاحتكاك. هذا يخلق تأثير رنين ويجعل الملاحظات تتباطأ بعد أن كان من المفترض أن تتوقف.
يمكنك أن ترى هذا في تقييمات عامل التخميد من مكبرات الصوت. عامل التثبيط هو متوسط ممانعة الدخل المتوقعة (8 أوم) مقسومًا على معاوقة الخرج الخاصة بالموزع. كلما زاد العدد ، كلما كان عامل التخميد أفضل.
معاوقة إخراج مكبر للصوت
نظرًا لأننا نتحدث عن amps ، فلنبدأ بهذا المثال ، والذي يظهر في الرسم أعلاه. عادةً ما يتم تصنيف المعاوقة الصوتية من 6 إلى 10 أوم ، ولكن من الشائع أن تنخفض مكبرات الصوت إلى 3 أوم مقاومة في بعض الترددات ، وحتى 2 أوم في بعض الحالات القصوى. إذا قمت بتشغيل اثنين من مكبرات الصوت بالتوازي ، كما يفعل المثبتون المخصصون غالبًا عند إنشاء أنظمة صوتية multiroom ، فإن ذلك يؤدي إلى قطع المعاوقة في النصف ، وهذا يعني أن مكبر الصوت ينخفض إلى 2 أوم عند ، على سبيل المثال ، 100 هرتز ينخفض الآن إلى 1 أوم عند هذا التردد عندما يكون مقترنًا بمتكلم آخر من نفس النوع.هذه حالة متطرفة بالطبع ، ولكن مصممي مكبر الصوت يجب أن يفسروا مثل هذه الحالات المتطرفة أو قد يواجهون كومة كبيرة من الأمبيرات تأتي لإصلاحها.
إذا وجدنا حد أدنى للمقاومة من 1 أوم ، فهذا يعني أن الأمبير يجب أن يكون له مقاومة إخراج لا تزيد عن 0.1 أوم. من الواضح أنه لا يوجد مجال لإضافة مقاومة كافية لمخرج هذا المنتج لإعطاء أجهزة الإخراج أي حماية حقيقية.
وبالتالي ، سيكون على مضخم استخدام نوع من دائرة الحماية. يمكن أن يكون هذا شيئًا يتتبع الإخراج الحالي للبرنامج الأمني ويفصل الإخراج إذا كان السحب الحالي مرتفعًا جدًا. أو يمكن أن تكون بسيطة مثل الصمامات أو قاطع الدائرة الكهربائية على خط طاقة التيار المتردد أو قضبان التيار الكهربائي. يؤدي ذلك إلى فصل مصدر الطاقة عندما يكون السحب الحالي أكثر من قدرة مقبض الأمبير.
بالمناسبة ، تستخدم جميع مضخمات طاقة الأنبوب تقريباً محولات الإخراج ، ولأن محولات الإخراج هي مجرد لفائف من الأسلاك ملفوفة حول إطار معدني ، فلديها معاوقة كبيرة خاصة بها ، وأحياناً تصل إلى 0.5 أوم أو حتى أكثر. في الواقع ، لمحاكاة صوت أنبوب الأنبوب في مضخمات صوت صلبة (ترانزستور) Sunfire ، أضاف المصمم الشهير Bob Carver مفتاح "الوضع الحالي" الذي وضع مقاوم 1 أوم في سلسلة مع أجهزة الإخراج. وبالطبع ، انتهكت هذه النسبة من 1 إلى 10 الحد الأدنى لمقاومة الإخراج لمقاومة الدخل المتوقعة التي ناقشناها أعلاه ، وبالتالي كان لها تأثير كبير على استجابة تردد المتكلم المتصل ، ولكن هذا ما تحصل عليه مع العديد من أمبير الأنبوبة و إنه بالضبط ما أراد كارفر محاكاةه.
02 من 03معاوقة إخراج الجهاز / مصدر
مع جهاز preamp أو مصدر (مشغل الأقراص المضغوطة ، مربع الكبل ، وما إلى ذلك) ، كما هو موضح في الرسم أعلاه ، يكون الوضع مختلفًا. في هذه الحالة ، لا تهتم بالطاقة أو التيار. كل ما تحتاجه لنقل الإشارة الصوتية هو الجهد. وبالتالي ، يمكن أن يكون جهاز المصب - مكبر للصوت الطاقة ، في حالة preamp ، أو preamp ، في حالة وجود جهاز مصدر - مقاومة عالية المدخلات. يتم إغلاق أي تيار قادم عبر الخط بشكل كامل تقريبًا من خلال مقاومة عالية للدخل ، لكن الجهد يمر عبر ما يرام.
بالنسبة لمعظم أمبير الأمبير وال preamps ، فإن مدخلات مقاومة 10 إلى 100 كيلو أوم شائعة. يمكن للمهندسين أن يرتفعوا ، لكنهم قد يحصلون على المزيد من الضجيج بهذه الطريقة. وبالمناسبة ، عادةً ما يكون لمانعات الغيتار مدخلات من 250 كيلو أوم إلى 1 ميغا أوم ، وذلك لأن التقاطات الغيتار الكهربائي عادة ما تكون لها مآخذ إخراج تتراوح من 3 إلى 10 كيلو أوم.
يمكن أن تكون الدارات القصيرة شائعة مع دارات على مستوى الخط ، لأنه من السهل جدًا فرك الموصلين العاريْن لمقبض RCA بقطعة معدنية دون قصد ، وذلك ضد قطعة من المعدن تسقطها. وبالتالي ، فإن ممانعات الخرج التي تبلغ 100 أوم أو أكثر شائعة في أجهزة preamps وأجهزة المصدر. لقد رأيت عددًا قليلًا من المكونات الغريبة والراقية ذات مآخذ خرج على مستوى خط منخفض يصل إلى 2 أوم ، ولكن سيكون لها إما ترانزستورات إخراج ثقيلة جدًا أو دائرة حماية لمنع حدوث تلف من الشورتات. في بعض الحالات ، قد يكون لديهم مكثف اقتران في الإخراج لعرقلة جهد التيار المستمر ومنع تمزق جهاز الإخراج.
فونو preamps هي موضوع مختلف تماما. في حين أن لديهم عادة معاوقات إخراج مشابهة لتلك الموجودة في مشغل الأقراص المضغوطة ، فإن موانع مدخلاتهم تختلف اختلافاً كبيراً عن تلك الموجودة في preamp في الخط. هذا كثير جدا للذهاب إلى هنا. ربما سأحفر هذا الموضوع في مقال آخر.
03 من 03سماعة الأمبير إخراج المعاوقة
جلبت الزيادة في شعبية سماعات الرأس ترتيب المعاوقة نظام غريب وغير قياسي بدلا من الأمبيرات سماعة رأس نموذج إلى دائرة الضوء. على عكس الامبيرات التقليدية ، تأتي سماعات الامبراطور في مجموعة واسعة من موانع الانتاج. إن سماعات الرأس رخيصة الثمن بالفعل ، مثل تلك المدمجة في معظم أجهزة الكمبيوتر المحمول ، قد تكون لها مقاومة إخراج تصل إلى 75 أو حتى 100 أوم ، على الرغم من أن مقاومة سماعة الرأس تتراوح عادة من حوالي 16 إلى 70 أوم.
من النادر أن يقوم المستهلك بفصل وتوصيل مكبّرات الصوت عند تشغيل amp ، وكذلك نادرًا أن تتلف كبلات السماعات عند تشغيل amp. ولكن مع سماعات الرأس ، تحدث هذه الأشياء طوال الوقت. يقوم الأشخاص بالاتصال أو فصل سماعات الرأس بشكل روتيني عند تشغيل سماعة رأس سماعة الرأس. غالبًا ما تتلف كبلات سماعة الرأس - والتي تخلق أحيانًا دارة قصيرة - أثناء استخدامها. بطبيعة الحال ، فإن معظم سماعات الامبراطور هي أجهزة رخيصة ، والتي يمكن أن تجعل إضافة دائرة حماية لائق باهظة التكلفة. لذا فإن معظم الشركات المصنعة تأخذ الطريق الأسهل: فهي ترفع مقاومة الإخراج من المضخم عن طريق إضافة المقاوم (أو في بعض الأحيان مكثف).
كما ترون في قياسات سماعة الرأس الخاصة بي (النزول إلى الرسم البياني الثاني) ، يمكن أن يكون للمقاومة العالية للإخراج تأثير كبير على استجابة تردد سماعة الرأس. أقيس الاستجابة الترددية لسماعة الرأس أولاً باستخدام مكبر صوت سماعة الرأس الموسيقية التي تتمتع بمقاومة خرج 5 أوم ، ثم مرة أخرى مع 70 أوم إضافية من المقاومة المضافة لإنشاء معاوقة إجمالي ناتجة تبلغ 75 أوم.
ويختلف تأثير المعاوقة العالية للإخراج مع معاوقة سماعة الرأس المتصلة ، وخاصة مع التغير في معاوقة سماعة الرأس عند ترددات مختلفة. سماعات الرأس التي لديها تقلبات كبيرة في المعاوقة - مثل معظم موديلات الأذن التي تحتوي على محركات متوازنة - تقوم عادة بعرض تغييرات جوهرية في استجابة التردد عندما تقوم بالتغيير من أمبير مع مقاومة منخفضة للإخراج إلى مقاومة ذات مقاومة عالية. في كثير من الأحيان ، سيكون لسماعة رأس ذات توازن نغمي طبيعي عند استخدامها مع مصدر مقاومة منخفضة مقاومة توازن bull ، سمين عندما تستخدم مع مصدر مقاومة عالية.
لحسن الحظ ، تتوفر مقاومة منخفضة للإخراج في العديد من سماعات رأس السماعات الراقية (وخاصةً طرازات الحالة الصلبة) ، وحتى بعض رقائق الأمبونات صغيرة الرأس المضمنة في أجهزة مثل iPhones. لا توجد عادة طريقة لمعرفة ما إذا كانت سماعات الرأس مستخدمة للاستخدام مع مقاومة عالية أو منخفضة للمخرجات ، لكنني أفضل التمسك بمقاومة منخفضة للإخراج للأسباب المذكورة سابقاً في هذه المقالة.
أنا سيكون يفضل عدم استخدام سماعات الرأس ذات التقلبات الكبيرة في المعاوقة التي من شأنها أن تتسبب في حدوث تغييرات استجابة التردد عند استخدامها مع مضخم السماعات الذي يتمتع بمقاومة عالية للإخراج (مثل جهاز الكمبيوتر المحمول الذي أقوم بكتابته). لسوء الحظ ، على الرغم من ذلك ، أفضّل عمومًا صوت سماعة رأس متوازنة جيدة داخل الأذن إلى واحدة تستخدم برامج تشغيل ديناميكية ، لذلك عندما أستخدم سماعات الرأس هذه مع الكمبيوتر المحمول ، أقوم عادةً بتوصيل سماعة أمبير خارجية أو USB سماعة رأس / DAC.
أعلم أن هذا كان تفسيراً طويلاً ، لكن مقاومة الإخراج هي موضوع معقد. نشكرك على تحملني ، وإذا كان لديك أي أسئلة أو إذا تركت شيئًا ما ، فأرسل لي رسالة إلكترونية وأخبرني بذلك.
