قوة الصوت

الموسوعة الحرة

الطاقة الصوتية هي الطاقة الكهربائية المنقولة من مضخم الصوت إلى مكبر الصوت ، وتقاس بالواط . وتحدد الطاقة الكهربائية التي تصل إلى مكبر الصوت، بالإضافة إلى كفاءة مكبر الصوت ، الطاقة الصوتية المتولدة (مع تحويل الجزء المتبقي من الطاقة الكهربائية إلى حرارة).

تُحدَّد قدرة مكبرات الصوت الكهربائية على إخراج الطاقة، بينما تُحدَّد قدرة مكبرات الصوت على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة صوتية دون أن تتلف أو تُشوِّه الإشارة الصوتية. تُعدّ هذه الحدود، أو تصنيفات الطاقة ، مهمة للمستهلكين عند البحث عن منتجات متوافقة ومقارنة المنتجات المنافسة.

قدرة تحمل الطاقة

في مجال الإلكترونيات الصوتية ، توجد عدة طرق لقياس خرج الطاقة، لأشياء مثل مكبرات الصوت، وقدرة معالجة الطاقة ، لأشياء مثل مكبرات الصوت.

مكبرات الصوت

تُحدَّد قدرة خرج مكبر الصوت بالجهد والتيار ودرجة الحرارة:

  • الجهد: يحد جهد مصدر الطاقة للمضخم من أقصى سعة للموجة التي يمكنه إخراجها. وهذا يحدد أقصى قدرة خرج قصوى ممكنة لمقاومة حمل معينة. [ 1 ] [ 2 ]
  • التيار: تحتوي أجهزة خرج المضخم ( الترانزستورات أو الصمامات ) على حد أقصى للتيار يعتمد على المعاوقة الداخلية للمضخم. قد يؤدي التيار الزائد إلى تلف المضخم أو تعطيل دوائر الحماية الداخلية. يحدد الحد الأقصى للتيار أقل مقاومة حمل يمكن للمضخم تشغيلها عند أقصى جهد له. [ 3 ]
  • درجة الحرارة: تُبدد أجهزة إخراج المُضخّم جزءًا من الطاقة الكهربائية على شكل حرارة، وإذا لم يتم التخلص منها بسرعة كافية، سترتفع درجة حرارتها إلى حد التلف. ويمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى الحد الأقصى للطاقة المُخرجة بشكل مستمر. [ 4 ]

بما أن قدرة خرج مكبر الصوت تؤثر بشكل كبير على المبلغ الذي يرغب المستهلكون في دفعه مقابله، فإن لدى المصنّعين حافزًا للمبالغة في مواصفات قدرة الخرج. في غياب القوانين واللوائح، أصبحت الأساليب المبتكرة في الإعلان عن تصنيفات القدرة شائعة لدرجة أن لجنة التجارة الفيدرالية الأمريكية تدخلت في السوق عام 1975 وألزمت جميع مصنّعي مكبرات الصوت باستخدام قياس هندسي (متوسط ​​القدرة المستمر) بالإضافة إلى أي قيمة أخرى قد يذكرونها. [ 4 ]

مكبرات الصوت

بالنسبة لمكبرات الصوت، هناك أيضًا جانب حراري وجانب ميكانيكي فيما يتعلق بالقدرة القصوى على تحمل الطاقة.

  • الحرارة: لا تتحول كل الطاقة المُوَصَّلة إلى مكبر الصوت إلى صوت. في الواقع، يتحول معظمها إلى حرارة، ويجب ألا ترتفع درجة الحرارة بشكل كبير. قد تتسبب الإشارات عالية المستوى لفترة طويلة في تلف حراري، والذي قد يكون واضحًا على الفور أو قد يقلل من عمر مكبر الصوت أو هامش أدائه.
  • ميكانيكياً: مكونات مكبر الصوت لها حدود ميكانيكية يمكن تجاوزها حتى بذروة طاقة قصيرة جداً؛ مثال على ذلك هو النوع الأكثر شيوعاً من مشغل مكبر الصوت، والذي لا يمكنه التحرك للداخل أو للخارج أكثر من حد معين من الحركة دون حدوث تلف ميكانيكي.

على عكس مكبرات الصوت، لا توجد لوائح مماثلة للتعامل مع طاقة مكبرات الصوت في الولايات المتحدة؛ المشكلة أصعب بكثير لأن العديد من أنظمة مكبرات الصوت لديها قدرات مختلفة جدًا للتعامل مع الطاقة عند ترددات مختلفة (على سبيل المثال، مكبرات الصوت العالية التردد في أنظمة مكبرات الصوت تتعامل مع إشارات التردد العالي، وهي صغيرة الحجم وسهلة التلف، بينما مكبرات الصوت المنخفضة التردد تتعامل مع إشارات التردد المنخفض وهي أكبر حجمًا وأكثر متانة).

حسابات الطاقة

رسم بياني للطاقة اللحظية مع مرور الوقت لشكل موجي، حيث تم تسمية ذروة الطاقة بـ P 0 ومتوسط ​​الطاقة بـ P avg

بما أن القدرة اللحظية لموجة التيار المتردد تتغير بمرور الوقت، فإن قدرة التيار المتردد ، والتي تشمل قدرة الصوت، تُقاس كمتوسط ​​زمني . ويستند ذلك إلى هذه الصيغة: [ 5 ]

Pأvز=1تي∫0تيv(ت)⋅أنا(ت)دت{\displaystyle P_{\mathrm {avg} }={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}v(t)\cdot i(t)\,dt\,}

بالنسبة للحمل المقاوم البحت ، يمكن استخدام معادلة أبسط، تعتمد على قيم الجذر التربيعي المتوسط ​​(RMS) لأشكال موجات الجهد والتيار:

Pأvز=Vرمs⋅أنارمs{\displaystyle P_{\mathrm {avg} }=V_{\mathrm {rms} }\cdot I_{\mathrm {rms} }\,}

في حالة وجود نغمة جيبية ثابتة في حمل مقاومي بحت، يمكن حساب ذلك من سعة الذروة لشكل موجة الجهد (والتي يسهل قياسها باستخدام راسم الإشارة ) ومقاومة الحمل:

Pأvز=Vرمs2R=Vصهـأك22R{\displaystyle P_{\mathrm {avg} }={\frac {{V_{\mathrm {rms} }}^{2}}{R}}={\frac {{V_{\mathrm {peak} }}^{2}}{2R}}\,}

على الرغم من أن مكبر الصوت ليس مقاومًا بشكل كامل وأن البرنامج الصوتي ليس موجة جيبية، إلا أن هذه المعادلات تستخدم أحيانًا لتقريب قياسات الطاقة لمثل هذا النظام.

مثال

يمكن لمضخم الصوت قيد الاختبار تشغيل إشارة جيبية بسعة ذروة تبلغ 6  فولت (يتم تشغيلها بواسطة بطارية 12  فولت). عند توصيله بمكبر صوت 8 أوم، فإنه سيُنتج ما يلي:

Pأvز=(6 V)22(8 Ω) =2.25 دبليو{\displaystyle P_{\mathrm {avg} }={(6~\mathrm {V} )^{2} \over 2(8~\Omega )}\,\ =2.25~\mathrm {W} }

في معظم أنظمة السيارات الفعلية، يتم توصيل مكبرات الصوت بتكوين حمل موصول بجسر ، ولا تتجاوز مقاومة السماعات 4  أوم. تستخدم مكبرات الصوت عالية الطاقة في السيارات محول تيار مستمر إلى تيار مستمر لتوليد جهد تغذية أعلى.

القياسات

الطاقة المستمرة والطاقة الفعالة

شكل موجة الجهد الكهربائي وشكل موجة القدرة المقابلة له (بافتراض وجود حمل مقاوم). الجهد الفعال باللون الأزرق، وذروة القدرة باللون الأحمر، ومتوسط ​​القدرة باللون الأخضر.

تعتبر معدلات الطاقة المتوسطة المستمرة للموجة الجيبية عنصرًا أساسيًا في مواصفات الأداء لمضخمات الصوت، وأحيانًا لمكبرات الصوت.

كما ذُكر أعلاه، يشير مصطلح متوسط ​​القدرة إلى متوسط ​​قيمة شكل موجة القدرة اللحظية مع مرور الوقت. وبما أن هذه القيمة تُستخلص عادةً من الجذر التربيعي المتوسط ​​(RMS) لجهد الموجة الجيبية، [ 6 ] فقد يُشار إليها بقدرة RMS أو واط RMS . يجب عدم تفسير ذلك على أنه قيمة RMS لشكل موجة القدرة. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] يُستخدم واط RMS في معيار ANSI حيث يُشار إليه أيضًا بالقيمة الاسمية، وحيث يُشترط استخدامه على علامة المنتج . [ 11 ]

يشير مصطلح "مستمر" (على عكس "ذروة ") إلى أن الجهاز يمكن أن يعمل عند مستوى الطاقة هذا لفترات طويلة من الزمن؛ وأن الحرارة يمكن إزالتها بنفس معدل توليدها، دون أن تتراكم درجة الحرارة إلى حد التلف.

في 3 مايو 1974، أصدرت لجنة التجارة الفيدرالية (FTC) قانونها الخاص بمكبرات الصوت [ 12 ] [ 13 ] لمكافحة ادعاءات القدرة غير الواقعية التي يروج لها العديد من مصنعي مكبرات الصوت عالية الدقة. ينص هذا القانون على إجراء قياسات مستمرة للقدرة باستخدام إشارات موجة جيبية لأغراض الإعلان ومواصفات مكبرات الصوت المباعة في الولايات المتحدة. وقد عُدّل هذا القانون في عام 1998 ليشمل مكبرات الصوت ذاتية التشغيل، مثل تلك المستخدمة عادةً مع أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

عادةً، تُحسب مواصفات طاقة المُضخّم بقياس جهد الخرج الفعال (RMS) لإشارة موجة جيبية مستمرة، عند بداية التشويش - الذي يُعرّف بشكل اعتباطي كنسبة مئوية محددة من التشوه التوافقي الكلي (THD)، وعادةً ما تكون 1%، عند مقاومة حمل مُحددة. تُستخدم عادةً أحمال 8 و4 أوم لكل قناة؛ كما أن العديد من المُضخّمات المُستخدمة في الصوت الاحترافي مُصممة عند 2 أوم. يمكن توفير طاقة أكبر بكثير إذا سُمح للتشويه بالزيادة؛ حيث يُعلن بعض المُصنّعين عن أقصى طاقة عند تشويه أعلى، مثل 10%، مما يجعل أجهزتهم تبدو أكثر قوة. [ 14 ]

إن الموجة الجيبية المستخدمة لقياسات الطاقة المستمرة لا تصف في الواقع الإشارات المتغيرة للغاية الموجودة في إعادة إنتاج الصوت، ولكن تعتبر هذه القياسات على نطاق واسع طريقة معقولة لوصف أقصى قدرة إخراج للمضخم.

في مكبرات الصوت، تحدد السعات الحرارية لملفات الصوت وبنية المغناطيس إلى حد كبير معدلات تحمل الطاقة المستمرة. مع ذلك، عند الترددات المنخفضة ضمن نطاق الترددات المستخدمة لمكبر الصوت، قد تنخفض قدرة تحمل الطاقة بالضرورة بسبب حدود الحركة الميكانيكية. على سبيل المثال، قد يكون مضخم الصوت الفرعي (ساب ووفر) المصنف بقدرة 100 واط قادرًا على تحمل 100 واط من الطاقة عند تردد 80 هرتز ، لكنه قد لا يتمكن من تحمل نفس القدر من الطاقة عند تردد 25 هرتز، لأن هذه الترددات قد تدفع المحرك إلى تجاوز حدوده الميكانيكية قبل الوصول إلى 100 واط من المضخم. [ 15 ]

ذروة الطاقة

تشير القدرة القصوى إلى الحد الأقصى لموجة القدرة اللحظية، والتي تساوي دائمًا ضعف القدرة المتوسطة بالنسبة للموجة الجيبية. [ 16 ] [ 1 ] [ 17 ] [ 18 ] أما بالنسبة لأشكال الموجات الأخرى، فإن العلاقة بين القدرة القصوى والقدرة المتوسطة هي نسبة القدرة القصوى إلى القدرة المتوسطة (PAPR).

تُحدد القدرة القصوى للمضخم بواسطة مستويات الجهد الكهربائي وأقصى تيار يمكن لمكوناته الإلكترونية تحمله لحظيًا دون تلف. وهذا يُشير إلى قدرة الجهاز على التعامل مع مستويات الطاقة المتغيرة بسرعة، نظرًا لأن العديد من الإشارات الصوتية تتميز بطبيعة ديناميكية عالية. [ 19 ]

ومع ذلك، فإن ذروة الطاقة دائمًا ما تكون قيمة أعلى من متوسط ​​رقم الطاقة، ولذلك كان من المغري استخدامها في الإعلانات بدون سياق، مما يجعلها تبدو كما لو أن مكبر الصوت لديه ضعف قوة المنافسين.

إجمالي طاقة النظام

يُستخدم مصطلح "إجمالي قدرة النظام" في مجال الإلكترونيات الصوتية لتقييم قدرة نظام صوتي. ويشير هذا المصطلح إلى إجمالي استهلاك الطاقة للجهاز، وليس إلى قدرة مكبرات الصوت أو قدرة خرج المُضخّم . قد يُنظر إلى هذا على أنه حيلة تسويقية مُضللة نوعًا ما، إذ أن إجمالي استهلاك الطاقة للجهاز سيكون، بطبيعة الحال، أكبر من أي من قدراته الأخرى، باستثناء ربما ذروة قدرة المُضخّم. غالبًا ما تُقيّم أجهزة الاستريو المنزلية وأجهزة استقبال الصوت المحيطي باستخدام إجمالي قدرة النظام.

إحدى طرق استخدام إجمالي طاقة النظام للحصول على تقدير أدق لقدرة خرج المُضخّم هي النظر في فئة المُضخّم ، حيث يمكن استخلاص تقدير لقدرة الخرج من خلال مراعاة كفاءة هذه الفئة. على سبيل المثال، تتفاوت كفاءة مُضخّمات الفئة AB بشكل كبير من 25% إلى 75% [ 20 ] ، بينما تكون كفاءة مُضخّمات الفئة D أعلى بكثير، حيث تتراوح من 80% إلى 95% [ 21 ] [ 22 ] .

في بعض الحالات، يُقاس أداء جهاز صوتي بإجمالي قدرة النظام لجميع مكبرات الصوت فيه، وذلك بجمع قيم ذروة قدرتها. وتُصنّف العديد من أنظمة المسرح المنزلي الجاهزة بهذه الطريقة. غالبًا ما تُقاس قدرة أنظمة المسرح المنزلي منخفضة الجودة عند مستوى عالٍ من التشوه التوافقي ، قد يصل إلى 10%، وهو ما يكون ملحوظًا. [ 23 ]

PMPO

يُعدّ مؤشر PMPO ، الذي يرمز إلى ذروة قدرة خرج الموسيقى [ 24 ] [ 25 ] أو ذروة خرج الأداء اللحظي [ 26 ] ، مقياسًا مشكوكًا فيه ، يهمّ كتّاب الإعلانات أكثر من المستهلكين [ 27 ] . لم يُعرّف مصطلح PMPO في أي معيار [ 28 ] . يستخدم المصنّعون المختلفون تعريفاتٍ مختلفة، لذا تتفاوت نسبة PMPO إلى خرج الطاقة المستمر بشكلٍ كبير؛ ولا يُمكن التحويل من أحدهما إلى الآخر.

القوة والصوت العالي في العالم الحقيقي

يتغير مستوى الصوت المُدرَك تقريبًا لوغاريتميًا مع قدرة الصوت الخارجة. ويعتمد هذا التغير في مستوى الصوت المُدرَك، كدالة لتغير قدرة الصوت، على مستوى القدرة المرجعية. ومن المفيد والدقيق تقنيًا التعبير عن مستوى الصوت المُدرَك بمقياس الديسيبل اللوغاريتمي (dB)، وهو مقياس مستقل عن القدرة المرجعية، مع وجود علاقة خطية تقريبًا بين  تغيرات 10 ديسيبل ومضاعفة مستوى الصوت المُدرَك.

تُعدّ العلاقة اللوغاريتمية التقريبية بين القدرة الصوتية وشدة الصوت المُدركة عاملاً هاماً في تصميم أنظمة الصوت. فكلٌّ من قدرة المُضخّم وحساسية السماعة تؤثران على أقصى شدة صوت يُمكن تحقيقها. تُقاس الحساسية عادةً إما بتعليق السماعة في غرفة عديمة الصدى في الفضاء الحر (للسماعات كاملة النطاق)، أو بوضع المصدر والمستقبل في الخارج على الأرض في نصف الفضاء (لمضخم الصوت الفرعي). عند القياس في نصف الفضاء، يُقلّص حدّ سطح الأرض المساحة المتاحة التي ينتشر فيها الصوت إلى النصف، ويُضاعف القدرة الصوتية عند المستقبل، ما يُؤدي إلى  زيادة مُقابلة قدرها 3 ديسيبل في الحساسية المُقاسة، لذا من المهم معرفة ظروف الاختبار.

بينما يُقابل مضاعفة أو تقليل شدة الصوت المُدركة  زيادة أو نقصانًا بمقدار 10 ديسيبل تقريبًا في حساسية السماعة، فإنه يُقابل أيضًا زيادة أو نقصانًا بمقدار 10 أضعاف تقريبًا في القدرة الصوتية. حتى  الزيادة أو النقصان الطفيف نسبيًا بمقدار 3 ديسيبل في الحساسية يُقابل مضاعفة أو تقليلًا للقدرة الصوتية.  كما أن التغير بمقدار ±3 ديسيبل في الحساسية المقاسة يُقابله أيضًا مضاعفة أو تقليل مماثل للطاقة الكهربائية اللازمة لتوليد شدة صوت مُدركة معينة، لذا حتى الاختلافات الطفيفة ظاهريًا في الحساسية يُمكن أن تُؤدي إلى تغييرات كبيرة في متطلبات طاقة المُضخّم.

تتميز العديد من مكبرات الصوت المنزلية عالية الجودة بحساسية تتراوح بين 84  و94  ديسيبل تقريبًا، بينما قد تتراوح حساسية مكبرات الصوت الاحترافية بين 90  و100  ديسيبل تقريبًا.  يتطلب مصدر صوت بحساسية 84 ديسيبل مضخمًا بقدرة 400 واط لإنتاج نفس القدرة الصوتية (الجهارة المدركة) التي  ينتجها مصدر صوت بحساسية 90 ديسيبل عند تشغيله بمضخم بقدرة 100 واط، أو  مصدر صوت بحساسية 100 ديسيبل عند تشغيله بمضخم بقدرة 10 واط. لذا، يُعدّ رسم بياني لأقصى شدة صوت قبل التشويش، مُقاسة بوحدة ديسيبل SPL، عند موضع الاستماع المُحدد، عبر نطاق الترددات المسموعة، مقياسًا جيدًا لـ"قدرة" النظام. وبما أن الأذن البشرية أقل حساسية للترددات المنخفضة، كما هو موضح في منحنيات تساوي شدة الصوت ، فينبغي أن يكون النظام المصمم جيدًا قادرًا على توليد مستويات صوت أعلى نسبيًا من 100  هرتز قبل التشويش.

كما هو الحال مع مستوى الصوت المُدرَك، تتغير حساسية السماعة أيضًا بتغير التردد والطاقة. تُقاس الحساسية عند 1 واط لتقليل التأثيرات غير الخطية مثل ضغط الطاقة والتشويه التوافقي، ويتم حساب متوسطها على نطاق الترددات المتاح. غالبًا ما يُحدد نطاق الترددات بين  ترددات القطع المقاسة "+/-3 ديسيبل" حيث ينخفض ​​مستوى الصوت النسبي عن ذروة مستوى الصوت بمقدار 6  ديسيبل على الأقل. يستخدم بعض مصنعي السماعات نطاق "+3  ديسيبل/-6  ديسيبل" بدلاً من ذلك، لمراعاة استجابة السماعة الفعلية داخل الغرفة عند الترددات القصوى حيث قد تزيد حدود الأرضية/الجدار/السقف من مستوى الصوت المُدرَك.

تُقاس حساسية السماعات وتُصنّف على افتراض ثبات جهد خرج المُضخّم، لأن مُضخّمات الصوت تميل إلى العمل كمصادر جهد. قد تكون الحساسية مقياسًا مُضللًا نظرًا لاختلاف مُعاوقة السماعات بين السماعات ذات التصميمات المُختلفة. قد تُظهر السماعة ذات المُعاوقة الأعلى حساسية أقل، وبالتالي تبدو أقل كفاءة من السماعة ذات المُعاوقة الأقل، حتى وإن كانت كفاءتهما مُتقاربة. أما كفاءة السماعة، فهي مقياس يُحدد النسبة المئوية الفعلية للطاقة الكهربائية التي تُحوّلها السماعة إلى طاقة صوتية، وتُعدّ أحيانًا مقياسًا أنسب عند البحث عن طرق لتحقيق طاقة صوتية مُحددة من السماعة.

إضافة مُشغّل مكبر صوت مُطابق ومُقترن ببعضه (بمسافة أقل بكثير من طول الموجة) وتوزيع الطاقة الكهربائية بالتساوي بين المُشغّلين يزيد من كفاءتهما المُجتمعة بحد أقصى 3  ديسيبل، وهو ما يُشبه زيادة حجم مُشغّل واحد حتى تتضاعف مساحة غشائه. قد يكون استخدام مُشغّلات مُتعددة أكثر عملية لزيادة الكفاءة من استخدام مُشغّلات أكبر حجمًا، لأن استجابة التردد تتناسب عمومًا مع حجم المُشغّل.

يستفيد مصممو الأنظمة من هذا التحسن في الكفاءة باستخدام وحدات تشغيل متصلة ببعضها في صندوق مكبر الصوت، وكذلك في أماكن العروض. كل مضاعفة لمساحة وحدة التشغيل في المصفوفة تُحسّن  الكفاءة بمقدار 3 ديسيبل تقريبًا، حتى يصل الحد الأقصى للمسافة بين أي وحدتي تشغيل في المصفوفة إلى ما يزيد عن ربع الطول الموجي تقريبًا.

تتضاعف قدرة معالجة الطاقة عند مضاعفة عدد مكبرات الصوت، ما يؤدي إلى زيادة قصوى قابلة للتحقيق تبلغ حوالي 6  ديسيبل في إجمالي الناتج الصوتي لكل مضاعفة لمكبرات الصوت المتصلة ببعضها البعض، وذلك عند مضاعفة إجمالي طاقة المضخم أيضًا. يصعب تحقيق مكاسب كفاءة الاقتران المتبادل مع مكبرات صوت متعددة عند الترددات العالية، لأن الحجم الكلي لمكبر الصوت الواحد، بما في ذلك غشائه وسلته ودليله الموجي أو بوقه، قد يتجاوز بالفعل طول موجة واحدة.

تتصرف المصادر الأصغر بكثير من الطول الموجي كمصادر نقطية تشع الصوت في جميع الاتجاهات في الفضاء الحر، بينما تعمل المصادر الأكبر من الطول الموجي كسطح أرضي خاص بها، موجهةً الصوت للأمام. يؤدي هذا التوجيه إلى تشتت الترددات العالية بشكل ملحوظ في الأماكن الكبيرة، لذا قد يضطر المصمم إلى تغطية منطقة الاستماع بمصادر متعددة موجهة في اتجاهات مختلفة أو موضوعة في مواقع متعددة.

وبالمثل، فإن قرب السماعات لمسافة تقل عن ربع الطول الموجي من أحد الحدود أو أكثر، كالأرضية أو الجدران أو السقف، قد يزيد من الحساسية الفعالة للصوت بتحويل الفراغ إلى نصف أو ربع أو ثمن مساحة. أما عندما تكون المسافة إلى الحدود أكبر من ربع الطول الموجي، فإن الانعكاسات المتأخرة قد تزيد من مستوى الصوت المُدرك، ولكنها قد تُحدث أيضًا تأثيرات محيطة، مثل التصفية الترددية والصدى، مما قد يجعل استجابة التردد غير متساوية في المكان، أو يجعل الصوت منتشرًا وحادًا، خاصةً في الأماكن الصغيرة وعلى الأسطح العاكسة الصلبة.

يمكن استخدام الهياكل الماصة للصوت، والهياكل المشتتة للصوت، ومعالجة الإشارات الرقمية للتعويض عن تأثيرات الحدود داخل منطقة الاستماع المحددة.

مضخم صوت متوافق مع مكبر الصوت

كتب تشارلز "تشاك" ماكجريجور، أثناء عمله ككبير التقنيين في شركة إيسترن أكوستيك ووركس ، دليلًا إرشاديًا لمشتري أجهزة الصوت المحترفين الراغبين في اختيار مضخمات صوت مناسبة لسماعاتهم. أوصى تشاك ماكجريجور بقاعدة عامة مفادها أن يكون الحد الأقصى لقدرة خرج المضخم ضعف قدرة خرج مكبر الصوت المستمرة (ما يُسمى "RMS")، مع هامش خطأ لا يتجاوز 20%. في مثاله،  يتناسب مكبر صوت بقدرة مستمرة تبلغ 250 واط بشكل جيد مع مضخم صوت ذي قدرة خرج قصوى تتراوح بين 400 و625  واط. [ 29 ]

JBL ، التي تختبر وتصنف مكبرات الصوت الخاصة بها وفقًا لمعيار IEC 268-5 (المسمى مؤخرًا IEC 60268-5) لديها مجموعة أكثر دقة من التوصيات، اعتمادًا على ملف تعريف استخدام النظام، والذي يتضمن بشكل أساسي عامل الذروة (في أسوأ الحالات) للإشارة المستخدمة لتشغيل مكبرات الصوت: [ 30 ]

  1. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب مراقبة دقيقة حيث يجب الحفاظ على قدرة الاستجابة العابرة القصوى، ينبغي تزويد النظام بمضخم صوت قادر على توفير ضعف تصنيفه وفقًا لمعيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). على سبيل المثال، يمكن تشغيل شاشة استوديو مصنفة بقدرة 300 واط وفقًا لمعيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) بأمان بواسطة مضخم صوت بقدرة 600 واط (RMS)، شريطة أن تكون إشارات الذروة عادةً قصيرة المدة بحيث لا تُجهد مكونات النظام. [ 30 ]
  2. في التطبيقات الروتينية التي يُحتمل فيها وجود خرج عالٍ ومستمر دون تشويه، يجب تزويد النظام بمضخم قادر على توفير تصنيف اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) الخاص بالنظام. يشمل ذلك معظم الأنظمة الاستهلاكية. "غالبًا ما تتعرض هذه الأنظمة لزيادة غير مقصودة في الطاقة، أو قد تدخل في حالة التغذية الراجعة. عند تزويدها بمضخم يساوي تصنيف اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) الخاص بها، يضمن للمستخدم تشغيلًا آمنًا." [ 30 ]
  3. في تطبيقات الآلات الموسيقية، حيث قد يكون التشويش (التضخيم الزائد) مطلوبًا موسيقيًا، يجب تزويد النظام بمضخم صوت قادر على توفير نصف قدرة النظام وفقًا لمعيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). هذا ضروري لأنه، على سبيل المثال، يمكن لمضخم صوت يُخرج عادةً "300 واط من الموجة الجيبية غير المشوهة" أن يصل إلى ما يقارب 600 واط من الطاقة عند حدوث تشويه (أي عندما يكون خرجه أقرب إلى الموجة المربعة ). إذا كان هذا السيناريو واردًا، ولضمان التشغيل الآمن لمكبر الصوت، يجب ألا تتجاوز قدرة المضخم (RMS) نصف قدرة مكبر الصوت وفقًا لمعيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). [ 30 ]

قدرة مكبرات الصوت "النشطة" على تحمل الطاقة

تتألف السماعات النشطة من سماعتين أو ثلاث لكل قناة، كل منها مزود بمضخم صوت خاص به، ويسبقها مرشح تقاطع إلكتروني لفصل إشارة الصوت منخفضة المستوى إلى نطاقات التردد التي ستتعامل معها كل سماعة. يتيح هذا الأسلوب استخدام مرشحات نشطة معقدة على الإشارة منخفضة المستوى، دون الحاجة إلى استخدام مرشحات تقاطع سلبية ذات قدرة عالية على تحمل الطاقة ولكن بانخفاض محدود في الاستجابة ، ودون الحاجة إلى استخدام محاثات ومكثفات كبيرة ومكلفة. ومن المزايا الإضافية أن قدرة تحمل ذروة الطاقة تكون أكبر إذا كانت الإشارة تحتوي على ذروتين متزامنتين في نطاقي تردد مختلفين. يجب على مضخم صوت واحد التعامل مع ذروة الطاقة عندما يكون جهد كلتا الإشارتين في ذروته؛ وبما أن الطاقة تتناسب طرديًا مع مربع الجهد، فإن ذروة الطاقة عندما تكون كلتا الإشارتين عند نفس ذروة الجهد تتناسب طرديًا مع مربع مجموع الجهدين. في حالة استخدام مضخمات صوت منفصلة، ​​يجب على كل منها التعامل مع مربع ذروة الجهد في نطاقه الخاص. على سبيل المثال، إذا كانت إشارة كل من نطاقي الترددات المنخفضة والمتوسطة تعادل 10 واط من القدرة الخارجة، فسيلزم مضخم صوت واحد قادر على التعامل مع ذروة قدرة تبلغ 40 واط، ولكن يكفي وجود مضخمين، أحدهما للترددات المنخفضة والآخر للترددات العالية، كل منهما قادر على التعامل مع 10 واط. يُعد هذا الأمر مهمًا عندما تحدث ذروات ذات سعة متقاربة في نطاقات تردد مختلفة، كما هو الحال مع آلات الإيقاع واسعة النطاق ونغمات الترددات المنخفضة ذات السعة العالية.

تتطلب معظم تطبيقات الصوت طاقة أكبر عند الترددات المنخفضة. وهذا يستلزم مضخمًا عالي الطاقة للترددات المنخفضة (مثلًا، 200 واط لنطاق 20-200  هرتز)، ومضخمًا أقل طاقة للترددات المتوسطة (مثلًا، 50 واط لنطاق 200-1000  هرتز)، وأقل من ذلك للترددات العالية (مثلًا، 5 واط لنطاق 1000-20000  هرتز). يتطلب التصميم الأمثل لنظام مضخم ثنائي/ثلاثي دراسة استجابة التردد وحساسية مكبرات الصوت لتحديد ترددات التقاطع المثلى وقدرات مضخم الطاقة.

الاختلافات الإقليمية

الولايات المتحدة

يُعدّ كلٌّ من ذروة القدرة اللحظية وذروة قدرة الموسيقى مقياسين مختلفين بمواصفات متباينة، ولا يجوز استخدامهما بشكل تبادلي. وقد يعكس استخدام المصنّعين لمصطلحات مختلفة، مثل "النبضة" أو "الأداء"، نظام قياس غير موحد لديهم، ذي معنى غير واضح. وتضع لجنة التجارة الفيدرالية حدًّا لهذا الأمر بموجب القاعدة 46 CFR 432 (1974)، التي تؤثر على بيانات قدرة خرج مكبرات الصوت المستخدمة في منتجات الترفيه المنزلي.

استجابةً لأمرٍ صادرٍ عن لجنة التجارة الفيدرالية، وضعت جمعية الإلكترونيات الاستهلاكية معيارًا واضحًا وموجزًا ​​لقوة الصوت في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية. وقد نشرت الجمعية نموذجًا معتمدًا من لجنة التجارة الفيدرالية لوضع علامات على المنتجات على موقعها الإلكتروني، كما يتوفر المعيار الكامل مقابل رسوم. ويعتقد الكثيرون أن هذا سيُزيل الكثير من الغموض والارتباك في تصنيفات مكبرات الصوت. وستُدرج تصنيفاتٌ أيضًا لمكبرات الصوت وأنظمة مكبرات الصوت المُزوّدة بمضخمات صوت. ينطبق هذا المعيار فقط على مكبرات الصوت. ومن المتوقع إصدار معيارٍ مماثلٍ في الاتحاد الأوروبي، وسيتم اختبار جميع الأجهزة المباعة في الولايات المتحدة وأوروبا وتقييمها بشكلٍ متطابق. [ 31 ]

لم يشمل هذا التنظيم أنظمة الترفيه في السيارات، والتي لا تزال تعاني بالتالي من التباس في تصنيفات الطاقة. ومع ذلك، يجري طرح معيار وطني أمريكي معتمد جديد، ANSI/CEA-2006-B، يتضمن طرق اختبار وقياس لمضخمات الصوت المحمولة، تدريجياً في السوق من قبل العديد من الشركات المصنعة. [ 32 ]

أوروبا

DIN ( Deutsches Institut für Normung ، المعهد الألماني للتوحيد القياسي) يصف في DIN 45xxx عدة معايير لقياس قوة الصوت. معايير DIN (قواعد DIN) شائعة الاستخدام في أوروبا. [ 33 ]

دولي

تحدد المواصفة القياسية IEC 60268-2 مواصفات مضخمات الطاقة بما في ذلك خرج الطاقة. [ 34 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ١ ٢ "فهم تصنيفات قدرة مضخمات الطاقة" . www.rocketroberts.com . تاريخ الاسترجاع: ٢٨-١٠-٢٠١٦ . تبلغ ذروة الإشارة بالكاد [...] قيم خطوط إمداد الطاقة. لا تزال هذه الإشارة نقية وغير مشوهة، ومع ذلك فهي أقصى إشارة نقية ممكنة لهذا المضخم. [...] ذروة الطاقة: [...] أقصى قدر من الطاقة التي يمكن توصيلها إلى الحمل [...] بالنسبة للمضخم الذي استخدمناه في مثالنا، تبلغ ذروة الطاقة (لحمل ٨ أوم) ٢٠٠ واط. يتم توصيل هذا القدر من الطاقة إلى حمل ٨ أوم في اللحظة التي يكون فيها جهد خرج المضخم عند +٤٠ فولت.
  2. ↑ "فهم تصنيفات قدرة مكبر الصوت" . www.meyersound.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 19-10-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-10-2016 . باستخدام جهد التغذية هذا، يمكننا حساب ذروة القدرة اللحظية...
  3. ↑ سينغبييل، إيبرهارد. "مضخم الصوت، مكبر الصوت، والأوم" . www.sengpielaudio.com . تاريخ الاسترجاع: 28-10-2016 . إذا كانت مقاومة السماعة منخفضة جدًا [...] سيمر تيار زائد عبر ترانزستورات خرج جهاز استقبال الصوت والفيديو، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجهاز وإيقاف تشغيله.
  4. 1 2 مجلات، هيرست (1987-12-01). مجلة Popular Mechanics . مجلات هيرست. لطالما كانت لجنة التجارة الفيدرالية على دراية بهذه الحقيقة، وفي عام 1975 تدخلت لوقف تجاوزات الشركات التي أرادت أن تعتقد أن مضخم الصوت الخاص بك يمكنه إطلاق مكبر صوت إلى المدار. [...] يجب أن تنص جميع مواصفات الطاقة المنشورة على الطاقة المستمرة بالواط [...] متوسط ​​كمية الطاقة التي يمكن أن ينتجها مضخم الصوت على مدى فترة زمنية طويلة.
  5. ↑ فاوتر، ريتشارد. "متوسط ​​القدرة في دائرة التيار المتردد" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-03-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-04-2016 .
  6. ↑ "تقييمات مكبرات الصوت" . أساسيات إلكترونيات الصوت في السيارات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-04-2016 .
  7. ↑ ليويلين، روي (18-11-2004). "القدرة الفعالة" (ملف PDF) . إن القيمة الفعالة للقدرة ليست هي القدرة الحرارية المكافئة، وفي الواقع، فهي لا تمثل أي كمية فيزيائية مفيدة.
  8. ↑ غير معروف؛ داوسون، ستيفن. "لماذا لا يوجد شيء اسمه 'واط RMS' أو 'واط RMS' ولم يكن موجودًا قط" . كاتب هاي فاي . تم الاسترجاع في 22 أبريل 2016. على النقيض من ذلك، يجب تعريف قدرة RMS (الجذر التربيعي المتوسط) على أنها الجذر التربيعي لمتوسط ​​مربع القدرة اللحظية، لأن هذا هو معنى "RMS". يمكن القيام بذلك، لكنها ليست القدرة المقاسة، وعلاوة على ذلك، لن يكون لها أي دلالة تقنية (على سبيل المثال، لا تقيس قدرة التسخين).
  9. ↑ كويلين، بول (1993). "ما هي القدرة الفعالة أو القدرة الفعالة بالواط؟" (ملف PDF) . الجهد المقاس هو جهد RMS، لكن القدرة الناتجة هي القدرة المتوسطة وتقاس بالواط.
  10. ↑ "قدرة مكبر الصوت على تحمل الطاقة < مراجع الصوت الاحترافي" . www.doctorproaudio.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-10-2016 . يُشار إليها خطأً في كثير من الأحيان باسم "قدرة RMS"، لأنها مشتقة من قراءات جهد RMS.
  11. ↑ CEA-2006-A، طاقة مكبر الصوت المحمول ، مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 يوليو 2011 ، تم استرجاعه بتاريخ 13 أغسطس 2011 ، مثال على استخدام علامة المنتج [...] خرج الطاقة: 30 واط RMS
  12. ↑ "قاعدة المضخم 16 CFR الجزء 432 | لجنة التجارة الفيدرالية" . www.ftc.gov . 28 سبتمبر 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أكتوبر 2016. الحد الأدنى المقدر لمتوسط ​​القدرة المستمرة لموجة جيبية، بالواط، لكل قناة [...] عند المعاوقة التي صُمم المضخم من أجلها في الأساس، مقاسة مع تشغيل جميع القنوات المرتبطة بها بالكامل إلى القدرة المقدرة لكل قناة
  13. ↑ 39 FR 15387 ، مؤرشف من الأصل في 30 نوفمبر 2005
  14. ↑ "مضخم صوت ثنائي LM4753 بقوة 10 واط" . www.ti.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-10-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-10-2016 . قادر على توفير 10 واط لكل قناة عند تشويه 10%.
  15. ↑ "الحدود الكهربائية والميكانيكية" . www.linkwitzlab.com . تاريخ الاسترجاع: ٢٨ أكتوبر ٢٠١٦. من الواضح [...] أن قدرة المُضخِّم لا تُمثِّل مشكلةً عند الترددات المنخفضة لنطاق مضخم الصوت الفرعي، بل عند الترددات العالية. ويُحدِّد مدى حركة مُشغِّل الصوت أدنى تردد مُخرَج.
  16. ↑ "معدلات الطاقة: تعرف على الواط - ProAudioBlog.co.uk" . ProAudioBlog.co.uk . 13 أبريل 2015. مؤرشف من الأصل في 28 أكتوبر 2016. تم الاطلاع عليه في 28 أكتوبر 2016. بالنسبة للموجة الجيبية، تكون ذروة الطاقة ضعف متوسط ​​الطاقة المستمر.
  17. ↑ لو، توان (مارس 2005). "معدل القدرة في مضخمات الصوت" . شركة تكساس إنسترومنتس. تُحسب معدلات القدرة القصوى باستخدام جهد الذروة. [...] إذا حُددت المساحة الديناميكية لمضخم الصوت عند 3 ديسيبل، فيمكن للمضخم أن يُخرج ضعف متوسط ​​قدرته؛ على سبيل المثال، إذا كان متوسط ​​قدرة المضخم 200 واط، فإن ذروة قدرته ستكون 400 واط.
  18. ↑ "فهم متطلبات إمداد الطاقة لمضخمات الفئة D | EE Times" . EETimes . تاريخ الاسترجاع: 28-10-2016 . تبلغ ذروة الطاقة التي يمكن أن يوفرها المضخم للحمل [...] PSE(PEAK) = [...] 2 • PSE(RMS)
  19. ↑ "اختيار السماعات وتقييمات قدرة مكبر الصوت" . www.prestonelectronics.com . تاريخ الاطلاع: ٢٨ أكتوبر ٢٠١٦. في مكبر الصوت، تُحدَّد ذروة قدرة الخرج القصوى للسماعة بواسطة مصدر طاقة المكبر. [...] في مكبر الصوت، يُفيد تصنيف ذروة القدرة في وصف الحد الأقصى اللحظي لقدرته على تشغيل الأصوات النبضية مثل دقات الطبول ونغمات الباس.
  20. ↑ http://www.rockfordfosgate.com/products/details/t400-2
  21. ↑ http://epsilonelectronicsinc.com/news/2015/08/11/soundstream-is-now-shipping-stealth-124-marine-amplifiers/
  22. ↑ "مضخم صوت من الفئة D يضمن كفاءة بنسبة 90%" . إي إي تايمز آسيا . 14 مايو 2007. تاريخ الاطلاع: 22 أبريل 2016 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  23. ↑ "لا تنخدع بمواصفات طاقة مكبر الصوت" . موقع About.com التقني . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 مايو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2016 .
  24. ↑ ديل ، رودني؛ بوتيك، ستيف (1997-01-01). قاموس ووردزورث للاختصارات والمختصرات . منشورات ووردزورث. ص 127. ISBN  9781853263859. ذروة خرج الطاقة الموسيقية PMPO
  25. ↑ هوزاو، ألكسندر سي. (2000-01-01). قاموس الاختصارات التقنية: إسبانيا - الألمانية . BoD – كتب حسب الطلب. ص 246. ISBN  9783831112999. PMPO صوتي. ذروة خرج الطاقة الموسيقية
  26. ↑ "معدل الطاقة في مضخم الصوت (الإصدار أ)، slea047a - TI.com" . www.ti.com . تاريخ الاسترجاع: 4 نوفمبر 2016 .
  27. ↑ "الحقيقة حول تصنيفات قدرة مكبرات الصوت" . موقع Audioholics لمراجعات وأخبار أنظمة المسرح المنزلي، وأجهزة التلفزيون عالية الوضوح، وأجهزة الاستقبال، ومكبرات الصوت، وأقراص بلو راي . 27 أبريل 2009. تاريخ الاطلاع: 22 أبريل 2016 .
  28. ↑ لاشنبروش، ديفيد (20 يوليو 1963). "موسم الحماقة في مجال الفونو" . بيلبورد . نيلسن بزنس ميديا، ص 33. ISSN 0006-2510 . كان يُطلق عليه "مخرجات طاقة الموسيقى". والآن بعد أن أصبح لدينا معيار جيد وقابل للتطبيق، ماذا نرى في المواد الإعلانية لهذه الصناعة؟ شيء جديد تمامًا. يُطلق عليه - ويا للعجب - "ذروة مخرجات طاقة الموسيقى".  
  29. ↑ ProSoundWeb، قاعة الدراسة. تشاك ماكجريجور، كم واط  : مكبرات الصوت مقابل مكبرات الصوت: إجابة السؤال الأزلي - ما هي القدرة الكهربائية "المناسبة" لمكبرات الصوت الخاصة بي؟ تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 فبراير 2009.
  30. 1 2 3 4 متطلبات الطاقة لمكبرات صوت JBL
  31. ↑ CEA-490-A: طرق اختبار قياس مضخمات الصوت، مؤرشفة في 22 يوليو 2011 على موقع Wayback Machine ، قاعدة لجنة التجارة الفيدرالية (FTC)، ادعاءات خرج الطاقة لمضخمات الصوت المستخدمة في منتجات الترفيه المنزلي، 46 CFR 432 (1974). تاريخ الوصول: 13 أغسطس 2011.
  32. ↑ "معيار هيئة الطاقة الذرية لاختبار معدات الصوت المحمولة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أغسطس 2011 .
  33. ↑ "فهم تصنيفات قدرة مكبر الصوت" . مؤرشف من الأصل في 29 يونيو 2011. تم الاسترجاع في 13 أغسطس 2011 .
  34. ↑ "IEC 60268-2 (معاينة)" (ملف PDF) . اللجنة الكهروتقنية الدولية. أغسطس 2008. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 19 مارس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أغسطس 2011 .