قياس مكبر الصوت

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

نمط خرج مكبر صوت صناعي موضح باستخدام مخططات قطبية كروية مأخوذة عند ستة ترددات

قياس مكبرات الصوت هو عملية تحديد سلوكها من خلال قياس جوانب أدائها المختلفة. ويكتسب هذا القياس أهمية خاصة لأن مكبرات الصوت، باعتبارها محولات طاقة ، تتميز بمستوى تشويه أعلى من مكونات نظام الصوت الأخرى المستخدمة في التشغيل أو تضخيم الصوت.

القياس في غرفة عديمة الصدى

قياس مكبر الصوت في غرفة عديمة الصدى ذات أرضية شبكية شفافة صوتيًا

إحدى طرق اختبار مكبر الصوت تتطلب غرفة عديمة الصدى ، ذات أرضية شبكية شفافة صوتيًا. يُثبّت ميكروفون القياس عادةً على ذراع غير بارز (لتجنب الانعكاسات) ويُوضع على بُعد متر واحد أمام وحدات التشغيل على محور مُشغّل الترددات العالية. مع أن هذه الطريقة تُنتج نتائج قابلة للتكرار، إلا أن قياس "الفضاء الحر" هذا لا يُمثّل الأداء في غرفة، خاصةً إذا كانت صغيرة. للحصول على نتائج دقيقة عند الترددات المنخفضة، يلزم وجود غرفة عديمة الصدى كبيرة جدًا، مزودة بأوتاد امتصاص كبيرة من جميع الجوانب. معظم الغرف عديمة الصدى غير مُصممة لقياس دقيق يصل إلى 20  هرتز، ومعظمها غير قادر على القياس دون 80  هرتز.

حجرة رباعية الأوجه

غرفة اختبار رباعية الأوجه

تُتيح الغرفة رباعية الأوجه قياس الحد الأدنى للترددات المنخفضة لمكبر الصوت دون الحاجة إلى المساحة الكبيرة التي تتطلبها الغرفة عديمة الصدى. يُعرَّف نظام القياس المُدمج هذا لمكبرات الصوت في معايير IEC 60268-21:2018 [ 1 ] و IEC 60268-22:2020 [ 2 ] وAES73id-2019 [ 3 ] .

قياس نصف الفضاء

يُمكن بدلاً من ذلك وضع السماعة على ظهرها، موجهةً نحو السماء على عشب مكشوف. سيظل انعكاس الأرض يؤثر، لكنه سيقل بشكل كبير في نطاق الترددات المتوسطة لأن معظم السماعات موجهة ولا تُشع إلا الترددات المنخفضة جدًا للخلف. سيؤدي وضع مادة ماصة حول السماعة إلى تقليل تموج الترددات المتوسطة عن طريق امتصاص الإشعاع الخلفي. عند الترددات المنخفضة، يكون انعكاس الأرض دائمًا متوافقًا في الطور، مما يؤدي إلى زيادة ترددات الجهير في الاستجابة المقاسة، ولكن هذا ما يحدث عادةً في الغرفة، حيث يُحدث كل من الجدار الخلفي والأرضية تأثيرًا مشابهًا. لذلك، يُعد استخدام قياسات نصف الفضاء هذه، والسعي للحصول على استجابة نصف فضاء مسطحة، خيارًا جيدًا. ستبدو السماعات المُعادَلة لإعطاء استجابة فضاء حر مسطحة دائمًا غنية جدًا بترددات الجهير في الأماكن المغلقة، ولهذا السبب تميل سماعات المراقبة إلى تضمين إعدادات نصف الفضاء وربع الفضاء (للاستخدام في الزوايا)، مما يُؤدي إلى تخفيف الترددات الأقل من 400  هرتز تقريبًا.

يُتيح حفر حفرة ودفن السماعة بمستوى سطح الأرض قياسًا أكثر دقة لنصف الفضاء، مما يُنشئ ما يُعادل تأثير الميكروفون الحدودي في السماعة (جميع الانعكاسات متوافقة تمامًا في الطور)، ولكن يجب إبقاء أي منفذ خلفي غير مسدود، ويجب السماح لأي مُضخّم صوت مُثبّت في الخلف بتبريد الهواء. يتم تقليل حيود الصوت من حواف الغلاف، مما يُنشئ منحنى استجابة قابلًا للتكرار ودقيقًا، ولكنه ليس تمثيليًا للغاية.

قياسات الغرفة

عند الترددات المنخفضة، تُظهر معظم الغرف رنينًا عند سلسلة من الترددات، حيث يتناسب بُعد الغرفة مع مضاعفات نصف الطول الموجي. ينتقل الصوت بسرعة 340 مترًا في الثانية تقريبًا ، لذا فإن غرفة طولها 6.1 متر ستشهد رنينًا بدءًا من 27.5 هرتز. تُسبب أنماط الرنين هذه ذروات وانخفاضات كبيرة في مستوى الصوت لإشارة ثابتة مع تغير تردد تلك الإشارة من منخفض إلى عالٍ.   

بالإضافة إلى ذلك، تُؤثر الانعكاسات والتشتت والامتصاص، وغيرها، بشكلٍ كبير على الصوت المُدرَك، وإن لم يكن ذلك ملحوظًا بالضرورة في الموسيقى أو الكلام، عند الترددات الأعلى من تلك التي تُهيمن عليها أنماط الرنين في الغرفة. وتعتمد هذه التغييرات على مواقع السماعات بالنسبة للأسطح العاكسة أو المشتتة أو الماصة (بما في ذلك تغييرات اتجاه السماعات) وعلى موضع الاستماع. في بعض الحالات، قد تُسبب حركة طفيفة لأي من هذه العوامل، أو للمستمع نفسه، اختلافاتٍ كبيرة. وقد تُفقد بسهولة التأثيرات المعقدة، مثل دمج الصوت المجسم (أو متعدد القنوات) في "مسرح صوتي" موحد.

لا يزال فهمنا لكيفية معالجة الأذن والدماغ للصوت لإنتاج هذه الإدراكات محدودًا، ولذا لا يمكن لأي قياس، أو مجموعة قياسات، ضمان إدراك ناجح، على سبيل المثال، لتأثير "مسرح الصوت". وبالتالي، لا توجد طريقة مضمونة لتحقيق أقصى أداء للسماعات في أي مساحة استماع (باستثناء الغرفة عديمة الصدى ذات الصوت غير المريح). يمكن تعديل بعض المعايير، مثل زمن التردد (الذي ينطبق فعليًا على الأحجام الكبيرة فقط)، واستجابة تردد الغرفة بشكل عام، بإضافة أو إزالة عناصر عاكسة أو مشتتة أو ماصة للصوت، ولكن على الرغم من أن هذا قد يكون فعالًا بشكل ملحوظ (مع الإضافات أو الإزالة والمواقع المناسبة)، إلا أنه يبقى فنًا وخبرة. في بعض الحالات، لم تُثبت أي من هذه التعديلات نجاحًا كبيرًا.

تحديد موضع الميكروفون

يصعب قياس جميع مكبرات الصوت متعددة المحركات (باستثناء المكبرات المحورية ) بدقة إذا وُضع ميكروفون القياس بالقرب من مكبر الصوت، أعلى أو أسفل المحور الأمثل بقليل، لأن اختلاف طول مسار الصوت الناتج عن محركين يصدران التردد نفسه يؤدي إلى إلغاء الطور. من المفيد التذكير بأن تردد 1 كيلوهرتز، كقاعدة عامة ، له طول موجي يبلغ 0.30 متر (قدم واحدة ) في الهواء، بينما يبلغ طول موجة تردد 10 كيلوهرتز 25 مليمترًا (بوصة واحدة ) فقط . غالبًا ما تكون النتائج المنشورة صالحة فقط عند وضع الميكروفون بدقة متناهية، في حدود سنتيمتر أو اثنين.     

يمكن للقياسات التي تُجرى على بُعد مترين أو ثلاثة  أمتار، في موضع الاستماع الفعلي بين مكبرَي صوت، أن تكشف بعضًا مما يحدث فعليًا في غرفة الاستماع. ورغم أن المنحنى الناتج يبدو سيئًا للغاية (مقارنةً بأجهزة أخرى)، إلا أنه يُوفّر أساسًا للتجربة باستخدام الألواح الماصة للصوت. يُنصح بتشغيل كلا مكبرَي الصوت، لأن ذلك يُحاكي "أنماط" الغرفة منخفضة التردد بطريقة تمثيلية. هذا يعني أنه يجب وضع الميكروفون على بُعد متساوٍ تمامًا من مكبرَي الصوت لتجنب تأثيرات "مرشح الترددات المتداخلة" (الارتفاعات والانخفاضات المتناوبة في استجابة الغرفة المقاسة عند تلك النقطة). يُفضّل ضبط الموضع بتحريك الميكروفون من جانب إلى آخر للحصول على أقصى استجابة عند  نغمة 1 كيلوهرتز، ثم  نغمة 3 كيلوهرتز، ثم  نغمة 10 كيلوهرتز. في حين أن أفضل مكبرات الصوت الحديثة يمكنها إنتاج استجابة ترددية مسطحة تصل إلى ±1 ديسيبل من 40  هرتز إلى 20  كيلو هرتز في ظروف خالية من الصدى، فإن القياسات على مسافة مترين في غرفة استماع حقيقية تعتبر جيدة بشكل عام إذا كانت ضمن ±12 ديسيبل.

قياسات المجال القريب

تؤثر خصائص الصوت في الغرفة بشكل أقل بكثير على قياسات المجال القريب، لذا قد تكون هذه القياسات مناسبة عندما يتعذر إجراء تحليل الغرفة عديمة الصدى. يجب إجراء القياسات على مسافات أقصر بكثير من قطر السماعة (أو مصدر الصوت، مثل البوق أو فتحة التهوية)، حيث يكون نصف طول الموجة الصوتية أصغر من قطر السماعة. تُعطي هذه القياسات كفاءة السماعة المباشرة، أو متوسط ​​الحساسية، دون معلومات عن الاتجاه. بالنسبة لنظام سماعات متعدد المصادر الصوتية، يجب إجراء القياس لجميع مصادر الصوت (مكبر الصوت المنخفض التردد، وفتحة انعكاس الصوت الجهير، ومكبر الصوت متوسط ​​المدى، ومكبر الصوت عالي التردد...). تتميز هذه القياسات بسهولة إجرائها، وإمكانية إجرائها في أي غرفة تقريبًا، وسرعتها مقارنةً بالقياسات داخل الصندوق، وقدرتها على التنبؤ بقياسات نصف الفضاء، ولكن دون معلومات عن الاتجاه. [ 4 ]

قياس استجابة التردد

لا تكون قياسات استجابة التردد ذات معنى إلا إذا عُرضت بيانيًا أو حُددت بحدود ±3 ديسيبل (أو حدود أخرى). ومن نقاط ضعف معظم الأرقام المذكورة عدم تحديد مستوى ضغط الصوت الأقصى المتاح، خاصةً عند الترددات المنخفضة. لذا، يُعد قياس عرض نطاق الطاقة مفيدًا للغاية، بالإضافة إلى استجابة التردد، وهو عبارة عن رسم بياني لمستوى ضغط الصوت الأقصى الخارج لقيمة تشويه معينة عبر نطاق الترددات المسموعة.

قياس التشوه

لا يمكن قياس تشويه الصوت في مكبرات الصوت إلا بقدر تشويه ميكروفون القياس نفسه، وذلك عند مستوى الصوت المُختبَر. يُفضّل أن يكون مستوى تشويه الميكروفون بين 120 و140 ديسيبل لقياس التشويه العالي. لا يستطيع مكبر الصوت النموذجي عالي الجودة، المُشغّل بمضخم طاقة نموذجي بقدرة 100 واط ، إنتاج مستويات ذروة أعلى بكثير من 105 ديسيبل عند مسافة متر واحد (أي ما يعادل تقريبًا 105 ديسيبل عند موضع الاستماع من زوج من مكبرات الصوت في غرفة استماع نموذجية). يتطلب تحقيق إعادة إنتاج صوت واقعية مكبرات صوت قادرة على مستويات أعلى بكثير من ذلك، تصل إلى حوالي 130 ديسيبل. مع أن مستوى الموسيقى الحية المُقاس بجهاز قياس مستوى الصوت (بطيء الاستجابة وقراءة RMS) قد يكون في حدود 100 ديسيبل، إلا أن ذروة مستوى الصوت في آلات الإيقاع ستتجاوز ذلك بكثير. تُنتج معظم السماعات تشويهاً بنسبة 3% تقريباً، وهو ما يُقاس بمتوسط ​​تشويه مُرجّح بـ 468، ويقلّ هذا التشويه قليلاً عند مستويات الصوت المنخفضة. قد تتميز السماعات الكهروستاتيكية بتشويه توافقي أقل، ولكنها تعاني من تشويه بيني أعلى. يُعادل 3% من التشويه المتبقي 1 أو 2% من إجمالي التشويه التوافقي . قد تحافظ السماعات الاحترافية على تشويه معتدل حتى حوالي 110 ديسيبل SPL على بُعد متر واحد، ولكن جميع أنظمة السماعات المنزلية تقريباً تُعاني من تشويه كبير عند تجاوز 100 ديسيبل SPL.

تحليل التلوين

تختلف مكبرات الصوت عن معظم أجهزة الصوت الأخرى في معاناتها من ظاهرة التلوين الصوتي ، وهي ميل أجزاء مختلفة من مكبر الصوت - المخروط، وإطاره، وهيكله، والحيز المغلق - إلى الاستمرار في الحركة عند توقف الإشارة. وتتسبب جميع أنواع الرنين في هذه الظاهرة عن طريق تخزين الطاقة، وتكون الرنينات ذات عامل الجودة العالي مسموعة بشكل خاص. وقد تركزت معظم الجهود المبذولة لتحسين مكبرات الصوت في السنوات الأخيرة على تقليل التلوين الصوتي، وتم إدخال أجهزة قياس تحويل فورييه السريع لقياس الخرج المتأخر من مكبرات الصوت وعرضه كمخطط زمني مقابل التردد أو مخطط طيفي . في البداية، تم إجراء التحليل باستخدام اختبار استجابة النبضة ، ولكن هذه "النبضة" تعاني من انخفاض محتوى الطاقة فيها إذا كان من المقرر أن يبقى المحفز ضمن قدرة مكبر الصوت القصوى. وتستخدم الأجهزة اللاحقة الارتباط على محفزات أخرى مثل محلل نظام التسلسل ذي الطول الأقصى ( MLSSA ). [ 5 ] باستخدام نغمات موجية جيبية متعددة كإشارة تحفيزية وتحليل الناتج، يوفر اختبار التلوث الطيفي مقياسًا لمكون تشويه "الضوضاء الذاتية" في مكبرات الصوت. يمكن تحسين هذا النوع من الإشارة، الذي يشبه "السياج"، لأي نطاق ترددي، وتتوافق النتائج بشكل ممتاز مع اختبارات جودة الصوت.

انظر أيضاً

مراجع