الطاقة الوهمية

في سياق معدات الصوت الاحترافية ، تُعرف الطاقة الوهمية بأنها طاقة كهربائية مستمرة (DC) تُوزع بالتساوي على سلكي الإشارة في كابلات الميكروفونات المتوازنة ، مُشكلةً دائرة وهمية ، وذلك لتشغيل الميكروفونات التي تحتوي على دوائر إلكترونية نشطة. ^{[ 1 ]} وتُعرف هذه التقنية بأنها مصدر طاقة مناسب لميكروفونات المكثف ، على الرغم من أن العديد من صناديق التحويل المباشر النشطة تستخدمها أيضًا. كما تُستخدم هذه التقنية في تطبيقات أخرى حيث يتم توفير الطاقة ونقل الإشارة عبر نفس الأسلاك.

تُدمج مصادر الطاقة الوهمية عادةً في لوحات المزج ومضخمات الميكروفونات الأولية والمعدات المشابهة. بالإضافة إلى تزويد دوائر الميكروفون بالطاقة، تستخدم ميكروفونات المكثف التقليدية الطاقة الوهمية أيضًا لاستقطاب عنصر محول الطاقة الخاص بالميكروفون.

تم استخدام التغذية الوهمية لأول مرة لخطوط الهاتف الأرضية القائمة على الأسلاك النحاسية منذ إدخال الهاتف ذي القرص الدوار في عام 1919. وكان أحد هذه التطبيقات في نظام الهاتف هو توفير مسار إشارة تيار مستمر حول مكبرات الصوت المتصلة بالمحولات مثل أنظمة نقل الخطوط التناظرية.

كان أول ميكروفون يعمل بالطاقة الوهمية متاحًا تجاريًا هو ميكروفون Schoeps طراز CMT 20، الذي صدر عام 1964، وصُمم وفقًا لمواصفات الإذاعة الفرنسية، ويعمل بطاقة وهمية بتيار مستمر 9-12 فولت؛ وكان القطب الموجب لهذه الطاقة موصولًا بالأرض. وقدّمت مضخمات الميكروفونات في مسجلات أشرطة Nagra IV هذا النوع من الطاقة كخيار لسنوات عديدة، واستمرت Schoeps في دعم "الطاقة الوهمية السالبة" حتى توقف إنتاج سلسلة CMT في منتصف السبعينيات، إلا أنها أصبحت الآن قديمة الطراز.

في عام ١٩٦٦، قدمت شركة نيومان المحدودة نوعًا جديدًا من الميكروفونات الترانزستورية إلى هيئة الإذاعة النرويجية (NRK). وكانت الإذاعة النرويجية قد طلبت تشغيل الميكروفونات بتقنية التغذية الوهمية (فانتوم). ولأن هيئة الإذاعة النرويجية كانت تمتلك بالفعل طاقة ٤٨ فولت في استوديوهاتها لتشغيل أنظمة الإضاءة الطارئة، فقد استُخدم هذا الجهد لتشغيل الميكروفونات الجديدة (طراز KM 84)، وهو ما يُعدّ أصل تقنية التغذية الوهمية بجهد ٤٨ فولت. وقد تم توحيد هذا النظام لاحقًا في معيار DIN 45596.

تحدد وثيقة اللجنة الكهروتقنية الدولية "أنظمة الوسائط المتعددة  - دليل الخصائص الموصى بها للواجهات التناظرية لتحقيق قابلية التشغيل البيني" (IEC 61938:2018) معايير تزويد الميكروفون بالطاقة الوهمية. ^{[ 2 ]} وتُعرّف الوثيقة ثلاثة أنواع: P12 وP24 وP48. بالإضافة إلى ذلك، تُذكر نوعان إضافيان (P12L وSP48) لتطبيقات متخصصة. ^{[ 3 ] [ 4 ]} تستخدم معظم الميكروفونات حاليًا معيار P48 (الحد الأقصى للطاقة المتاحة 240  ميلي واط). وعلى الرغم من استمرار استخدام أنظمة 12 و24 فولت، فإن المعيار الحالي ^{[ 5 ]} يوصي بمصدر طاقة 48 فولت للأنظمة الجديدة. في حين اقترحت مراجعة سابقة استخدام 24 فولت، ^{[ 6 ]} إلا أنها لم تُعتمد على نطاق واسع.

تعتمد تقنية التغذية الوهمية على دائرة وهمية يتم فيها تطبيق تيار مستمر بالتساوي عبر خطي الإشارة لموصل صوتي متوازن (في الأجهزة الحديثة، كلا الطرفين 2 و3 من موصل XLR ). يُنسب جهد التغذية إلى طرف التأريض في الموصل (الطرف 1 من موصل XLR)، والذي عادةً ما يكون متصلاً بغلاف الكابل أو سلك تأريض داخله أو كليهما. عند ظهور تقنية التغذية الوهمية، كانت إحدى مزاياها إمكانية استخدام نفس نوع كابل الميكروفون المتوازن والمحمي، الذي كانت تستخدمه الاستوديوهات بالفعل مع ^{الميكروفونات} الديناميكية، ^{مع ميكروفونات} المكثف. وهذا يختلف عن الميكروفونات ذات الدوائر الإلكترونية الأنبوبية ، والتي يتطلب معظمها كابلات خاصة متعددة الموصلات.

مع التغذية الوهمية، يصبح جهد التغذية غير مرئي فعليًا للميكروفونات المتوازنة التي لا تستخدمها، والتي تشمل معظم الميكروفونات الديناميكية. تتكون الإشارة المتوازنة فقط من فروق الجهد بين خطي الإشارة؛ بينما تضع التغذية الوهمية نفس جهد التيار المستمر على كلا خطي الإشارة في التوصيل المتوازن. وهذا يختلف اختلافًا كبيرًا عن طريقة تغذية أخرى أقدم قليلًا تُعرف باسم "التغذية المتوازية" أو "التغذية على شكل حرف T" (من المصطلح الألماني Tonaderspeisung )، حيث كان يتم تطبيق التيار المستمر مباشرةً على الإشارة في وضع تفاضلي. قد يؤدي توصيل ميكروفون تقليدي بمدخل مُفعّل عليه التغذية المتوازية إلى تلف الميكروفون.

يُحدد معيار IEC 61938 التغذية الوهمية بجهد 48 فولت، و24 فولت، و12 فولت. موصلات الإشارة موجبة، ويتم تغذيتها عبر مقاومات متساوية القيمة (6.81 كيلو أوم لجهد 48 فولت، و1.2 كيلو أوم لجهد 24 فولت، و680 أوم لجهد 12 فولت)، والغطاء الأرضي موصول بالأرض . قيمة 6.81  كيلو أوم ليست حرجة، ولكن يجب أن تكون المقاومات متطابقة في حدود 0.1% ^{[ 7 ]} أو أفضل للحفاظ على رفض جيد للنمط المشترك في الدائرة. تم تضمين نسخة التغذية الوهمية بجهد 24 فولت، التي طُرحت بعد سنوات عديدة من نسختي 12 و48 فولت، في معيار DIN ومعيار IEC، ولكنها لم تُعتمد على نطاق واسع من قِبل مُصنّعي المعدات.

تحتوي جميع لوحات المزج الحديثة تقريبًا على مفتاح لتشغيل أو إيقاف طاقة الفانتوم؛ في معظم الأجهزة المتطورة، يمكن القيام بذلك بشكل فردي لكل قناة، بينما في لوحات المزج الأصغر حجمًا، قد يتحكم مفتاح رئيسي واحد في توصيل الطاقة إلى جميع القنوات. يمكن حجب طاقة الفانتوم في أي قناة باستخدام محول عزل بنسبة 1:1 أو مكثفات حجب. قد تتسبب طاقة الفانتوم في تعطل الجهاز أو حتى تلفه إذا تم استخدامها مع كابلات أو محولات تربط أحد طرفي المدخل بالأرض، أو إذا تم توصيل أجهزة أخرى غير الميكروفونات بها.

نادراً ما توفر مضخمات الأجهزة طاقة فانتوم. لاستخدام الأجهزة التي تتطلبها مع هذه المضخمات، يجب توصيل مصدر طاقة منفصل بالخط. هذه المصادر متوفرة تجارياً بسهولة، أو يمكن تركيبها بسهولة من قبل هواة الإلكترونيات.

تُتيح بعض الميكروفونات خيار التشغيل ببطارية داخلية أو بمصدر طاقة خارجي (فانتوم). في بعض هذه الميكروفونات، يُنصح بإزالة البطاريات الداخلية عند استخدام طاقة الفانتوم، لأن البطاريات قد تتآكل وتُسرّب مواد كيميائية. بينما صُممت ميكروفونات أخرى خصيصًا للتحويل إلى البطاريات الداخلية في حال انقطاع مصدر الطاقة الخارجي.

لا يتم دائمًا تطبيق التغذية الوهمية بشكل صحيح أو كافٍ، حتى في مضخمات الصوت والخلاطات وأجهزة التسجيل الاحترافية. ويعود ذلك جزئيًا إلى أن الجيل الأول من ميكروفونات المكثف التي تعمل بالطاقة الوهمية بجهد 48 فولت (أواخر الستينيات وحتى منتصف السبعينيات) كانت تتميز بدوائر بسيطة وتتطلب كميات ضئيلة من تيار التشغيل (عادةً أقل من 1 مللي أمبير لكل ميكروفون)، لذا صُممت دوائر التغذية الوهمية المدمجة في أجهزة التسجيل والخلاطات ومضخمات الصوت في ذلك الوقت على افتراض أن هذا التيار سيكون كافيًا. وقد نصت مواصفات التغذية الوهمية الأصلية DIN 45596 على حد أقصى قدره 2 مللي أمبير. واستمر هذا النهج حتى يومنا هذا؛ فالعديد من دوائر التغذية الوهمية بجهد 48 فولت، وخاصة في المعدات منخفضة التكلفة والمحمولة، لا تستطيع ببساطة توفير أكثر من 1 أو 2 مللي أمبير إجمالاً دون أن تتعطل. كما تحتوي بعض الدوائر على مقاومة إضافية كبيرة موصولة على التوالي مع زوج المقاومات القياسي لكل مدخل ميكروفون. قد لا يؤثر هذا كثيراً على الميكروفونات ذات التيار المنخفض، ولكنه قد يعطل الميكروفونات التي تحتاج إلى تيار أكبر.   

غالبًا ما تتطلب ميكروفونات المكثف المصممة للعمل بجهد فانتوم 48 فولت، والتي صُنعت في منتصف سبعينيات القرن الماضي وما بعدها، تيارًا أعلى بكثير (على سبيل المثال، 2-4  مللي أمبير لميكروفونات نيومان بدون محول، و4-5  مللي أمبير لسلسلة شوبس CMC ("كوليت") وميكروفونات جوزيفسون، و5-6  مللي أمبير لمعظم ميكروفونات سلسلة شور KSM، و8  مللي أمبير لميكروفونات CAD Equiteks، و10  مللي أمبير لميكروفونات Earthworks). يحدد معيار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) 10  مللي أمبير كحد أقصى للتيار المسموح به لكل ميكروفون. في حال عدم توفر التيار المطلوب، قد يُصدر الميكروفون إشارة، لكنه لن يتمكن من تقديم الأداء المطلوب. تختلف الأعراض المحددة نوعًا ما، ولكن النتيجة الأكثر شيوعًا هي انخفاض مستوى ضغط الصوت الأقصى الذي يمكن للميكروفون تحمله دون تحميل زائد ( تشويه ). كما قد تُظهر بعض الميكروفونات حساسية أقل (مستوى الإخراج لمستوى ضغط صوت معين).

تُسبب معظم مفاتيح فصل التأريض انقطاعًا غير مرغوب فيه للطاقة الوهمية. يجب أن يكون هناك دائمًا مسار تيار مستمر بين الطرف 1 للميكروفون والطرف السالب لمصدر الطاقة 48 فولت لكي تصل الطاقة إلى إلكترونيات الميكروفون. يؤدي فصل التأريض، والذي يكون عادةً الطرف 1، إلى قطع هذا المسار وتعطيل مصدر الطاقة الوهمية.

يسود اعتقاد شائع بأن توصيل ميكروفون ديناميكي أو شريطي بمدخل يعمل بالطاقة الوهمية (فانتوم) سيؤدي إلى تلفه. وهناك ثلاثة احتمالات لحدوث هذا التلف: أولاً، في حال وجود عطل في الكابل، قد تتسبب الطاقة الوهمية في تلف بعض الميكروفونات بتطبيق جهد كهربائي على مخرج الميكروفون. ^{[ 8 ]} كما يُحتمل تلف الجهاز في حال توصيل مدخل يعمل بالطاقة الوهمية بميكروفون ديناميكي غير متوازن ^{[ 9 ]} أو آلات موسيقية إلكترونية. ^{[ 10 ]} ثانياً، قد تتسبب الموجة العابرة الناتجة عن توصيل الميكروفون أثناء التشغيل بمدخل يعمل بالطاقة الوهمية في تلف الميكروفون، وربما دائرة مضخم الصوت المسبق للمدخل ^{[ 11 ]،} وذلك لأن دبابيس موصل الميكروفون لا تتلامس جميعها في الوقت نفسه، ما يؤدي إلى تدفق التيار لشحن مكثف الكابل من أحد طرفي المدخل دون الآخر. وتُعد هذه مشكلة خاصة مع كابلات الميكروفونات الطويلة. لذا، يُنصح بتعطيل الطاقة الوهمية للأجهزة التي لا تتطلبها. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

يمكن تزويد الميكروفونات الرقمية المتوافقة مع معيار AES 42 بطاقة فانتوم بجهد 10 فولت، مثبتة على كلٍ من أسلاك الصوت والأرضي. ويمكن لهذا المصدر تزويد الميكروفونات الرقمية بتيار يصل إلى 250 مللي أمبير. ويمكن استخدام موصل XLD ، وهو نوع مُعدّل من موصل XLR المعتاد ، لمنع التبديل العرضي بين الأجهزة التناظرية والرقمية. ^{[ 14 ]}

تُعدّ تقنية T-power، المعروفة أيضًا باسم AB powering ^{[ 15 ]} أو T12، والموصوفة في معيار DIN 45595، بديلاً عن تقنية phantom powering، ولا تزال شائعة الاستخدام في مجال هندسة الصوت السينمائي. تحتوي العديد من أجهزة المزج والتسجيل المخصصة لهذا السوق على خيار T-power. تُعتبر هذه الطريقة قديمة نظرًا لإضافة ضوضاء مصدر الطاقة إلى إشارة الصوت الخارجة. ^{[ 16 ]} تستخدم العديد من ميكروفونات Sennheiser وSchoeps القديمة هذه الطريقة، على الرغم من أن أجهزة التسجيل والمزج الأحدث تتخلى تدريجيًا عن هذا الخيار. تُصنع محولات ووحدات تغذية طاقة مخصصة لاستيعاب الميكروفونات التي تعمل بتقنية T-power. في هذه التقنية، يتم تطبيق 12 فولت عبر مقاومات 180 أوم بين طرف الميكروفون "الساخن" (طرف XLR 2) وطرفه "البارد" (طرف XLR 3). ينتج عن ذلك فرق جهد 12 فولت مع قدرة تيار عالية عبر الطرفين 2 و3، مما قد يتسبب في تلف دائم في حال تطبيقه على ميكروفون ديناميكي أو شريطي. قد يكون مصدر الطاقة ذو الـ 12 فولت عائمًا أو مؤرضًا. ^{[ 17 ]}  

الطاقة الموصولة (PiP) هي  مصدر طاقة منخفض التيار (3-5 فولت) يُزوَّد به مقبس الميكروفون في بعض الأجهزة الاستهلاكية، مثل مسجلات الصوت المحمولة وبطاقات الصوت في أجهزة الكمبيوتر . وهي مُعرَّفة أيضًا في معيار IEC 61938. ^{[ 18 ]} وهي تختلف عن طاقة الفانتوم، إذ إنها واجهة غير متوازنة بجهد منخفض (حوالي +5  فولت) موصول بموصل الإشارة، ويعود التيار عبر الغلاف؛ وتتشارك طاقة التيار المستمر مع إشارة الصوت الصادرة من الميكروفون. ويُستخدم مكثف لحجب التيار المستمر عن دوائر تردد الصوت اللاحقة. تُستخدم هذه الطاقة غالبًا لتشغيل ميكروفونات الإلكتريت ، التي لا تعمل بدون طاقة. وهي مناسبة فقط لتشغيل الميكروفونات المصممة خصيصًا للاستخدام مع هذا النوع من مصادر الطاقة. قد يحدث تلف إذا تم توصيل هذه الميكروفونات  بطاقة فانتوم حقيقية (48 فولت) عبر محول من 3.5  مم إلى XLR يربط غلاف XLR بغلاف 3.5  مم. ^{[ 19 ]} يتم تغطية الطاقة الموصولة بالكهرباء بالمعيار الياباني CP-1203A:2007. ^{[ 20 ]}

تُسمى مخططات الطاقة البديلة هذه أحيانًا بشكل غير صحيح باسم "الطاقة الوهمية" ويجب عدم الخلط بينها وبين الطاقة الوهمية الحقيقية بجهد 48 فولت الموصوفة أعلاه.

يمكن تشغيل بعض الميكروفونات المكثفة ببطارية 1.5 فولت موجودة في حجرة صغيرة داخل الميكروفون أو في غلاف خارجي. كما تُستخدم فولتيات أخرى؛ فعلى سبيل المثال، يحتوي ميكروفون Neumann U87 الأصلي على منفذين لبطاريتين 22.5 فولت.

يستخدم العاملون في مجال إلكترونيات الطيران أحيانًا مصطلح "الطاقة الوهمية " لوصف جهد الانحياز المستمر المستخدم لتشغيل ميكروفونات الطيران، والتي تستخدم جهدًا أقل من ميكروفونات الصوت الاحترافية. وتُعرَّف الطاقة الوهمية المستخدمة في هذا السياق بأنها  جهد مستمر يتراوح بين 8 و16 فولتًا موصولًا على التوالي مع مقاومة 470  أوم (اسمية) كما هو محدد في معيار RTCA Inc. DO-214. ^{[ 21 ]} وقد تطورت هذه الميكروفونات من ميكروفونات الكربون المستخدمة في بدايات الطيران والهاتف، والتي كانت تعتمد على جهد انحياز مستمر عبر عنصر ميكروفون الكربون.

يُستخدم مصدر الطاقة الوهمي أيضًا في تطبيقات أخرى غير الميكروفونات:

• الهوائيات النشطة
• محول تردد منخفض الضوضاء
• الطاقة عبر الإيثرنت

• تيشيرت مائل
• الاتصال عبر خطوط الطاقة ، ونقل البيانات عبر شبكة الكهرباء الرئيسية
• إشارات سيمبلكس

• ميكروفون Schoeps CMT 20 لعام 1964 – أول ميكروفون في العالم يعمل بالطاقة الوهمية
• التغذية الوهمية – الخطوط المتوازنة، والتغذية الوهمية، والتأريض، وأسرار أخرى غامضة . شركة لاود تكنولوجيز، 2003
• تزويد الميكروفونات بالطاقة – مجموعة من المعلومات والدوائر لتزويد كبسولات الميكروفونات الإلكترونية بالطاقة
• تصميم وتشغيل الميكروفون – يتضمن تقنيات بديلة لتزويد ميكروفونات المكثف بالطاقة، بما في ذلك تقنية T-power/12T/AB powering/DIN 45595
• جهاز اختبار منزلي الصنع – للكشف عن وجود طاقة وهمية واختبار الأسلاك المحدود