ملف صوتي

ملف الصوت (الذي يتكون من قالب ، وطوق ، ولفائف ) هو ملف سلكي متصل بقمة مخروط مكبر الصوت . وهو يوفر القوة الدافعة للمخروط من خلال رد فعل المجال المغناطيسي للتيار المار فيه.

يُستخدم هذا المصطلح أيضًا للمحركات الخطية ذات الملف الصوتي ، مثل تلك المستخدمة لتحريك رؤوس القراءة والكتابة داخل محركات الأقراص الصلبة ، والتي تُنتج قوة أكبر وتقطع مسافة أطول، ولكنها تعمل وفقًا للمبدأ نفسه. في بعض التطبيقات، مثل تشغيل صمامات المؤازرة ، وضبط التركيز الإلكتروني في الكاميرات الرقمية، تُعرف هذه المحركات باسم محركات الملف الصوتي (VCM). ^{[ 1 ]}

بتمرير تيار كهربائي عبر ملف الصوت، يتولد مجال مغناطيسي . يتسبب هذا المجال المغناطيسي في استجابة ملف الصوت للمجال المغناطيسي الناتج عن مغناطيس دائم مثبت على هيكل السماعة، مما يؤدي إلى تحريك مخروط السماعة. عند تطبيق موجة صوتية على ملف الصوت، يُعيد المخروط إنتاج موجات ضغط الصوت ، المطابقة لإشارة الإدخال الأصلية.

نظرًا لأن الأجزاء المتحركة في السماعة يجب أن تكون ذات كتلة منخفضة (لإعادة إنتاج الأصوات عالية التردد بدقة دون أن تتأثر كثيرًا بالقصور الذاتي )، تُصنع ملفات الصوت عادةً بأخف وزن ممكن، مما يجعلها حساسة. قد يؤدي تمرير تيار كهربائي زائد عبر الملف إلى ارتفاع درجة حرارته (انظر التسخين الأومي ). توفر ملفات الصوت الملفوفة بسلك مسطح، يُسمى السلك الشريطي ، كثافة تعبئة أعلى في الفجوة المغناطيسية مقارنةً بالملفات ذات السلك الدائري. تُصنع بعض الملفات من مواد بكرات وأطواق محكمة الإغلاق السطحي بحيث يمكن غمرها في سائل مغناطيسي يساعد في تبريد الملف، عن طريق توصيل الحرارة بعيدًا عن الملف وإلى بنية المغناطيس. قد يؤدي إدخال طاقة زائدة عند الترددات المنخفضة إلى تحرك الملف خارج حدوده الطبيعية، مما يتسبب في تشويه الصوت وربما تلف ميكانيكي.

تعتمد قدرة تحمل الطاقة على مقاومة الحرارة لعزل الأسلاك والمادة اللاصقة ومادة البكرة، وقد تتأثر بموقع الملف داخل الفجوة المغناطيسية. تستخدم معظم مكبرات الصوت ملفات صوتية "متدلية"، حيث يكون طول اللفات أكبر من ارتفاع الفجوة المغناطيسية. في هذا التصميم، يبقى جزء من الملف داخل الفجوة طوال الوقت. وتُحدَّد قدرة تحمل الطاقة بكمية الحرارة التي يمكن تحملها، وكمية الحرارة التي يمكن إزالتها من الملف الصوتي. تتضمن بعض تصميمات المغناطيس حلقات تبريد من الألومنيوم أعلى وأسفل الفجوة المغناطيسية، لتحسين التبريد بالتوصيل، مما يُحسِّن قدرة تحمل الطاقة بشكل ملحوظ. إذا بقيت جميع الظروف الأخرى ثابتة ، فإن مساحة لفات الملف الصوتي تتناسب طرديًا مع قدرة تحمل الطاقة للملف. وبالتالي ، فإن  ملفًا صوتيًا بقطر 100 مم وارتفاع لفات 12  مم له قدرة تحمل طاقة مماثلة لملف صوتي بقطر 50  مم وارتفاع لفات 24  مم.

في تصميمات ملفات الصوت "المعلقة" (انظر أدناه)، يكون طول الملف أقصر من الفجوة المغناطيسية، وهو تصميم يوفر قوة دافعة كهربائية ثابتة ضمن نطاق حركة محدود، يُعرف باسم X _max . إذا تم تشغيل الملف بشكل زائد ، فقد يخرج عن الفجوة، مما يُحدث تشويشًا كبيرًا ويفقد الملف الفولاذي ميزة تبديد الحرارة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته بسرعة.

تتضمن العديد من أنظمة الصوت عالية الدقة، ومعظم مكبرات الصوت الاحترافية منخفضة التردد (مكبرات الصوت الجهيرية)، فتحات تهوية في نظام المغناطيس لتوفير تبريد قسري لملف الصوت. تعمل حركة المخروط وغطاء الغبار على سحب الهواء البارد وطرد الهواء الساخن. تعتمد هذه الطريقة في التبريد على حركة المخروط، لذا فهي غير فعالة عند ترددات النطاق المتوسط ​​أو العالي، على الرغم من أن تهوية مكبرات الصوت المتوسطة والعالية توفر بعض المزايا الصوتية.

في مكبرات الصوت الأولى، كانت ملفات الصوت تُلف على بكرات ورقية، وهو ما كان مناسبًا لمستويات الطاقة المتوسطة. ومع توفر مضخمات صوت أكثر قوة، استُبدلت البكرات الورقية على نطاق واسع برقائق الألومنيوم من سبيكة 1145، ما مكّن ملفات الصوت من تحمل مستويات طاقة أعلى. تستخدم ملفات الصوت في مكبرات الصوت الحديثة عالية الدقة موادًا تتحمل درجات حرارة تشغيل تصل إلى 150 درجة مئوية، أو حتى 180 درجة مئوية. أما بالنسبة لمكبرات الصوت الاحترافية، فتتوفر مواد مركبة حرارية متطورة لتحسين قدرة ملفات الصوت على تحمل الإجهادات الحرارية الشديدة (أقل من 300 درجة مئوية) والإجهادات الميكانيكية في آن واحد.

استُخدم الألومنيوم على نطاق واسع في صناعة مكبرات الصوت نظرًا لانخفاض تكلفته وسهولة لصقه وقوته الهيكلية. ومع ظهور مضخمات الصوت ذات القدرة العالية، لا سيما في مجال الصوت الاحترافي، برزت عيوب الألومنيوم. فهو ينقل الحرارة بكفاءة، وإن كانت غير عملية، من ملف الصوت إلى مواد اللصق في مكبر الصوت، مما يؤدي إلى تدهورها حراريًا أو حتى احتراقها. كما أن حركة بكرة الألومنيوم في الفجوة المغناطيسية تُولّد تيارات دوامية داخل المادة، مما يزيد من درجة حرارتها، ويُعيق عمرها الافتراضي. في عام 1955، طوّرت شركة دوبونت مادة كابتون، وهي غشاء بلاستيكي من البوليميد لا يعاني من عيوب الألومنيوم، ولذلك شاع استخدام كابتون، ولاحقًا كانيكا أبيكال، في صناعة ملفات الصوت. وعلى الرغم من نجاح هذه الأغشية البلاستيكية ذات اللون البني الداكن في معظم ملفات الصوت عالية الدقة، إلا أنها كانت تعاني من بعض الخصائص غير المرغوبة، وأهمها تكلفتها العالية، وميلها إلى التليّن عند ارتفاع درجة حرارتها. مادة Hisco P450، التي طُوّرت عام 1992 لمعالجة مشكلة تليّن الصوت في مكبرات الصوت الاحترافية، هي عبارة عن مركب حراري من قماش رقيق من الألياف الزجاجية، مشبع براتنج البوليميد، يجمع بين أفضل خصائص البوليميد ومقاومة الحرارة وصلابة الألياف الزجاجية. تتحمل هذه المادة ضغوطًا فيزيائية قاسية ودرجات حرارة تشغيل تصل إلى 300 درجة مئوية، بينما تساعد صلابتها في الحفاظ على استجابة التردد "الباردة" لمكبر الصوت.

يُستخدم سلك النحاس عادةً في لفّ ملفات الصوت، وهو مُغطّى بطبقة عازلة كهربائية، وفي بعض الحالات، بطبقة لاصقة. يوفر سلك النحاس ملف صوت سهل التصنيع ومناسب للاستخدامات العامة، بتكلفة معقولة. عند الحاجة إلى حساسية قصوى أو استجابة ترددية عالية ممتدة من مكبر الصوت، يُمكن استبدال سلك النحاس بسلك الألومنيوم لتقليل كتلة الملف المتحركة. على الرغم من حساسية سلك الألومنيوم في بيئة التصنيع، إلا أن كتلته تُعادل ثلث كتلة سلك النحاس ذي المقياس المكافئ، بينما تبلغ موصليته الكهربائية ثلثي موصلية النحاس تقريبًا. يُستخدم أحيانًا سلك الألومنيوم المُغلّف بالنحاس، مما يُسهّل عملية اللف ويُقلّل بشكل ملحوظ من كتلة الملف مقارنةً بالنحاس.

يمكن استخدام سلك ألومنيوم مسطح مؤكسد ، مما يوفر طبقة أكسيد عازلة أكثر مقاومة للانهيار العازل من طبقات المينا المستخدمة في أسلاك ملفات الصوت الأخرى. ينتج عن ذلك ملفات صوتية خفيفة الوزن ومنخفضة الحث، مثالية للاستخدام في مكبرات الصوت الصغيرة ذات النطاق الترددي الممتد. يتمثل القيد الرئيسي للطاقة في هذه الملفات في درجة تليين المواد اللاصقة التي تربط السلك بالبكرة، أو البكرة بالشبكة والملف .

يمكن استخدام ملفات الصوت في تطبيقات أخرى غير مكبرات الصوت، حيث تكون هناك حاجة إلى خطية زمنية وقوة عالية وأشواط طويلة. تتطلب بعض البيئات، مثل الفراغ أو الفضاء، عناية خاصة أثناء التصميم لتقليل فقد الطاقة في الملف. ويمكن استخدام عدة طرق محددة لتسهيل تصريف الحرارة.

تُظهر الصورة أعلاه طريقتين لغمر ملف الصوت في المجال المغناطيسي. الطريقة الأكثر شيوعًا هي التصميم المُعلّق ، حيث يكون ارتفاع ملف الصوت أكبر من ارتفاع الفجوة المغناطيسية. أما التصميم المُعلّق ، والذي يُستخدم غالبًا في مكبرات الصوت عالية الجودة، فيكون فيه ارتفاع الملف أصغر من ارتفاع الفجوة. فيما يلي توضيح للاختلافات والمزايا والعيوب لكلتا الطريقتين.

ملف متدلي

• ارتفاع الملف أكبر من ارتفاع الفجوة.
• تحافظ هذه الطريقة على عدد اللفات داخل المجال المغناطيسي (أو التدفق) ثابتًا على مدى نطاق الحركة الطبيعي للملف.
• كتلة الملف العالية، حساسية منخفضة إلى متوسطة.
• اللاخطية الناعمة عندما يتجاوز الملف الحدود.

ملف معلق

• ارتفاع الفجوة أكبر من ارتفاع الملف.
• تحافظ هذه الطريقة على التدفق المغناطيسي الذي يتعرض له الملف ثابتًا على مدى نطاق حركة الملف الطبيعي.
• كتلة ملف منخفضة، حساسية متوسطة إلى عالية.
• اللاخطية الشديدة عندما يتجاوز الملف الحدود.

كلا التصميمين يحاولان تحقيق نفس الهدف: قوة خطية تؤثر على الملف، من أجل محرك يعيد إنتاج الإشارة المطبقة بأمانة.

تم تعميم مصطلح "ملف الصوت" ويشير إلى أي آلية تشبه الجلفانومتر تستخدم ملفًا لولبيًا لتحريك جسم ذهابًا وإيابًا داخل مجال مغناطيسي.

يُستخدم هذا المصطلح عادةً للإشارة إلى ملف الأسلاك الذي يُحرّك رؤوس القراءة والكتابة في محرك الأقراص ذي الرأس المتحرك . في هذا التطبيق، يُثبّت ملف أسلاك خفيف الوزن للغاية داخل مجال مغناطيسي قويّ تُنتجه مغناطيسات أرضية نادرة دائمة . يُعدّ ملف الصوت الجزء المحرك من نظام المؤازرة الذي يُحدّد موضع الرؤوس: إذ تُشغّل إشارة تحكّم كهربائية ملف الصوت، وتُحدّد القوة الناتجة موضع الرؤوس بسرعة ودقة.

• الجلفانومتر

• دليل ملفات الصوت لمكبرات الصوت من Hisco ، الطبعة السابعة، أغسطس 2001. Hisco، أناهايم، كاليفورنيا 92807. 714 777 2665.
• مشغلات الملف الصوتي ، المبدأ والتطبيق.