مقدمة لمحولات الصوت

في هذا البرنامج التعليمي ، سنتعرف على محولات الصوت. اثنان من محولات الصوت الشائعة هما الميكروفونات ومكبرات الصوت. مقدمة الخطوط العريضة ما هو الصوت؟ ما هي محولات الصوت؟ الميكروفون (محول الصوت الداخل) ميكروفون الكربونالميكروفون الحديدي المتحرك الميكروفون الملفوف المتحرك أو الميكروفون الديناميكي الشريط الميكروفون الميكروفون الكهرضغطية ميكروفون المكثف مكبر الصوت (مكبر الصوت المخرج الديناميكي) مكبر الصوت المتحرك a مكبر الصوت مكبرات الصوت الكهروإجهادية مكبرات الصوت الكهروستاتيكية مقدمة الصوت هو مصطلح عام يُعطى للموجات الصوتية التي هي نوع من الموجات الطولية التي تنتشر عن طريق الضغط وإزالة الضغط في عملية ثابتة الحرارة. يتراوح مدى تردد الموجات الصوتية بين 1 هرتز إلى عشرات الآلاف من هرتز. في هذا النطاق الضخم ، يمكن للإنسان أن يسمع ما بين 20 هرتز إلى 20 كيلوهرتز. تتكون محولات الصوت أو الصوت من نوعين: مستشعرات الإدخال أو الصوت إلى محولات الطاقة الكهربائية ومشغلات الإخراج أو محولات الطاقة الكهربائية إلى الصوت. مثال على مستشعر الإدخال هو الميكروفون وللمشغل الناتج هو مكبر الصوت ، ويمكن لمحول الطاقة الصوتية اكتشاف ونقل الموجات الصوتية. إذا كان تردد الموجة الصوتية منخفضًا جدًا ، فإنها تسمى الأشعة تحت الحمراء. وإذا كان تردد الموجات الصوتية مرتفعًا جدًا ، فيُطلق عليها اسم الموجات فوق الصوتية. ما هو الصوت؟ الصوت والاهتزاز مترابطان لأن الصوت مرتبط بالاهتزاز الميكانيكي. تحدث العديد من الأصوات بسبب اهتزاز المواد الصلبة أو الغازات. وفقًا لـ ANSI ، يُعرّف الصوت بأنه "تذبذب في الضغط والإجهاد وما إلى ذلك ، ينتشر في وسط مع قوى داخلية أو تراكب مثل هذا التذبذب المنتشر." الموجة الصوتية هي الشكل الموجي الناتج عن الاهتزاز ، وهذا الشكل الموجي يسبب اهتزازًا متطابقًا في أي مادة تتأثر بالموجة الصوتية. من أجل نقل الموجات الصوتية ، هناك حاجة إلى وسيط يمكن أن يهتز. يضغط الجسم أو المادة المهتزة على جزيئات الهواء المحيطة وتخلخلها. لا يوجد انتقال للموجات الصوتية عبر الفراغ ، فعند نقل الصوت يكون له ثلاث معلمات موجية مهمة: السرعة أو السرعة وطول الموجة والتردد. تشبه هذه الخصائص خصائص شكل الموجة الكهربائية. يتم تحديد تردد الصوت وشكله الموجي من خلال أصل الصوت أو التردد وشكل الموجة للاهتزاز المسبب للصوت ، وتعتمد سرعة الصوت وطوله الموجي على الوسط الذي ينقل الموجات الصوتية. العلاقة بين المعلمات الثلاثة السرعة ، الطول الموجي والتردد موضحة أدناه التردد (f) = السرعة (m / s) / الطول الموجي () وحدات التردد هي Hertz (Hz). رابط مصدر الصورة: Electronics-tutorials.ws /io/io46.gif تعتمد سرعة الصوت في مادة معينة على كثافة ومرونة المادة. ومن ثم تكون سرعة الصوت أعلى في المواد الصلبة ومنخفضة في الغازات ذات الضغط العالي ، ويستفيد القياس الموضوعي للموجات الصوتية من كثافة سطح الاستقبال المقاسة بعدد الواط من الطاقة الصوتية لكل متر مربع. تتمتع الأذن باستجابة غير خطية وتتنوع الحساسية مع تردد الصوت ، ويتراوح مدى التردد الذي يمكن للأذن البشرية اكتشافه من خلاله ما بين 20 هرتز إلى 20 كيلوهرتز. تبلغ استجابة الأذن القصوى في منطقة 2 كيلو هرتز. في الحالة الأولى ، يطلق عليهم اسم محولات صوت الإدخال والميكروفون هو مثال لهذه الحالة ، وفي الحالة الأخيرة ، يُطلق عليهم اسم محولات صوت الإخراج ومكبر الصوت مثال على ذلك. الميكروفون (محول صوت الإدخال) الصوت أو الصوت لمحول الطاقة الكهربائية هو الميكروفون أو يطلق عليه ببساطة ميكروفون. ينتج الميكروفون إشارات كهربائية تناظرية تتناسب مع الموجات الصوتية التي تعمل على الحجاب الحاجز. يتم تصنيف الميكروفونات حسب نوع المحول الكهربائي الذي تستخدمه. بالإضافة إلى محول الطاقة ، يستخدم الميكروفون فلاتر وممرات صوتية يعمل شكلها وأبعادها على تعديل استجابة النظام العام. تتميز خصائص الميكروفون بأنها كهربائية وصوتية. يتم التعبير عن حساسية الميكروفون بالسيارات من الخرج الكهربائي لكل وحدة شدة للموجة الصوتية. مقاومة الميكروفون لها أهمية كبيرة. يحتوي الميكروفون ذو المعاوقة العالية على خرج كهربائي مرتفع بينما يرتبط الميكروفون ذو المعاوقة المنخفضة بإخراج منخفض. تجعل المعاوقة العالية الميكروفون عرضة لالتقاط همهمة. كما أن اتجاهية الميكروفون عامل مهم أيضًا. إذا تم استخدام الميكروفون في استشعار ضغط الموجات الصوتية ، فهو Omni - Directional ie تلتقط الصوت القادم من أي اتجاه. الميكروفون اتجاهي إذا كان يستجيب لسرعة واتجاه الموجة الصوتية. لا يحدد نوع محول الصوت بالضرورة مبدأ التشغيل كضغط أو سرعة ، ولكن بناء الميكروفون هو العامل الأكثر أهمية. الأنواع الشائعة من الميكروفونات هي: ميكروفون الكربون ، ميكروفون متحرك من الحديد ، ميكروفون لفائف متحركة ، ميكروفون شريطي ، ميكروفون كهرضغطية وميكروفون مكثف كهربائي. الآن يتم استبدالها بميكروفونات مكثف كهربائي. يستخدم ميكروفون الكربون حبيبات الكربون الموجودة بين الحجاب الحاجز واللوح الخلفي ، وعندما يتم ضغط الحبيبات ، تنخفض المقاومة بين الحجاب الحاجز واللوح الخلفي بشكل كبير. يمكن تحويل اهتزازات الحجاب الحاجز ، الناتجة عن الموجة الصوتية الموجودة عليه ، إلى تباينات في مقاومة الحبيبات. يتطلب الميكروفون مصدر طاقة خارجي لأنه لا يولد جهدًا ، والميزة الرئيسية والوحيدة لميكروفون الكربون هي أنه ينتج مخرجات ضخمة وفقًا لمعايير الميكروفون ، وتشمل العيوب ضعف الخطية ، والبنية الضعيفة التي تسبب العديد من الرنين في الصوت النطاق ومستوى الضوضاء المرتفع حيث تتغير مقاومة الحبيبات حتى في غياب الصوت. يستخدم ميكروفون الحديد المتحرك مغناطيسًا قويًا. تحتوي الدائرة المغناطيسية على عضو إنتاج مصنوع من الحديد اللين ، والذي بدوره متصل بغشاء. عندما يتحرك المحرك ، يتغير التردد المغناطيسي للدائرة وهذا بدوره يغير التدفق المغناطيسي الكلي في الدائرة. الدائرة المغناطيسية في هذا النوع من الميكروفونات تجعل الآلة أثقل. العودة إلى الأعلى: الميكروفون ذو الملف المتحرك أو الميكروفون الديناميكي تستخدم الميكروفونات ذات الملف المتحرك (الديناميكي) دائرة مغناطيسية ثابتة التدفق. في هذه الدائرة ، يتم توليد الخرج الكهربائي عن طريق تحريك ملف من الأسلاك في الدائرة المتصلة بغشاء. هذا الترتيب بالكامل في شكل كبسولة مما يجعل هذا الميكروفون يعمل بالضغط بدلاً من تشغيل السرعة. يتحرك الملف استجابة لحركة الحجاب الحاجز حيث تضرب الموجات الصوتية الحجاب الحاجز. من خلال تطبيق قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، يتم إحداث جهد في الملف بسبب حركة الملف في المجال المغناطيسي. يحدث الحد الأقصى للإخراج عندما يصل الملف إلى السرعة القصوى بين قمم الموجة الصوتية بحيث يكون الإخراج 900 خارج الطور مع الصوت ، ويظهر أدناه منظر داخلي للميكروفون الديناميكي ، ونطاق حركة الملف صغير جدًا مثل حجم الملف صغير. ومن ثم فإن خطية الميكروفونات من نوع الملف المتحرك ممتازة. نظرًا لانخفاض مقاومة الملف ، يكون الإخراج منخفضًا إلى حد كبير ، وبالتالي يلزم تضخيم الإشارة ، ويكون تحريض الملف في الميكروفونات ذات الملف المتحرك أقل ، وبالتالي فهي أقل عرضة لالتقاط همهمة من التيار الكهربائي. يشبه بناء الميكروفون ذو الملف المتحرك هيكل مكبر الصوت في الاتجاه المعاكس. يتم أخذ الإشارة من نهايات الشريط ، ويتم استخدام مجال مغناطيسي مكثف بحيث يمكن تحريك الشريط عبر أقصى تدفق مغناطيسي ممكن. ينتج عن هذا إخراج بقيمة ذروة تبلغ 900 خارج الطور للموجة الصوتية ، ويظهر أدناه منظر داخلي للميكروفون الشريطي. الميكروفون الشريطي عبارة عن ميكروفون يتم تشغيله بسرعة. تُستخدم الميكروفونات الشريطية في المواقف التي تكون فيها الاستجابة الاتجاهية مهمة. التطبيق الرئيسي لهذا النوع من الميكروفونات هو التعليق الصوتي في محيط صاخب. الخطية للميكروفونات الشريطية جيدة جدًا وبنيتها تجعلها حتما جهاز إخراج منخفض. من أجل رفع مستوى الجهد ومستوى المعاوقة ، عادة ما تكون الميكروفونات الشريطية مزودة بمحول. تعد الميكروفونات الشريطية عالية الجودة من العناصر باهظة الثمن. تعد الصفات الاتجاهية لهذا الميكروفون مناسبة للبث الاستريو.عودة إلى أعلى الميكروفون الكهرضغطية ميزة الميكروفون الكهرضغطية على الأنواع الأخرى من الميكروفونات هي أنه لا يقتصر على الاستخدام في الهواء ولكن يمكن ربطه بالصلب وغمره أيضًا في سائل غير موصل . يمكن استخدام محولات الطاقة الكهربائية الانضغاطية في الترددات فوق الصوتية وبعضها يستخدم في منطقة MHz عالية. تتكون المحولات الكهرضغطية من مادة بلورية. عندما يتم توتر البلورة بواسطة الموجات الصوتية ، يتم إزاحة أيونات البلورة بطريقة غير متكافئة. في الأصل ، يتم استخدام Rochelle Salt Crystal كمادة بلورية في الميكروفونات الكهرضغطية وهذا البلورة مقترنة بغشاء. الجهد الناتج والمقاومة عالية ، لكن الخطية ضعيفة. اليوم ، يتم استخدام البلورات الاصطناعية على البلورات الطبيعية. الباريوم تيتانات هو البلورة الاصطناعية المستخدمة للترددات التي تصل إلى مئات كيلوهرتز ، ويرد أدناه شكل الميكروفون الكهرضغطية. تم إصلاح سطحين. عندما تضرب الموجة الصوتية الحجاب الحاجز ، تسبب الاهتزازات تباينًا في السعة ، وعندما تكون الشحنة ثابتة ، يتسبب التباين في السعة في موجة جهد. الإخراج يعتمد على التباعد بين اللوحات. يكون الإخراج أكبر بالنسبة لسعة الصوت المعطاة عندما تكون التباعد بين الأسطح أصغر. هيكل ميكروفون مكثف مبين أدناه. ميكروفون المكثف هو جهاز يعمل بالضغط. من أجل توفير الشحنة الثابتة ، هناك حاجة إلى مصدر جهد كهربائي. هذا الجهد يسمى الجهد الاستقطاب. توفر ميكروفونات المكثف الخطية أثناء التشغيل وتوفر أيضًا إشارات صوتية جيدة جدًا. لتجنب استقطاب الجهد ، يتم استخدام إلكتريت. الإلكتريت هو مادة عازلة ذات شحنة دائمة. إنه مكافئ كهروستاتيكي للمغناطيس. في الميكروفونات ذات المكثف الكهربائي ، تكون إحدى لوحات المكثف عبارة عن لوح من الإلكتريت والأخرى عبارة عن غشاء. نظرًا لأن الإلكتريت يوفر شحنة ثابتة ، فلا داعي لإمداد الجهد. محولات الطاقة مثل مكبرات الصوت والصفارات والأبواق هي مشغلات صوت ناتجة يمكن أن تنتج صوتًا من إشارة دخل كهربائية. تتمثل وظيفة مشغل الصوت في تحويل الإشارات الكهربائية إلى موجات صوتية تشبه إلى حد بعيد إشارة الإدخال الأصلية للميكروفون. تعد سماعات الأذن واحدة من أبسط محولات الصوت الخارجة التي تم استخدامها قبل فترة طويلة من استخدام الميكروفونات. تم استخدام سماعات الأذن مع آلة Morse Key في التلغراف الكهربائي. بعد تطوير الميكروفونات ، أدى الجمع بين محولات صوت الإدخال والإخراج إلى العديد من الاختراعات بما في ذلك الهاتف. مهمة سماعة الأذن بسيطة ، نظرًا لأنها توضع بالقرب من الأذن ، فإن متطلبات الطاقة أيضًا أقل جدًا ، بشكل عام في حدود بضعة ملي واط ، نظرًا لأن الإخراج المطلوب أقل ، تستخدم سماعة الأذن غشاءًا صغيرًا. مكبر الصوت ، على عكس سماعة الأذن ، لا يتم ضغطه على الأذن ، بل يتم إطلاق الموجات الصوتية في الفضاء. ومن ثم فإن بناء ومبدأ ومتطلبات الطاقة لمكبر الصوت يختلف قليلاً. مكبرات الصوت متوفرة في مجموعة متنوعة من الأحجام والأشكال ونطاقات التردد. يُطلق على محول نظام مكبر الصوت وحدة الضغط لأنه يحول الإشارات الكهربائية المعقدة إلى ضغط هواء. ولتحقيق ذلك ، تتكون وحدة مكبرات الصوت من وحدة محرك تقوم بتحويل الموجات الكهربية الداخلة إلى اهتزازات وحجاب حاجز يحرك الهواء الكافي لجعل تأثير الاهتزاز مسموعًا ، ولكل نوع من أنواع الميكروفونات يوجد مكبر صوت مطابق. بعض الأنواع الشائعة من مكبرات الصوت هي: تحريك الحديد ، الملف المتحرك ، الكهروإجهادي ، الديناميكي المتساوي والإلكتروستاتيكي. يُطلق على مكبرات الصوت المتحركة ذات الملف اللولبي أيضًا مكبرات الصوت الديناميكية. مبدأ تشغيل مكبر الصوت ذو الملف المتحرك هو بالضبط عكس ذلك الموجود في ميكروفون الملف المتحرك ، فهو يتكون من ملف من الأسلاك الدقيقة تسمى ملف الصوت الذي يتم تعليقه في مجال مغناطيسي قوي جدًا. يتم توصيل هذا الملف بغشاء مثل الورق أو مخروط مايلر. يتم تعليق الحجاب الحاجز على حوافه في إطار معدني ، ويظهر الهيكل الداخلي لمكبر صوت ملف متحرك أدناه ، وعندما تمر الإشارة الكهربائية المدخلة عبر الملف ، يتم إنتاج مجال كهرومغناطيسي. يتم تحديد قوة هذا المجال من خلال التيار المتدفق عبر الملف. يحدد إعداد التحكم في مستوى الصوت لمضخم الصوت التيار المتدفق عبر الملف الصوتي. تقاوم المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم القوة الكهرومغناطيسية التي ينتجها المجال الكهرومغناطيسي ، مما يتسبب في تحرك الملف في اتجاه أو آخر تحدده التفاعلات بين القطبين الشمالي والجنوبي. يتحرك الحجاب الحاجز ، المرتبط بالملف ، جنبًا إلى جنب مع الملف وهذا يسبب اضطرابًا في الهواء المحيط به. تنتج هذه الاضطرابات صوتًا. يتم تحديد ارتفاع الصوت من خلال السرعة التي يتحرك بها المخروط أو الحجاب الحاجز. تم تصميم مكبرات الصوت الحديثة وسماعات الرأس ومحولات الصوت الأخرى للعمل في نطاق التردد هذا ، ومع ذلك ، بالنسبة لأنظمة الصوت عالية الدقة (Hi-Fi) ، يتم تقسيم استجابة الصوت إلى ترددات فرعية أصغر. هذا يحسن الكفاءة الكلية وجودة الصوت للسماعة. تسمى وحدات التردد المنخفض باسم مكبرات الصوت وتسمى وحدات التردد العالي مكبرات الصوت ، ويشار إلى وحدات الترددات متوسطة المدى ببساطة باسم وحدات النطاق المتوسط ​​، ونطاقات التردد المعممة ومصطلحاتها مذكورة أدناه. 10 هرتز إلى 100 هرتز باس - 20 هرتز إلى 3 كيلوهرتز متوسط ​​- نطاق - 1 كيلوهرتز إلى 10 كيلوهرتز مكبر صوت - 3 كيلوهرتز إلى 30 كيلوهرتز لتقسيم الإشارة الصوتية بدقة وإعادة إنتاجها بواسطة جميع مكبرات الصوت الفرعية. تظهر أدناه دائرة بسيطة لتشغيل مكبر الصوت ، الترانزستور في تكوين تابع الباعث. توفر إشارة PWM من متحكم دقيق إشارة AC إلى قاعدة الترانزستور. يعطي تكوين تابع الباعث إشارة التيار المتردد إلى السماعة عن طريق تضخيم التيار. يعمل الصمام الثنائي كمرشح ، ويظهر أدناه تصميم متعدد السماعات. وهناك ثلاثة أنواع من برامج التشغيل: مكبر الصوت ، ومحرك متوسط ​​المدى ومحرك مكبر الصوت. تظهر أدناه دائرة بسيطة لمكبر الصوت ، وبناءً على دائرة المرشح المستخدمة ، يمكن استخدام مكبر الصوت لتشغيل مكبر الصوت أو مكبر الصوت متوسط ​​المدى أو مكبر الصوت ، وبعض الأنواع الأخرى من محولات الطاقة الناتجة مذكورة أدناه. يتم تصنيع مكبرات الصوت باستخدام مبدأ كهرضغطية. الأغشية مصنوعة من صفائح بلاستيكية كهرضغطية. عندما يتم تطبيق جهد بين وجوه الحجاب الحاجز ، فإنه يتقلص ويتوسع وفقًا للإشارة. من خلال تشكيل الحجاب الحاجز كجزء من سطح الكرة ، يمكن تحويل الانكماش والتمدد إلى حركة ستحرك الهواء. يتم شحن الصفائح الموصلة موجبة وسالبة على التوالي. عند توصيل إشارة صوتية ، يقوم الحجاب الحاجز بالتبديل بين الشحن الموجب والسالب. يتم سحب الحجاب الحاجز باتجاه اللوحة المشحونة عكسيا حسب شحنتها.

اترك رسالة 

قائمة الرسالة