محولات الطاقة: كيف تعمل مكبرات الصوت في سماعات الرأس وسماعات الأذن

محولات الطاقة هي في قلب الجميعالخوذاتوآخرونسماعات الرأس. والغرض منها هو تحويل الإشارة الكهربائية إلى موجة صوتية. يُطلق عليه عادة مكبر الصوت، وهو يتكون من غشاء يهتز وفقًا للتيار الذي يستقبله مكبر الصوت وبالتالي ينتج الصوت الذي نسمعه.

هناك عدة أنواع من محولات الطاقة، التي يؤثر تصميمها وحجمها وتنفيذها في سماعات الأذن وسماعات الرأس على أداء الصوت. هذا هو الأداء وهذه الاختلافات التي ندعوك لاكتشافها في هذا الملف.

المحول الديناميكي

محولات الطاقة الديناميكية هي النوع الأكثر شيوعًا من محولات الطاقة، لأنها الأقل تكلفة والأكثر عملية في التنفيذ. تم اختراعه في القرن التاسع عشر، وهو مزود بمعظم سماعات الأذن وسماعات الرأس، بالإضافة إلى مكبرات الصوت - حيث يطلق عليه بشكل أكثر شيوعًا مكبر الصوت. وهي مكونة من غشاء معلق من حلقة، يلتصق في الجزء الخلفي منها ملف نحاسي محاط بمغناطيس. عندما تمر الإشارة الكهربائية من مكبر الصوت عبر الملف، فإنها تحرك الغشاء في حركة مكبسية، بمعدل آلاف الرحلات الدقيقة في كل ثانية.

الهواء الذي يزيحه الغشاء ليس سوى موجة صوتية تصل إلى آذاننا.

دور المغناطيس

يرتبط التحكم في حركة الغشاء بقوة المجال المغناطيسي للمغناطيس، والذي يجب أن يكون قادرًا على إعادة زوج الملف/الغشاء في أسرع وقت ممكن إلى موضعه الأولي لإطفاء النغمة الموسيقية الصادرة بشكل صحيح وإعداد النغمة التالية. إن التحكم في هذه الحركة معقد بسبب زيادة حجم الصوت، وخاصة الترددات المنخفضة، حيث يقوم الملف برحلات أطول. ولهذا السبب، يتم استخدام مغناطيسات النيوديميوم - القادرة على إنتاج مجال مغناطيسي قوي جدًا - بشكل متزايد، على حساب الفريت التقليدي.

أهمية حجم محول الطاقة

يعتمد اختيار حجم محول الطاقة لسماعة الرأس أو سماعات الأذن على الأداء الصوتي الذي تحاول الشركة المصنعة الحصول عليه، أو حتى على التصميم الذي ترغب في منحه لمنتجه. تسمح محولات طاقة سماعات الأذن الصغيرة (قطرها أقل من 8 مم) بتصميم سماعات رأس سرية للغاية، ولكنها تواجه صعوبة في إعادة إنتاج الترددات المنخفضة.

على العكس من ذلك، يمكن أن ينخفض ​​تردد المشغلات الكبيرة لسماعات الرأس (> 10 مم)، مع زيادة الحجم والدقة. كما أنها تستخدم بشكل شائع في سماعات الرأس النشطة لتقليل الضوضاء، لأن غشائها أكثر ملاءمة لتقليل ضوضاء الجهير المحيطة.

لماذا تكون محولات سماعات الرأس أكبر

إذا كانت محولات الطاقة المدمجة في سماعات الرأس أكبر بكثير من تلك الموجودة في سماعات الرأس، ويبلغ قطرها من 30 إلى 80 ملم بشكل عام، فذلك لأن المسافة من طبلة الأذن أكبر ويجب تعويض التوهين الأسي لشدة الصوت.

وبالتالي، يجب أن تنتج سماعات الرأس حجمًا أعلى بكثير، وهو أمر ممكن فقط مع محولات الطاقة الكبيرة، التي يتراوح قطرها غالبًا بين 30 و60 ملم.

الأغشية البلاستيكية أو المعدنية

غالبًا ما يكون غشاء محول الطاقة الديناميكي مصنوعًا من البلاستيك (المايلار والبوليستر) أو المعدن (الألومنيوم والتيتانيوم والبريليوم). يتميز الغشاء البلاستيكي بأنه صلب إلى حد ما ومخمد جيدًا بشكل طبيعي، وله صدى قليل ويوفر صوتًا ناعمًا وسهل الاستماع إليه، والذي غالبًا ما يتم انتقاده بسبب نقص الدقة في الترددات العالية. على العكس من ذلك، فإن الأغشية المعدنية صارمة في استعادة الحد الأعلى من الطيف الصوتي، ولكنها تعاني من الأصداء التي تزيد من صعوبة عملية الاستعادة، خاصة عند مستوى الصوت العالي. للتعويض عن عيوب كل مادة، غالبا ما يتم تطبيق طبقة إضافية. عندما يكون محول الطاقة كبيرًا، يتكون الغشاء أحيانًا من عدة عناصر، أبرزها مخروط مركزي يركز على الترددات المتوسطة والعالية.

أهمية الحمل الصوتي

يشير التحميل الصوتي إلى تأثير الهواء المحصور بين الجزء الخلفي من محول الطاقة والهيكل. كما هو الحال مع مكبر الصوت، يعد الحمل الصوتي معلمة مهمة. كلما زادت كمية الهواء، كلما تحرك محول الطاقة بشكل أفضل وأعاد إنتاج الترددات المنخفضة. لكن كن حذرًا، ليست هناك حاجة للكثير من الهواء: فالكمية غير المتناسبة من الهواء تسبب حركات مفرطة للأغشية وزيادة التشوه. ولذلك فإن الخبرة الحقيقية مطلوبة«شاحن»محول.

في بعض الأحيان يكون هذا الحمل"ممنوح". من الناحية العملية، يتم تركيب أنبوب مرنان صغير في الغلاف لتضخيم نطاق معين من ترددات الجهير ميكانيكيًا، مع تقليل انحراف الغشاء. وللعلم، فإن مبدأ الرنان هذا، المعروف باسم هيلمهولتز، تم تطبيقه لأول مرة في تقنية الهاي فاي من قبل شركة إليبسون الفرنسية.

مزايا وعيوب محولات الطاقة الديناميكية

اكتشف التوقيع الصوتي الأسطوري لـ Audio-Technica

رأينا: “من الصعب عدم الإعجاب باستعادة سماعات الرأس Audio-Technica ATH-M50xBT2! توفر الشركة المصنعة اليابانية سماعات رأس من شأنها أن ترضي الكثير من الآذان. قبعة."

مزايا المحولات الديناميكية:

• غير مكلفة
• أداء التردد المنخفض

عيوب محولات الطاقة الديناميكية:

• سرعة أقل في الجزء العلوي من الطيف الصوتي مقارنة بالتقنيات المنافسة

للتعويض عن هذه السرعة المنخفضة في الصوت الثلاثي، يقدم المزيد والمزيد من الشركات المصنعة لسماعات الرأس اللاسلكية الآن أنظمة ذات محولات طاقة مزدوجة. بعد ذلك، تكون محولات الطاقة الديناميكية مصحوبة بنماذج مستوية وكهرضغطية ومتوازنة - أو حتى محول طاقة ديناميكي ثانٍ أصغر، كما هو الحال فيXiaomi ريدمي براعم 4 برو- والتي سوف تركز أولا على أعلى الترددات.

محول المحرك المتوازن

مبدأ تشغيل محولات الطاقة المتوازنة (حديد التسليح المتوازن) يختلف إلى حد ما عن النماذج الديناميكية. نجد ثلاثي المغناطيس والملف والغشاء الانبعاث، ولكن يتم استكماله بآلية قضيبية تسمى المحرك. وهذا القضيب - وليس الملف - هو الذي يتصل من نهايته بالغشاء الذي يهتز. بشكل ملموس، يتم موازنة قضيب المحرك الموجود في وسط الملف النحاسي بواسطة المجال المغناطيسي لزوج من المغناطيس. عندما يرسل مكبر الصوت إشارة كهربائية، يتأرجح عضو الإنتاج ومعه الغشاء الذي ينتج الصوت. أخف بكثير من ذلك الموجود في محول الطاقة الديناميكي، يوفر هذا الغشاء إعادة إنتاج ثلاثية أفضل. علاوة على ذلك، يوفر محول طاقة المحرك المتوازن كفاءة فائقة وبالتالي يتطلب تيارًا قليلًا للتشغيل بصوت عالٍ.

تدمج بعض سماعات الرأس المتطورة في بعض الأحيان عدة محولات طاقة متوازنة، يعمل كل منها على نطاقات تردد مختلفة، من أجل تحسين كفاءتها وتوفير المزيد من الشفافية عند الاستماع. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن محولات الطاقة ذات المحرك المتوازن أقل كفاءة في إعادة إنتاج الترددات المنخفضة، فإن بعض الشركات المصنعة تجمعها مع محول طاقة ديناميكي، تمت معايرته لإنتاج صوت الجهير فقط. هذا هو الحالBowers & Wilkins على سماعات الرأس PI7، من أنكر على ذلكساوندكور ليبرتي 3 بروأو فيليبس على ذلكفيديليو T1.

لاحظ أنه لا يتم العثور على برامج تشغيل المحرك المتوازن في سماعات الرأس، نظرًا لأنها ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن تثبيتها بعيدًا عن الأذن.

مزايا وعيوب محولات الطاقة المحرك المتوازن

مزايا محولات الطاقة المحرك المتوازن:

• استنساخ دقيق للغاية للترددات العالية
• الاكتناز الذي يسمح باستخدام العديد من محولات الطاقة في نفس السماعة

مساوئ محولات الطاقة المحرك المتوازن:

• تأثير ضئيل في سجل الجهير

محول الطاقة الكهرضغطية

لقد تم استخدام محولات الطاقة الكهرضغطية - أو PZT - لفترة طويلة جدًا، ليس فقط بسبب شكلها المدمج وسعرها المعقول. المبدأ بسيط، لأنه يتضمن تشويه مادة موصلة للكهرباء الانضغاطية، مثل السيراميك، باستخدام الكهرباء. الاهتزازات التي ستنتج بعد ذلك عن هذا التحول ستنتج موجات صوتية. ومع ذلك، نظرًا لقصر انتقال المادة المستخدمة، تُستخدم محولات الطاقة هذه في معظم الحالات لإصدار اهتزازات في النطاق العالي.

على وجه التحديد، يمكن استخدام محولات الطاقة الكهرضغطية وحدها في لعب الأطفال. بعض الشركات المصنعة مثلتكريم مع سماعات الأذن 3 برو، واستخدمها أيضًا لدعم محول الطاقة الديناميكي الرئيسي لسماعات الرأس الخاصة بهم.

مزايا وعيوب محولات الطاقة الكهرضغطية

مزايا محولات الطاقة الكهرضغطية:

• استنساخ جيد للثلاثية
• حجم صغير وأشكال عديدة

مزايا محولات الطاقة الكهرضغطية:

• لا يوجد تأثير في الترددات المنخفضة

محول الطاقة المغناطيسي المستوي

نادرًا ومخصص بشكل حصري تقريبًا لسماعات الرأس، نظرًا لقطرها الكبير، تتكون محولات الطاقة المغناطيسية المستوية من أغشية انبعاثية كبيرة ورقيقة - نتحدث عن أغشية - مغطاة بموصلات كهربائية رفيعة جدًا. عندما تمر الإشارات الكهربائية عبر هذه الأسلاك الموصلة، فإنها تتفاعل مع نظام من المغناطيس وتتسبب في اهتزاز الغشاء المنبعث. تتمتع هذه التقنية بميزة النظام العابر الاستثنائي، من أدنى الترددات إلى أعلى الترددات.

سماعات الرأس المغناطيسية المستوية مخصصة لتطبيقات هاي فاي وتحظى بشعبية كبيرة لدى محبي الموسيقى الأكثر تطلبًا. قررت شركة Huawei أيضًا تجهيز نفسها بهاسماعات فري بودز برو 2بالإضافة إلى محول ديناميكي مقاس 11 ملم.

مزايا وعيوب محولات الطاقة المغناطيسية المستوية

مزايا محولات الطاقة المغناطيسية المستوية:

• نظام انتقالي ممتاز
• ساحة صوتية واسعة
• العديد من التفاصيل الدقيقة

عيوب محولات الطاقة المغناطيسية المستوية:

• قلة التأثير في الجهير
• تكنولوجيا باهظة الثمن نسبيا

محول الكهرباء الساكنة

الكأس الصوتية المقدسة للهاي فاي المنفرد، تم اختراع محول الطاقة الكهروستاتيكية في عام 1960 من قبل شركة ستاكس اليابانية. تتمثل الفكرة بعد ذلك في إزالة الغشاء المنبعث لمحول الطاقة من ملف النحاس الخاص به، وذلك لجعله خفيفًا قدر الإمكان والقضاء على التشويه. ولتحقيق ذلك، صممت Stax غشاءً رقيقًا بشكل استثنائي (بضعة ميكرونات)، والذي يتم شحنه بشكل دائم بواسطة تيار ثابت. ولكي يتحرك هذا الغشاء، فإنه محاط بلوحتين معدنيتين تمر من خلالهما الإشارات الكهربائية. في هذا التكوين، يتحرك الغشاء بقوة لا مثيل لها وينتج صوتًا مثاليًا، خاليًا من التشويه.

لكي تعمل سماعات الرأس الإلكتروستاتيكية، فإنها تتطلب مضخمًا محددًا، والذي يولد فولتات عالية جدًا (مئات الفولتات). النظير: من المستحيل تصور الاستخدام البدوي لمثل هذه السماعات، حيث أن مكبر الصوت يستهلك الكثير من الطاقة لدرجة أنه لا يمكن أن يعمل على طاقة البطارية. Stax أو HiFiMan أو حتىسنهايزر، بيع سماعات رأس إلكتروستاتيكية بسعر يتراوح بين حوالي 8000 يورو إلى 60000 يورو.

مزايا وعيوب محولات الطاقة الكهروستاتيكية

مزايا محولات الطاقة الكهروستاتيكية:

• موسيقية متميزة
• نظام عابر مذهل
• جمال الطوابع

عيوب محولات الطاقة الكهروستاتيكية:

• الاستخدام البدوي مستحيل
• سعر الستراتوسفير

محول التوصيل العظمي

دعونا ننهي هذه النظرة العامة باستخدام محول طاقة التوصيل العظمي. تم تصميم محول الطاقة هذا في البداية للأشخاص الذين يعانون من ضعف السمع، حيث يتم وضعه على الفك أو الجمجمة وينقل الاهتزازات إلى الأذن الداخلية، دون التأثير على طبلة الأذن. في التطبيقات الموسيقية، يعد هذا النوع من محولات الطاقة - والذي هو بالمعنى الدقيق للكلمة هزازًا - أمرًا قصصيًا إلى حد ما بسبب قيوده التقنية. في الواقع، إذا كان الهواء يستطيع أن يهتز بترددات عالية جدًا، فمن الواضح أن الجمجمة غير قادرة على القيام بذلك.

وبالتالي، فإن الاستجابة الترددية لسماعات التوصيل العظمي ضيقة للغاية ولا تسمح بسماع الترددات الأدنى أو الأعلى. علاوة على ذلك، فإن التشويه كبير جدًا.

مزايا وعيوب محولات التوصيل العظمي

مزايا محولات التوصيل العظمي:

• القدرة على سماع الصوت حتى مع وجود خلل في طبلة الأذن

مساوئ محولات التوصيل العظمي:

• استجابة تردد محدودة للغاية ومساحة رأس ديناميكية
• لا يوجد عزل سلبي