عندما بدأنا في إجراء بعض التعديلات مضخمات الصوت، سواء كانوا من صمامات رخيصة، ترانزستورات أو من الفئة Dعاجلاً أم آجلاً، سيأتي الوقت الذي نرغب فيه بقياس أكثر من مجرد مدى ارتفاع صوت المضخم. نريد أن نعرف ما إذا كان المضخم يتوقف عن العمل، وكيف يتصرف مع الترددات المختلفة، وما هو التشوه الذي يولده، أو ما إذا كان يُدخل ضوضاء غريبة بسبب المصدر أو الأسلاك أو تردد الراديو المحيط.
مع ذلك كله، أ جهاز راسم الإشارة المدمج مع مولد الإشارة يُصبح (سواءً كان ماديًا أو برمجيًا) الأداة المثالية لمختبرك المنزلي المصغر. تكمن المشكلة في افتقارنا غالبًا إلى إرشادات واضحة، وغموض المصطلحات المستخدمة، ما يجعلنا ننظر إلى أشكال الموجات دون فهم معناها الحقيقي. هنا، سنُنظم كل هذه الأفكار، ونمزج بين النظرية العملية، ونصائح ورش العمل، والحلول المتاحة، بما في ذلك البرامج المجانية.
المفاهيم الأساسية قبل قياس مكبر الصوت باستخدام راسم الإشارة
قبل توصيل جهاز راسم الإشارة بالموصل الأول الذي نجده، من المهم توضيح بعض الأمور. المفاهيم الكهربائية الأساسية ستظهر هذه الأمور باستمرار: المعاوقة، والتشويه، واستجابة التردد، والتوافقيات، والتشبع، وما إلى ذلك. لست بحاجة لأن تكون مهندسًا، ولكنك تحتاج إلى معرفة ما تحاول قياسه.
في أي اختبار لمضخم الصوت باستخدام راسم الإشارة، نميز دائمًا جزءًا من إشارات التردد المنخفض (الصوت) وفي بعض الإعدادات، يوجد مكون ترددات لاسلكية (RF). هذه النقطة الأخيرة أساسية، على سبيل المثال، عند استخدام مضخم ترددات الراديو حوالي 1 ميجاهرتزنضيف مانعًا للتيار المستمر وننهي بحمل 50 أوم. معرفة وظيفة كل عنصر تمنع الأخطاء المكلفة.
ستكون سلسلة الترددات اللاسلكية النموذجية على النحو التالي: مضخم الترددات الراديوية ← حاجب التيار المستمر ← مُنهي الترددات الراديوية (عادةً ما تكون مقاومة الحمل 50 أوم). وهذا يثير التساؤل: هل يمكنني توصيل راسم الإشارة بهذا الخط وعرض الإشارة كما هي، أم أنني بحاجة إلى مُخفِّف "لحماية" جهاز القياس وضبط المستويات؟
أما في الصوت النقي، فيتغير النقاش. هناك نركز أكثر على أشياء مثل مقاومة الدخل، مقاومة الخرج، التشوه التوافقي الكلي (THD)، التشبع مع الإشارات الجيبية، والضوضاء الخلفية، والطنين، والتذبذبات، وكل ما يمكن أن يؤثر على الجودة المدركة للصوت، على الرغم من أن "الأذن هي التي تحكم" في النهاية.
الفكرة الأساسية هي إنشاء نوع من مختبر منزلي مصغر باستخدام الأدوات المادية والبرامج المجانية: راسم الإشارة (المادي أو البرمجي)، مولد الوظائف أو بطاقات الصوت، برامج لتحليل الأطياف والتوافقيات، إلخ. بميزانية قليلة جدًا، يمكنك الحصول على الكثير من المعلومات المفيدة حول مكبر الصوت.
الاختبارات الأساسية على مضخمات الصوت: ما الذي يستحق القياس؟
إذا كنت ترغب في تجاوز مجرد "يبدو الصوت جيدًا بالنسبة لي"، فإن الاختبارات الأولى التي يجدر مراعاتها عند فحص مضخم الصوت، خاصة إذا كان... صمامات أو دقة عاليةإنها قياسية إلى حد كبير. وهي نفسها المستخدمة في مختبرات الصوت الاحترافية، ولكنها مُعدّلة لتناسب أي شخص يمكنه إعدادها في المنزل مع الوقت والصبر.
تتضمن قائمة الاختبارات الأولية الجيدة (ليست شاملة، ولكنها كاملة للغاية) ما يلي: مقاومة المدخلات، مقاومة الخرج، مقاومة المرحلة البينية، التشوه التوافقي مع وبدون تغذية راجعة، التشبع لموجة جيبية، قياسات التيار المستمر وتحليل الضوضاء واستجابة التردد.
بالتفصيل، بالنسبة لمضخم الصوت الأنبوبي أو مضخم الصوت ذي الحالة الصلبة، اختبارات مثيرة للاهتمام هم عادة:
- مقاومة المدخلات: انظر إلى الحمل الذي يقدمه المضخم للمصدر (مضخم أولي، محول رقمي تناظري، إلخ).
- مقاومة الخرجمن الضروري معرفة كيفية تفاعله مع مكبر الصوت وفهم عامل التخميد.
- المعاوقة بين المراحلمفيد بشكل خاص في مضخمات الصمامات ذات مراحل التضخيم المتعددة ومتابعات الكاثود.
- التشوه التوافقي الكلي (THD): مع وبدون تغذية راجعة لمعرفة مدى تصحيح الحلقة.
- التشبع بموجة جيبية: إلى أي مدى يمكننا رفع مستوى الإدخال قبل ظهور التشويش وكيف يتشوه شكل الموجة.
إضافة إلى ذلك، هناك تحليل لـ الضوضاء، والطنين، وترددات الراديو، والتذبذبات المحتملةفي كثير من الأحيان نعتقد أن المضخم يعمل بشكل جيد بينما في الواقع يتذبذب بترددات فوق صوتية أو يصدر ترددات لاسلكية لا يمكن سماعها، ولكنها قد تسخن المكونات أو تتداخل مع المعدات الأخرى القريبة.
تحليلات استجابة التردد والأطيافتحقق من منحنى معادلة الصوت، والخطية، وسلوك الترددات المنخفضة (بسبب محول الخرج، إن وجد)، وسلوك الترددات العالية (قيود مرحلة التضخيم، والسعات الطفيلية، وما إلى ذلك). بالنسبة لمن يعملون مع الصمامات الإلكترونية، المنحنيات المميزة للصمامات وقد يشمل ذلك أيضاً استخدام المواد المتتبعة.
يكمن جمال كل هذا في أنه يمكن التعامل معه بـ برنامج مجاني بالإضافة إلى راسم إشارةأو حتى باستخدام برنامج راسم الإشارة الذي يستخدم بطاقة الصوت الخاصة بالكمبيوتر، طالما أننا حريصون على مستويات الصوت والحماية.
استخدام راسم الإشارة في اختبار الترددات الراديوية: حاجب التيار المستمر، والمنهي، والمخفف
عندما لا يكون المُضخّم للصوت فقط، بل مضخم الترددات اللاسلكية (على سبيل المثال، عند 1 ميجاهرتز)تتضمن المجموعة النموذجية مكونات غير شائعة في مجال الصوت النقي: حواجز التيار المستمر ومُنهيات الترددات اللاسلكية. قد يكون التكوين الشائع كالتالي:
مضخم الترددات الراديوية ← حاجب التيار المستمر ← مُنهي الترددات الراديوية 50 أوم
يُستخدم مانع التيار المستمر لـ قم بإزالة مكون التيار المستمر من الإشارة، وبالتالي حماية كل من المعدات المتصلة بها والحمل نفسه. يعمل مُنهي الترددات الراديوية، وهو عادةً مقاوم 50 أوم، على قم بمطابقة المعاوقة على طول الخط، مع تجنب الانعكاسات وعدم الاستقرار.
السؤال الأهم الذي يطرح نفسه في هذا السياق هو: هل يمكنني توصيل راسم الإشارة مباشرةً بمخرج المضخم (أو بهذا الخط) ومشاهدة الإشارة، أم أنني بحاجة إلى... مخفف الترددات اللاسلكيةيعتمد الجواب على عدة عوامل: نطاق الجهد الذي يتعامل معه المضخم، ومقاومة الخرج، والحساسية القصوى لقناة راسم الإشارة، وما إذا كان الجهاز مصممًا لـ 50 أوم أو لمدخل ذي مقاومة عالية.
عمليًا، غالبًا ما يكون من الممكن توصيل راسم الإشارة مباشرة، باستخدام مسبار بنسبة 10:1 والذي يعمل بالفعل كمخفف ويُشكّل حملاً أقل تداخلاً. مع ذلك، في تطبيقات الترددات اللاسلكية البحتة، من الشائع جدًا إدخال مخفف ترددات لاسلكية مُحدد من أجل:
- قلل من سعة الإشارة إلى نطاق آمن لجهاز راسم الإشارة.
- الحفاظ على مطابقة المعاوقة (50 أوم) على طول الخط.
- منع إدخال جهاز راسم الإشارة من يُغير القياس بشكل كبير.
إذا كنت تعمل بتردد 1 ميجاهرتز مع مضخم صوت منخفض التكلفة عند استخدام أجهزة أكثر تكلفة، من الضروري تحديد أقصى جهد خرج يمكن أن يوفره المضخم ونطاق قياس راسم الإشارة (الأوسيلوسكوب) بدقة. ستحدد هذه البيانات مجتمعةً إمكانية التوصيل المباشر، وما إذا كان مسبار التوهين بنسبة 10:1 كافيًا، أو ما إذا كنت بحاجة فعلًا إلى مُوَهِّن ترددات لاسلكية في الخط.
مضخمات أنابيب القياس: الاختبارات النموذجية ومعانيها
في عالم مضخمات الصمامات، يوجد مزيج من الشغف والحرفية والعلميقوم العديد من المتحمسين بتصميم مكبرات الصوت الخاصة بهم أو تعديلها المتوفرة تجارياً، ثم يرغبون في تجاوز مجرد الاستماع لمعرفة ما إذا كانت النتيجة "رائعة" أم لا. وهنا تبرز أهمية الاختبارات المعيارية.
يُعد تحديد الاختبار الأول المفيد هو مقاومة المدخلاتيُبيّن لنا هذا مقدار الحمل الذي يتعرض له مصدر الإشارة (على سبيل المثال، مضخم صوت أنبوبي، أو دواسة تأثيرات، أو محول رقمي تناظري). إذا كان الحمل منخفضًا جدًا، فقد نُجهد المرحلة السابقة، أو نُغيّر استجابتها الترددية، أو نُولّد تشويهًا غير مرغوب فيه. أما إذا كان الحمل مرتفعًا جدًا، فهو مناسب عمومًا للمصدر، ولكنه قد يجعل الدائرة أكثر حساسية للضوضاء.
La مقاومة الخرج يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية عند توصيل المُضخّم بمكبر صوت حقيقي. في مُضخّمات الصمامات، يلعب مُحوّل الخرج دورًا أساسيًا، وتؤثر مُعاوقة الخرج النهائية على كيفية حركة مكبر الصوت، وتخميد مخروطه، والاستجابة الترددية الفعلية للنظام. هذا هو أصل ما يُسمى بـ عامل التخميد (عامل التخميد)، الذي يُشار إليه غالبًا في أنظمة الصوت عالية الدقة.
بالإضافة إلى معاوقات الإدخال والإخراج، يجدر النظر في المعاوقة بين المراحل داخل المضخم نفسه. يؤثر هذا على كيفية اقتران الصمامات ببعضها البعض، وكيفية تحميلها لبعضها البعض، وكيف يختلف استجابة التردد والكسب الكلي.
كتلة بناء أساسية أخرى هي التشوه التوافقي (THD)مع التغذية الراجعة وبدونها. عادةً ما تقلل التغذية الراجعة السلبية التشويش بشكل كبير، لكنها تُغير أيضًا طريقة توزيع التوافقيات، وقد تؤثر على الإحساس الصوتي. من خلال القياس باستخدام مولد موجة جيبية وتحليل الطيف، يمكنك تحديد التوافقيات السائدة (الزوجية، الفردية، ذات الرتبة العالية، إلخ).
وأخيرًا، هناك دليل على التشبع والقص باستخدام موجة جيبية. يتم زيادة سعة إشارة الدخل تدريجيًا حتى يبدأ المُضخّم في قصّ ذروة الموجة. يُظهر راسم الإشارة هذا بوضوح تام: إذ ينتقل من موجة جيبية نقية إلى شكل مُسطّح من الأعلى والأسفل. تكشف مراقبة كيفية حدوث هذا القصّ (متناظر، غير متناظر، سلس، حاد) الكثير عن خصائص المُضخّم.
استجابة التردد والاختبار باستخدام برامج مجانية
يُعدّ اختبار الـ... من أكثر الاختبارات المجزية التي يمكن إجراؤها، حتى مع الإمكانيات المتواضعة. استجابة تردد المضخمباختصار، يتعلق الأمر برؤية كيف يتغير كسب المضخم عبر نطاق التردد محل الاهتمام (على سبيل المثال، من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز في الصوت).
إلى قم بإجراء هذا الاختبار يمكنك استخدام:
- مولد إشارة فيزيائية التي يمكنها مسح الترددات.
- البرمجيات الحرة على جهاز الكمبيوتر الذي يُولّد نطاقًا من الترددات ويُخرجها عبر بطاقة الصوت.
- ملفات WAV باستخدام الضوضاء الوردية أو الضوضاء البيضاء أو عمليات المسح المصممة مسبقًا.
يمكن إجراء القياس مباشرة باستخدام جهاز راسم الإشارة عند مخرج مكبر الصوتمقارنة السعات عند ترددات مختلفة. ولتسهيل الأمر، يفضل الكثيرون استخدام بطاقة الصوت كأداة قياس، مع برامج تعرض على الشاشة الرسم البياني لحجم (وأحيانًا طور) استجابة التردد.
توجد تطبيقات مجانية معروفة لقياسات الصوت (تحليل الطيف، قياس التشوه التوافقي الكلي، استجابة التردد، إلخ) تستخدم مدخل الخط في الكمبيوتر. احرص فقط على عدم تحميل المدخل فوق طاقته، واستخدم مخففات الإشارة أو مقسمات الجهد عند الضرورة. بهذه الطريقة، يمكن دمج... برنامج + بطاقة صوت يصبح نوعًا من "محلل الصوت" منخفض التكلفة.
يكمن سر هذا النوع من الاختبارات في أنه يمكنك، من خلال رسم بياني بسيط، رؤية انخفاضات كبيرة في الأداء. قيود محول الخرج، الخسائر في الترددات العالية بسبب السعات الداخلية، أو الرنين غير المرغوب فيه، أو حتى تأثير التغذية الراجعة على استواء المنحنى.
التوافقيات، وتحويل فورييه السريع، وما تسمعه بالفعل
وهناك مجموعة أخرى مثيرة للاهتمام من الاختبارات تدور حول التوافقيات والمحتوى الطيفي من إشارة الخرج. هنا، يتمثل النهج المعتاد في تطبيق موجة جيبية نقية على مدخل المضخم ومراقبة التوافقيات التي تظهر وبأي سعة بالنسبة للتردد الأساسي باستخدام تحليل فورييه (FFT).
يُتيح لك جهاز راسم الإشارة، إذا كان مزودًا بوظيفة تحويل فورييه السريع (FFT) المدمجة، رؤية طيف التردد هذا واضح تمامًا. وإن لم يكن كذلك، يمكنك استخدام برنامج مجاني يقوم، باستخدام بطاقة الصوت، برسم طيف الإشارة الواردة. في كلتا الحالتين، المهم هو التمييز بين التوافقيات. زوجي وفردي، مستويات التشوه منخفضة الرتبة مقابل مستويات التشوه عالية الرتبة، ووجود مكونات صوتية خارج النطاق.
من الناحية العملية، وجد العديد من المتحمسين أن الإشارة التي تبدو "قبيحة" على راسم الإشارة لا تعني بالضرورة جودة صوت سيئة، خاصة عندما نتحدث عن مضخمات صوت رخيصة الثمنومن الأمثلة النموذجية على ذلك مكبر الصوت من الفئة D الرخيص جدًا (حوالي 10 دولارات تم شراؤها من AliExpress) والذي، عند النظر إليه من منظور شكل الموجة، يمكن أن يظهر قدرًا كبيرًا من التعديل عالي التردد والضوضاء والقطع الصغيرة.
ومع ذلك، في الاختبارات المقارنة حيث صوت مكبر صوت حقيقي (عند الاستماع إلى الموسيقى عبر مكبرات صوت حقيقية)، لوحظ أن النتيجة قد تكون جيدة بشكلٍ مدهش بالنسبة للسعر، على الرغم من أن التقاط شكل الموجة باستخدام راسم الإشارة يتطلب نهجًا نقديًا للغاية. وهذا يُذكّرنا بأن الأذن البشرية تُصفّي العديد من العيوب، وأن العلاقة بين "شكل الموجة المثالي" و"الصوت المُمتع" ليست دائمًا علاقة مباشرة.
بالطبع، مع المعدات باهظة الثمن أو عالية الدقة للغاية، يُتوقع الحصول على قياسات ممتازة وأنقى شكل موجي ممكن. ولكن بالنسبة لـ مكبرات صوت رخيصة، مناسبة للمشاريع المنزلية أو للمبتدئينمن المهم وضع القياسات في سياقها وعدم الانشغال بكل قمة صغيرة في الطيف.
الضوضاء، والطنين، والترددات اللاسلكية، والتذبذبات غير المرغوب فيها
وبعيدًا عن التشوه التوافقي، فإن أحد المجالات التي يكون فيها راسم الإشارة مفيدًا بشكل خاص هو كشف الضوضاء والتذبذب والتي قد لا تُلاحظ بسهولة بالأذن أو التي يتم الخلط بينها وبين مشاكل أخرى.
بين الظواهر ومن بين الأشخاص الذين يستحقون البحث عنهم:
- الضوضاء الحرارية وضوضاء الخلفية للمكونات، والذي يبدو كنوع من "السحابة" على الشاشة.
- طنين بتردد 50/60 هرتز وتوافقياته، وهو أمر شائع في المصادر ذات الترشيح الضعيف أو الحلقات الأرضية.
- الترددات الراديوية الطفيلية والتي يتم توصيلها عبر الهواء أو عبر الكابلات، وغالبًا من خلال مراحل تضخيم حساسة للغاية.
- تذبذبات عالية التردد ينتج ذلك عن ردود فعل غير متوازنة أو أسلاك معيبة.
يمكن إجراء هذه الاختبارات مع توصيل مدخل المُضخِّم بالأرض (توصيله بدائرة قصر) وتوصيل مخرجه بحمل مناسب، مع مراقبة المخرج باستخدام راسم الإشارة على نطاقات زمنية مختلفة. يُسهِّل تغيير القاعدة الزمنية اكتشاف كليهما. طنين منخفض التردد مثل التذبذبات في نطاق الكيلوهرتز أو حتى الميغاهرتز.
بالنسبة لأولئك الذين يقومون ببناء مضخمات الصمامات، فإن هذا الأمر ذو أهمية خاصة، لأن الكابلات الطويلة، والأرضيات سيئة التوزيع، وقرب المحولات يمكن أن تسبب مشاكل بسهولة. مشاكل الطنين والاقتران والترددات اللاسلكيةتساعد مشاهدة المشكلة على جهاز راسم الإشارة في تحديد مكان ظهورها في الدائرة وما هي تعديلات الأسلاك أو الترشيح التي تقلل منها.
بدمج هذه الملاحظات مع برنامج تحليل الطيفعلاوة على ذلك، تُتيح هذه التقنية رؤية واضحة للغاية للترددات التي يتركز عندها التشويش. وهذا يسمح بتحديد ما إذا كانت المشكلة تكمن أساسًا في الشبكة الكهربائية، أو المكونات النشطة، أو تصميم لوحة الدوائر المطبوعة، أو التداخل الخارجي.
باستخدام كل هذه الأدوات، يمكنك تجميع مختبر منزلي مصغر قوة مذهلة: جهاز راسم إشارة (مادي أو برمجي)، مولد إشارة، بطاقة صوت، برنامج مجاني لقياس تحويل فورييه السريع (FFT) والتشويه التوافقي الكلي (THD)، وبعض الأحمال والمخففات. من هنا، يمكنك ضبط المضخمات بدقة، بدءًا من أبسطها وأرخصها وصولًا إلى مشاريع الصمامات الأكثر طموحًا، مع الحرص دائمًا على اختيار المواصفات المناسبة، مع تذكر أن السمع هو الحكم النهائي.
العمل باستخدام راسم الإشارة على مكبرات الصوت، سواء كان ذلك لقياس استجابة التردد، والتشويه، والضوضاء، أو التذبذباتيُمكّنك هذا من فهم ما يحدث داخل جهازك وسبب صدور الصوت بهذه الطريقة. ستؤكد بعض القياسات أن ما تسمعه له تفسير موضوعي، بينما ستكشف قياسات أخرى عن عيوب ربما لم تلاحظها أذنك. وفي كثير من الأحيان، ستكتشف أن مضخم صوت رخيصًا يبدو سيئًا على الشاشة يؤدي وظيفته بكفاءة تامة للاستخدام المقصود، في حين أن مضخم صوت مصمم بعناية أكبر سيُظهر في الرسوم البيانية الفرق الذي يُبرر الوقت والمال المُستثمر.
