شرح مفصل عن السماعات عريضة النطاق
لماذا الحديث عن وحدات السماعات؟ ببساطة لأن الصوت الذي تسمعه يصدر منها. بغض النظر عن استخدامك لصناديق صوتية رائعة (أو بدونها)، أو جهاز تقسيم ترددي مثالي، فبدون وحدة جيدة، كل شيء سيكون بلا فائدة. لذا فإن الوحدة مهمة، ولا شك في ذلك.
إذن، ما العظيم في وحدة وسط لا تستطيع تغطية الترددات العالية أو المنخفضة؟ لكن الكثيرين يقولون أن نطاق الوسط هو الأهم في الصوت، وأنا أوافق بشدة. إذا جربت مثلما فعلت - سماع أغنية تساي تشين عبر وحدة عالية فقط، أو سماع كمان باغانيني عبر وحدة منخفضة فقط - ستدرك قيمة وحدة الوسط. أعتقد أنك ستوافق أيضًا: لو أُجبرت على استخدام وحدة واحدة فقط، فستختار شيئًا يشبه وحدة الوسط. السبب بسيط: لأنك تعرف (أو تتوقع) أنها تصدر نطاق الترددات الوسطى، وهو النطاق الرئيسي لسمعنا البشري وجوهر تكوين الموسيقى.
تصميم وحدة الوسط
يمكن توسيع مفهوم "الإصبع الواحد" للوحدات العالية ليشمل نطاق الوسط، لأن أي وحدة صوتية يمكن تفكيكها إلى: غشاء مهتز، تعليق الغشاء، ونظام القيادة. لكن بسبب اختلاف نطاقات العمل، تطورت هذه المكونات عبر السنين إلى أحجام محددة. مع ذلك، فإن أشكالها وموادها متنوعة، خاصة مواد الغشاء التي تنوعت حديثًا. دعونا نفحصها:
أغشية المخروط الورقي
هذه أقدم المواد. ببساطة: تُسكب معلق لب الورق في قالب شبكي مخروطي الشكل، يترسب اللب عليه، ثم يُجفف. تختلف خصائص المنتج النهائي باختلاف نوع الألياف وطولها، ومكونات الحشو، وعملية التصنيع (كالتجفيف الهوائي أو الضغط الحراري). هذه الأسرار التجارية تؤثر مباشرة على خصائص الصوت (ملاحظة 1)...
(ملاحظة 1: مقال قديم للسيد هونغ هوايغونغ شرح فيه عملية صنع المخروط الورقي، مما أظهر تعقيد العلم وراءه وأثار إعجابي. لا تكفي جملتي البسيطة لتلخيص جهود الأجيال.)
بشكل عام: صوت المخروط الورقي طبيعي وسلس، واضح دون حدة. بسبب تشابك الألياف، تمتص الطاقة بسرعة، مما يوفر تخميدًا جيدًا ويقلل من رنين انقسام المخروط في الترددات العليا، وينحدر التردد العالي بسلاسة. هذه ميزة تتيح استخدام جهاز تقسيم ترددي بسيط، مما يحقق تكاملًا صحيًا للنظام. كما أن صلابة الورق جيدة (لا تنخدع بملمس الورق العادي)، مما يعزز الاستجابة العابرة وتفاصيل الصوت. أيضًا، يمكن أن يكون المخروط الورقي خفيفًا جدًا (أخف بنسبة 15% من البلاستيك)، مما يرفع الكفاءة (مثل Audax PR170: 100dB/W).
الضعف المحتمل: تتغير خصائصه مع الرطوبة (يزداد الوزن وتقل الصلابة). لكن التغير بطيء وتدريجي، ووحدات قديمة تعمل لعقود تثبت متانته. طُورت مخاريط حديثة بطلاءات أو تركيبات ورقية مقاومة للماء.
لا تربط التاريخ الطويل بـ"التقادم". يشكل الورق غالبية وحدات التلفزيون، الراديو، الكمبيوتر... إلخ. حتى في أنظمة Hi-End الفاخرة (مثل WE/Altec 755A, GoodMans Axiom 80, Altec A5/A7, AR 3a, Lowther, TAD...) أثبت الورق جدارته. يصر بعض المحترفين: "أعطني الورق، ولا شيء غيره!". يُعتبر صنع المخروط الورقي فنًا أكثر من كونه علمًا.
أغشية البلاستيك
بسبب تطور البتروكيماويات، أصبحت المواد البلاستيكية شائعة ورخيصة وسهلة التصنيع، مما جذب صناعة الصوت.
المقصود هنا: مخاريط مصبوبة من البلاستيك (كالبولي بروبيلين PP). يتميز PP بالمتانة (مثل حاويات الميكروويف وأشرطة التغليف). تمتص البوليمرات الطاقة الميكانيكية بسرعة (تخميد جيد)، لذا ينحدر التردد العالي بسلاسة (مثل الورق)، مما يسمح بتقسيم ترددي بسيط. مثال ممتاز: وحدة SCAN من ProAc (غشاء PP شفاف 6.5 بوصة).
لكن: صلابة PP ضعيفة نسبيًا ووزنه مرتفع. الصلابة الضعيفة تسبب "انقسام المخروط" عند الترددات العالية (لا يتحرك الغشاء ككتلة واحدة)، مما يزيد التشويه. السمعيًا: نعومة زائدة مع نقص في التفاصيل والديناميكية. تتفاقم المشكلة في الوحدات الكبيرة (8 بوصات) بسبب الحاجة لسماكة أكبر للصلابة، مما يزيد الوزن. لذا لا توجد وحدات عالية الكفاءة باستخدام PP.
لا تمتص الرطوبة مثل الورق، لكن خصائص PP تتغير مع الحرارة (تغير بطيء وغير مقلق).
باختصار: ضعف الصلابة والوزن المرتفع قد يجعلان PP غير مثالي، لكن الأمر يعتمد على الموازنات. وحدة SCAN رغم استخدام PP تقدم أداءً ممتازًا.
التحسين: خلط PP مع إضافات لزيادة الصلابة (مثل Dynaudio وInfinity/Genesis)، مما يحسن الديناميكية والتشويه والتفاصيل والكفاءة. مواد أخرى مثل Bextrene أو TPX أو Neoflex تقدم صلابة ووزنًا أفضل لديناميكية وتفاصيل محسنة.
أغشية معدنية
الصلابة العالية للمعادن (كالألمنيوم أو سبائكه) تقلل التشويه وتعزز التفاصيل. لكن انخفاض التخميد الداخلي (مثل الوحدات العالية "واحد-إصبع") يعني ظهور قمم رنين واضحة عند انقسام المخروط في الترددات العليا ("الصوت المعدني").
الحلول:
1. قمع قمم الرنين بتصميم تقسيم ترددي: وضع قمة الرنين خارج النطاق العامل للوحدة، باستخدام منحدر قطع حاد (مرتبة ثانية على الأقل) ونقطة قطع مدروسة.
2. تحسين التخميد: هياكل ساندويتش، طلاءات تخميد (مثل Elac، Ensemble السويسرية).
الوزن عائق آخر. لم تُصنع وحدات وسط من التيتانيوم بسبب التكلفة. لذا، رغم أدائها الديناميكي القوي تحت القيادة القوية، كفاءة الوحدات المعدنية منخفضة نسبيًا وتتطلب طاقة أكبر.
مواد الألياف الاصطناعية
غالبًا ما تُستخدم أحدث المواد أولاً في الأسلحة، وهو أمر مؤسف. بعد سنوات من استخدام ألياف البورون/الكربون وهياكل ساندويتش العسلية في الطائرات الحربية، استخدمت في الصوت.
مواد جوية: خفيفة الوزن وقوية جدًا (أخف من الورق، أقوى من المعدن). تُروج لها الشركات (مثل Kevlar، ألياف الكربون) للصلابة العالية، الوزن المنخفض، والتخميد. لكن التخميد الذاتي ليس دائمًا أفضل.
(ملاحظة 2: يشير هذا لأفضل النتائج تحت ظروف تشكيل معينة، ليس أن الغشاء الرقيق سيصبح أقوى من سكين المطبخ.)
بدون معالجة مناسبة، تواجه هذه الألياف مشكلة مشابهة للمعادن: رنين انقسام المخروط في الترددات العليا. سمعيًا: قسوة في نطاق الوسط العالي والمنخفض من العالي، وقد يصبح صاخبًا.
بالمعالجة المناسبة (ساندويتش، طلاء) والتقسيم الترددي المناسب، تقدم هذه الوحدات تفاصيل ممتازة، استجابة عابرة سريعة، ديناميكية كبيرة وصغيرة ممتازة، بفعالية طاقية عالية. مثال: Focal Audiom 7K (غشاء ساندويتش Kevlar/رغوة بوليمر مع طلاء لاتكس، كفاءة 98dB/W).
(ملاحظة 3: مقارنة مع Audax الورقي (100dB/W): مغناطيس Focal أكبر (1132g vs 880g)، كتلة اهتزاز أقل (7.3g vs 9.1g)، لكن كفاءته أقل، مما يظهر تعقيد تصميم النظام المغناطيسي، الملف الصوتي، شكل الغشاء... إلخ.)
إلى جانب Kevlar والكربون، مادة أخرى: HAD (High Definition Aerogel) من Audax (هلام بوليمر أكريليك وألياف تركيبية). أداء ممتاز: استجابة عابرة ممتازة، تشويه منخفض جدًا، انحدار تردد عالي سلس بدون قمم رنين. الكفاءة أقل قليلاً من الورق أو Kevlar (ربما بسبب تصميم النظام المغناطيسي)، لكنها وحدة ناجحة جدًا (استخدمتها Swan Allure بتصميم Martin Colloms).
(ملاحظة 4: العملية فريدة: يتقلص الهلام أثناء التصنيع إلى عُشر حجمه، وتنمو السلاسل الجزيئية على طول الألياف المضافة مسبقًا، مما يتحكم في اتجاه الجزيئات ويعطي الصلابة والتخميد الممتازين.)
مواد أخرى
مواد أخرى ممكنة: ألياف زجاجية، سيلولوز، جرافيت، باكليت، حرير، بوليستيرين رغوي، بلاستيك رغوي، سيراميك... كل منها له استخداماته المحتملة (عالي، وسط، منخفض). حتى سمعت عن وحدة يابانية تُصنع بواسطة "عفن" ينمو على قالب مخروطي! لكن تكلفتها عالية جدًا.
(تحذير: بعض الوحدات تخفي مادة الغشاء الحقيقية أو تقلد مواد أخرى. كمتسوق، كن حذرًا.)
نظام الدائرة المغناطيسية
بعد استعراض الأغشية، ننتقل للنظام المغناطيسي. يتضمن المغناطيس، الهياكل القطبية، والملف الصوتي (فهي تعمل معًا).
يتحرك الغشاء بواسطة الملف الصوتي، الذي يتحرك بتفاعل مجاله المغناطيسي المتغير مع المجال الثابت للمغناطيس والقطب. هنا، تصميم الملف وعرض الفجوة المغناطيسية وطولها أمور مهمة.
تصميم الملف الصوتي
الملف الصوتي هو سلك معزول ملتف بإحكام على اسطوانة. مادة السلك: نحاس، ألمنيوم، فضة، أو سبائك. شكل المقطع: مستطيل أو سداسي لزيادة كثافة اللف (زيادة عدد اللفات). اللفات الأكثر تعني قوة مغناطيسية أكبر، قيادة أفضل، تسارع أعلى للغشاء، كفاءة وديناميكية أفضل. الأسلاك المسطحة (نسبة طول/عرض 1:5) تزيد التسارع بنسبة 30% مقارنة بالأسلاك الدائرية.
(ملاحظة 5: طول الملف هو الطول المحوري للفة الجاهزة، ليس طول السلك.)
الضغط الناتج عن اللف المحكم هائل! اسطوانة الملف يجب أن تكون قوية جدًا ومقاومة للحرارة (تُصنع من الألمنيوم، Kapton...). بعض الشركات تُخضع الملف لمعالجات حرارية متعددة لزيادة الثبات.
Jim Hunter (Klipsch) ذكر في مقابلة: وصلت مكبرات محروقة (ذابت حنفياتها البلاستيكية)، لكن الملف الصوتي كان سليمًا!
تحديد حجم الملف معضلة: ملف طويل عريض يزيد القوة الدافعة والكفاءة والديناميكية، لكنه يزيد الوزن والحث، ويضر بالاستجابة العابرة والترددات العالية. الملف الطويل يعني أن جزءًا فقط داخل الفجوة المغناطيسية، مما يضعف السيطرة ويزيد التشويه. الملف الصغير خفيف لكن قوته الدافعة ضعيفة. لذا يجب الموازنة بين حجم الملف، مساحة الغشاء، شكله، وقوة المغناطيس.
المغناطيس ونظام القوة المغناطيسية
المغناطيسات التقليدية مستقطبة محوريًا (أقطاب موازية للمحور). تُستخدم مواد موصلة لتوجيه خطوط المجال إلى الفجوة المغناطيسية، حيث يكون المجال شعاعيًا (متوازيًا مع نصف القطر). القوة المغناطيسية في الفجوة تعتمد على نوع المغناطيس وحجمه. الأكثر شيوعًا: مغناطيس سيراميك (أكسيد الحديد) - مقاوم للتغيرات الحرارية، مقاومة جيدة لإزالة المغنطة، متانة، مقاومة للتآكل، وتكلفة منخفضة. العيب: الحجم والوزن الكبيران للحصول على قوة مغناطيسية عالية. لذا، غالبًا ما تكون الدوائر المغناطيسية للوحدات عالية الكفاءة ضخمة (مغناطيس أكبر من الغشاء في الوحدات العالية، أو مقارب في الوسط 6-7 بوصة، أو حتى في وحدات احترافية 10-12 بوصة!).
القوة المغناطيسية العالية مرغوبة (كفاءة، ديناميكية، تحكم). لكن الحجم الكبير ليس دائمًا أفضل، وقد يعيق انتشار الموجات الصوتية (يعكس الموجات الخلفية نحو الغشاء). إذا كانت الوحدة مثبتة على حاجز سميك، تتفاقم المشكلة (تخرج الموجات الخلفية من شق ضيق).
الحلول:
1. تشكيل القناة الداخلية للحاجز لتفريغ الموجات الخلفية (مثل Theil).
2. استخدام حاجز معدني رقيق قوي.
3. استخدام مغناطيس صغير عالي القوة (مثل النيوديميوم) لتقليل عرقلة الموجات الخلفية (مثل Vandersteen، Wilson Benesch).
4. تصميم إطار الوحدة مهم أيضًا. الأطراف الحديدية المكبوسة قد تسبب تشويهًا صوتيًا بسبب عكس الموجات الخلفية. الأطراف الألمنيومية المصبوبة أفضل من حيث الشكل، المتانة، الجماليات، وانخفاض التشويه.
تحديات النظام المغناطيسي وابتكارات الاستقطاب
الاستقطاب التقليدي (محوري) له عيوب: حجم كبير، صعوبة تحقيق كثافة تدفق مغناطيسي عالية مع فجوة طويلة. تقليل عرض الفجوة يزيد صعوبة تصنيع الملف. فجوة طويلة مع ملف قصير تقلل كثافة التدفق والكفاءة.
بعض الوحدات مثل Altec 515 و TAD 160X نجحت في تحقيق كفاءة عالية جدًا وخطية طاقية ممتازة بتصميم ملف قصير/فجوة طويلة، لكنه إنجاز صعب.
الاستقطاب الشعاعي: يقلل المعضلات الفيزيائية، ويحقق كثافة تدفق عالية مع فجوة طويلة (طول خطي أكبر بعدة مرات من التصميم التقليدي). هذا مثالي للباس (مثل Aura Sound 1808 الاحترافي)، حيث يكون التشويه منخفضًا جدًا حتى عند مستويات ضغط صوتي قصوى.
لم تُصنع وحدات وسط بهذه الطريقة بعد، لكنها ستكون صغيرة وقوية، وتناسب الوسط. ربما تظهر قريبًا.
الانتقال إلى النطاق الكامل
أليس المقال عن وحدات النطاق الكامل؟ نعم، لكن تحدياتها كثيرة. لذا بدأت بالوسط كمدخل. شروط الوحدة المثالية (أيًا كان نطاقها):
1. تشويه منخفض.
2. خطية طاقية جيدة.
3. كفاءة عالية.
4. نطاق ترددي فعال واسع قدر الإمكان.
الشرط الرابع في أقصى درجاته هو وحدة النطاق الكامل. المقال القادم سيتناول التوسع من وحدة الوسط إلى النطاق الكامل، والتحديات والحلول المبتكرة.
قد يبدو الأمر بسيطًا: اجعل وحدة وسط تصدر ترددات أعلى وأدنى. لكن وحدات "النطاق الكامل" الرخيصة في السيارات أو الكمبيوترات لا تصدر نطاقًا تردديًا حقيقيًا (الصوت البشري بالكاد، الإيقاعات والباس ضعيفة).
تحديات الامتداد المنخفض
بشكل عام، وحدات الوسط والمنخفض المتقاربة الحجم متشابهة ظاهريًا (المنخفض له حافة تعليق أوسع وناعمة لشوط أكبر).
لخفض تردد الرنين الحر (fs) للوحدة:
1. زيادة كتلة الغشاء: حل سهل لكنه يقلل الكفاءة ويمنع الامتداد العالي. غير مستحب.
2. تقليل التخميد:
- التخميد الميكانيكي (حافة التعليق والطيات): تخفيفه يخفض تردد الرنين، لكنه يزيد التشويه الصوتي في نطاق الوسط. يجب الحذر.
- التخميد الكهربائي (قوة التحكم المغناطيسي): القوة المغناطيسية القوية مرغوبة (كفاءة، تشويه منخفض) لكنها تزيد التخميد وتمنع خفض تردد الرنين. هنا المعضلة: الموازنة بين القوة المغناطيسية (للاستجابة العالية) والتخميد (للترددات المنخفضة).
تحديات الامتداد العالي
1. العوامل الكهربائية: حث الملف الصوتي. الملف داخل الدائرة المغناطيسية يعمل كملف حديدي، مما يزيد الحث ويخفض الترددات العالية. الحل: طلاء الأقطاب بالنحاس أو إدخال حلقات نحاسية لتقليل الحث المتبادل، وتحسين الامتداد العالي وتقليل التشويه.
2. العوامل الميكانيكية: الفيزياء الأساسية (F=ma). التسارع المطلوب للترددات العالية (20KHz) هائل! الطرق:
- تقليل كتلة الغشاء.
- زيادة القوة الدافعة.
المعضلات والحلول
1. كتلة الغشاء: زيادة الكتلة تخفض تردد الرنين لكن تضر بالترددات العالية والكفاءة. الحل الذكي: "التقسيم الترددي الميكانيكي". عند الترددات المنخفضة، يتحرك الغشاء ككل. عند الترددات العالية، ينقسم الغشاء (لا تستطيع الأجزاء الخارجية الأثقل متابعة الاهتزاز السريع)، فيتحرك الجزء الداخلي الأخف فقط. هذا يتطلب تحكمًا دقيقًا في انقسام الغشاء لمنع التشويه.
2. القوة الدافعة: زيادة لفات الملف تزيد القوة لكن تزيد الوزن والحث، وتضر بالترددات العالية. الحل: ملف صغير محسن. زيادة القوة المغناطيسية ضرورية لتسارع الغشاء "الثقيل نسبيًا" في الترددات العالية، مع التعويض عن التخميد الزائد بتخفيف التخميد الميكانيكي.
تكامل النظام
1. موازنة النطاق الترددي.
2. تصميم الصندوق (أو الحاجز).
استجابة التردد: نادرًا ما تكون مستقيمة مثل المكبرات بسبب التعقيد الميكانيكي (تراكمات طاقة = قمم رنين، إلغاء = قيعان). الأفضل أن تكون التموجات لطيفة ومنتظمة. يمكن أن يظهر التخميد في منحنى الاستجابة: ارتفاع الترددات العليا يدل على تخميد زائد في الوسط/المنخفض (صوت مشدود)، والعكس (صوت ممتلئ).
وحدات النطاق الكامل، رغم امتيازاتها (اتساق طوري، لا يوجد تقسيم ترددي يلتهم الإشارة، ديناميكية دقيقة، تصوير صوتي ممتاز)، هي حل وسط. لن تكون الاستجابة الترددية مسطحة.
مشاكل شائعة:
- نتوء عريض في الوسط (أو الوسط العالي/المنخفض) → تشويه صوتي.
- انحدار في الترددات العليا → صوت مظلم.
- تخميد زائد → انحدار في الترددات المنخفضة → صوت نحيف.
الحلول:
- النتوء: مرشح خافض (Notch Filter) لقمعه.
- الانحدار العالي: إضافة وحدة عالية، بتوصيل تدريجي من 16-18KHz بمنحدر لطيف (-6dB/octave) للحفاظ على اتساق الطور.
- الانحدار المنخفض: استخدام صندوق مفتوح (Bass Reflex) أو تحميل بوقي لتعويض الكفاءة. مع التنفيذ الجيد، يعطي أفضل أداء.
تصميم الصندوق:
- الصندوق المفتوح (Bass Reflex) هو الأكثر ملاءمة لوحدات النطاق الكامل لأنه يقلل شوط الغشاء عند تردد الرنين، مما يقلل التشويه ويزيد الكفاءة والتحمل.
- الحاجز المفتوح: يعطي أنقى صوت (مثل WE/Altec 755C)، لكنه يتطلب مساحة كبيرة (1m² على الأقل) ويقلل الكفاءة والاستجابة المنخفضة، ويعقد تأثير الغرفة.
- التحميل البوقي (خاصة البوق المطوي الخلفي): يزيد كفاءة نطاق الوسط/المنخفض بشكل مثالي مع الوحدات ذات التخميد الزائد. معقد، لكنه فعال.
ملخص لوحدات النطاق الكامل
1. Jordan Watts: غشاء ألمنيوم، تعليق سلكي فريد. صوت نقي، لكن كفاءة منخفضة وبعض التشويه في نطاق الوسط المنخفض.
2. Diatone P-610: غشاء ورقي، مغناطيس Alnico، كفاءة 90dB/W، تردد منخفض حتى 50Hz. متوازنة، صوت سلس، تصوير ممتاز. نادرة.
3. WE/Altec 755A/C: أسطوري، غشاء ورقي 8 بوصة، كفاءة عالية. صوت نقي خالٍ من التشويه، ديناميكية ممتازة. يعمل جيدًا على حاجز مفتوح.
4. Goodmans Axiom 80: أسطوري آخر! إطار وتعليق فريد. مواصفات: 20Hz-20KHz! لكن يتطلب بوقًا خلفيًا ليعمل بأفضل شكل.
5. Lowther: أشهر وحدات النطاق الكامل، تاريخ طويل (>50 سنة). غشاء ورقي مزدوج المخروط (للتقسيم الترددي الميكانيكي)، مغناطيس قوي جدًا (PM-4A: 2.4 Tesla!). يتطلب بوقًا خلفيًا (رغم ظهور تصميمات Bass Reflex حديثة). مميزات: حضور ممتاز، تفاصيل مذهلة، ديناميكية فورية. سمات: قمم في نطاق الوسط العالي، مجال استماع ضيق. ردود فعل متباينة: إما الحب الشديد أو الرفض.
خاتمة
وحدات النطاق الكامل، عند استخدامها بشكل مناسب، تمنح إشباعًا موسيقيًا ممتازًا: اتساق طوري كامل، لا يوجد تقسيم ترددي، ديناميكية دقيقة، تصوير صوتي رائع. لكنها ليست مثالية. إذا كنت تفضل الروك الصاخب أو أفلام الأكشن، فهي ليست الخيار الأفضل. استخدمها بحجم صوت متواضع مع موسيقى بسيطة، لتختبر جوهر الموسيقى.
إذن، ما العظيم في وحدة وسط لا تستطيع تغطية الترددات العالية أو المنخفضة؟ لكن الكثيرين يقولون أن نطاق الوسط هو الأهم في الصوت، وأنا أوافق بشدة. إذا جربت مثلما فعلت - سماع أغنية تساي تشين عبر وحدة عالية فقط، أو سماع كمان باغانيني عبر وحدة منخفضة فقط - ستدرك قيمة وحدة الوسط. أعتقد أنك ستوافق أيضًا: لو أُجبرت على استخدام وحدة واحدة فقط، فستختار شيئًا يشبه وحدة الوسط. السبب بسيط: لأنك تعرف (أو تتوقع) أنها تصدر نطاق الترددات الوسطى، وهو النطاق الرئيسي لسمعنا البشري وجوهر تكوين الموسيقى.
تصميم وحدة الوسط
يمكن توسيع مفهوم "الإصبع الواحد" للوحدات العالية ليشمل نطاق الوسط، لأن أي وحدة صوتية يمكن تفكيكها إلى: غشاء مهتز، تعليق الغشاء، ونظام القيادة. لكن بسبب اختلاف نطاقات العمل، تطورت هذه المكونات عبر السنين إلى أحجام محددة. مع ذلك، فإن أشكالها وموادها متنوعة، خاصة مواد الغشاء التي تنوعت حديثًا. دعونا نفحصها:
أغشية المخروط الورقي
هذه أقدم المواد. ببساطة: تُسكب معلق لب الورق في قالب شبكي مخروطي الشكل، يترسب اللب عليه، ثم يُجفف. تختلف خصائص المنتج النهائي باختلاف نوع الألياف وطولها، ومكونات الحشو، وعملية التصنيع (كالتجفيف الهوائي أو الضغط الحراري). هذه الأسرار التجارية تؤثر مباشرة على خصائص الصوت (ملاحظة 1)...
(ملاحظة 1: مقال قديم للسيد هونغ هوايغونغ شرح فيه عملية صنع المخروط الورقي، مما أظهر تعقيد العلم وراءه وأثار إعجابي. لا تكفي جملتي البسيطة لتلخيص جهود الأجيال.)
بشكل عام: صوت المخروط الورقي طبيعي وسلس، واضح دون حدة. بسبب تشابك الألياف، تمتص الطاقة بسرعة، مما يوفر تخميدًا جيدًا ويقلل من رنين انقسام المخروط في الترددات العليا، وينحدر التردد العالي بسلاسة. هذه ميزة تتيح استخدام جهاز تقسيم ترددي بسيط، مما يحقق تكاملًا صحيًا للنظام. كما أن صلابة الورق جيدة (لا تنخدع بملمس الورق العادي)، مما يعزز الاستجابة العابرة وتفاصيل الصوت. أيضًا، يمكن أن يكون المخروط الورقي خفيفًا جدًا (أخف بنسبة 15% من البلاستيك)، مما يرفع الكفاءة (مثل Audax PR170: 100dB/W).
الضعف المحتمل: تتغير خصائصه مع الرطوبة (يزداد الوزن وتقل الصلابة). لكن التغير بطيء وتدريجي، ووحدات قديمة تعمل لعقود تثبت متانته. طُورت مخاريط حديثة بطلاءات أو تركيبات ورقية مقاومة للماء.
لا تربط التاريخ الطويل بـ"التقادم". يشكل الورق غالبية وحدات التلفزيون، الراديو، الكمبيوتر... إلخ. حتى في أنظمة Hi-End الفاخرة (مثل WE/Altec 755A, GoodMans Axiom 80, Altec A5/A7, AR 3a, Lowther, TAD...) أثبت الورق جدارته. يصر بعض المحترفين: "أعطني الورق، ولا شيء غيره!". يُعتبر صنع المخروط الورقي فنًا أكثر من كونه علمًا.
أغشية البلاستيك
بسبب تطور البتروكيماويات، أصبحت المواد البلاستيكية شائعة ورخيصة وسهلة التصنيع، مما جذب صناعة الصوت.
المقصود هنا: مخاريط مصبوبة من البلاستيك (كالبولي بروبيلين PP). يتميز PP بالمتانة (مثل حاويات الميكروويف وأشرطة التغليف). تمتص البوليمرات الطاقة الميكانيكية بسرعة (تخميد جيد)، لذا ينحدر التردد العالي بسلاسة (مثل الورق)، مما يسمح بتقسيم ترددي بسيط. مثال ممتاز: وحدة SCAN من ProAc (غشاء PP شفاف 6.5 بوصة).
لكن: صلابة PP ضعيفة نسبيًا ووزنه مرتفع. الصلابة الضعيفة تسبب "انقسام المخروط" عند الترددات العالية (لا يتحرك الغشاء ككتلة واحدة)، مما يزيد التشويه. السمعيًا: نعومة زائدة مع نقص في التفاصيل والديناميكية. تتفاقم المشكلة في الوحدات الكبيرة (8 بوصات) بسبب الحاجة لسماكة أكبر للصلابة، مما يزيد الوزن. لذا لا توجد وحدات عالية الكفاءة باستخدام PP.
لا تمتص الرطوبة مثل الورق، لكن خصائص PP تتغير مع الحرارة (تغير بطيء وغير مقلق).
باختصار: ضعف الصلابة والوزن المرتفع قد يجعلان PP غير مثالي، لكن الأمر يعتمد على الموازنات. وحدة SCAN رغم استخدام PP تقدم أداءً ممتازًا.
التحسين: خلط PP مع إضافات لزيادة الصلابة (مثل Dynaudio وInfinity/Genesis)، مما يحسن الديناميكية والتشويه والتفاصيل والكفاءة. مواد أخرى مثل Bextrene أو TPX أو Neoflex تقدم صلابة ووزنًا أفضل لديناميكية وتفاصيل محسنة.
أغشية معدنية
الصلابة العالية للمعادن (كالألمنيوم أو سبائكه) تقلل التشويه وتعزز التفاصيل. لكن انخفاض التخميد الداخلي (مثل الوحدات العالية "واحد-إصبع") يعني ظهور قمم رنين واضحة عند انقسام المخروط في الترددات العليا ("الصوت المعدني").
الحلول:
1. قمع قمم الرنين بتصميم تقسيم ترددي: وضع قمة الرنين خارج النطاق العامل للوحدة، باستخدام منحدر قطع حاد (مرتبة ثانية على الأقل) ونقطة قطع مدروسة.
2. تحسين التخميد: هياكل ساندويتش، طلاءات تخميد (مثل Elac، Ensemble السويسرية).
الوزن عائق آخر. لم تُصنع وحدات وسط من التيتانيوم بسبب التكلفة. لذا، رغم أدائها الديناميكي القوي تحت القيادة القوية، كفاءة الوحدات المعدنية منخفضة نسبيًا وتتطلب طاقة أكبر.
مواد الألياف الاصطناعية
غالبًا ما تُستخدم أحدث المواد أولاً في الأسلحة، وهو أمر مؤسف. بعد سنوات من استخدام ألياف البورون/الكربون وهياكل ساندويتش العسلية في الطائرات الحربية، استخدمت في الصوت.
مواد جوية: خفيفة الوزن وقوية جدًا (أخف من الورق، أقوى من المعدن). تُروج لها الشركات (مثل Kevlar، ألياف الكربون) للصلابة العالية، الوزن المنخفض، والتخميد. لكن التخميد الذاتي ليس دائمًا أفضل.
(ملاحظة 2: يشير هذا لأفضل النتائج تحت ظروف تشكيل معينة، ليس أن الغشاء الرقيق سيصبح أقوى من سكين المطبخ.)
بدون معالجة مناسبة، تواجه هذه الألياف مشكلة مشابهة للمعادن: رنين انقسام المخروط في الترددات العليا. سمعيًا: قسوة في نطاق الوسط العالي والمنخفض من العالي، وقد يصبح صاخبًا.
بالمعالجة المناسبة (ساندويتش، طلاء) والتقسيم الترددي المناسب، تقدم هذه الوحدات تفاصيل ممتازة، استجابة عابرة سريعة، ديناميكية كبيرة وصغيرة ممتازة، بفعالية طاقية عالية. مثال: Focal Audiom 7K (غشاء ساندويتش Kevlar/رغوة بوليمر مع طلاء لاتكس، كفاءة 98dB/W).
(ملاحظة 3: مقارنة مع Audax الورقي (100dB/W): مغناطيس Focal أكبر (1132g vs 880g)، كتلة اهتزاز أقل (7.3g vs 9.1g)، لكن كفاءته أقل، مما يظهر تعقيد تصميم النظام المغناطيسي، الملف الصوتي، شكل الغشاء... إلخ.)
إلى جانب Kevlar والكربون، مادة أخرى: HAD (High Definition Aerogel) من Audax (هلام بوليمر أكريليك وألياف تركيبية). أداء ممتاز: استجابة عابرة ممتازة، تشويه منخفض جدًا، انحدار تردد عالي سلس بدون قمم رنين. الكفاءة أقل قليلاً من الورق أو Kevlar (ربما بسبب تصميم النظام المغناطيسي)، لكنها وحدة ناجحة جدًا (استخدمتها Swan Allure بتصميم Martin Colloms).
(ملاحظة 4: العملية فريدة: يتقلص الهلام أثناء التصنيع إلى عُشر حجمه، وتنمو السلاسل الجزيئية على طول الألياف المضافة مسبقًا، مما يتحكم في اتجاه الجزيئات ويعطي الصلابة والتخميد الممتازين.)
مواد أخرى
مواد أخرى ممكنة: ألياف زجاجية، سيلولوز، جرافيت، باكليت، حرير، بوليستيرين رغوي، بلاستيك رغوي، سيراميك... كل منها له استخداماته المحتملة (عالي، وسط، منخفض). حتى سمعت عن وحدة يابانية تُصنع بواسطة "عفن" ينمو على قالب مخروطي! لكن تكلفتها عالية جدًا.
(تحذير: بعض الوحدات تخفي مادة الغشاء الحقيقية أو تقلد مواد أخرى. كمتسوق، كن حذرًا.)
نظام الدائرة المغناطيسية
بعد استعراض الأغشية، ننتقل للنظام المغناطيسي. يتضمن المغناطيس، الهياكل القطبية، والملف الصوتي (فهي تعمل معًا).
يتحرك الغشاء بواسطة الملف الصوتي، الذي يتحرك بتفاعل مجاله المغناطيسي المتغير مع المجال الثابت للمغناطيس والقطب. هنا، تصميم الملف وعرض الفجوة المغناطيسية وطولها أمور مهمة.
تصميم الملف الصوتي
الملف الصوتي هو سلك معزول ملتف بإحكام على اسطوانة. مادة السلك: نحاس، ألمنيوم، فضة، أو سبائك. شكل المقطع: مستطيل أو سداسي لزيادة كثافة اللف (زيادة عدد اللفات). اللفات الأكثر تعني قوة مغناطيسية أكبر، قيادة أفضل، تسارع أعلى للغشاء، كفاءة وديناميكية أفضل. الأسلاك المسطحة (نسبة طول/عرض 1:5) تزيد التسارع بنسبة 30% مقارنة بالأسلاك الدائرية.
(ملاحظة 5: طول الملف هو الطول المحوري للفة الجاهزة، ليس طول السلك.)
الضغط الناتج عن اللف المحكم هائل! اسطوانة الملف يجب أن تكون قوية جدًا ومقاومة للحرارة (تُصنع من الألمنيوم، Kapton...). بعض الشركات تُخضع الملف لمعالجات حرارية متعددة لزيادة الثبات.
Jim Hunter (Klipsch) ذكر في مقابلة: وصلت مكبرات محروقة (ذابت حنفياتها البلاستيكية)، لكن الملف الصوتي كان سليمًا!
تحديد حجم الملف معضلة: ملف طويل عريض يزيد القوة الدافعة والكفاءة والديناميكية، لكنه يزيد الوزن والحث، ويضر بالاستجابة العابرة والترددات العالية. الملف الطويل يعني أن جزءًا فقط داخل الفجوة المغناطيسية، مما يضعف السيطرة ويزيد التشويه. الملف الصغير خفيف لكن قوته الدافعة ضعيفة. لذا يجب الموازنة بين حجم الملف، مساحة الغشاء، شكله، وقوة المغناطيس.
المغناطيس ونظام القوة المغناطيسية
المغناطيسات التقليدية مستقطبة محوريًا (أقطاب موازية للمحور). تُستخدم مواد موصلة لتوجيه خطوط المجال إلى الفجوة المغناطيسية، حيث يكون المجال شعاعيًا (متوازيًا مع نصف القطر). القوة المغناطيسية في الفجوة تعتمد على نوع المغناطيس وحجمه. الأكثر شيوعًا: مغناطيس سيراميك (أكسيد الحديد) - مقاوم للتغيرات الحرارية، مقاومة جيدة لإزالة المغنطة، متانة، مقاومة للتآكل، وتكلفة منخفضة. العيب: الحجم والوزن الكبيران للحصول على قوة مغناطيسية عالية. لذا، غالبًا ما تكون الدوائر المغناطيسية للوحدات عالية الكفاءة ضخمة (مغناطيس أكبر من الغشاء في الوحدات العالية، أو مقارب في الوسط 6-7 بوصة، أو حتى في وحدات احترافية 10-12 بوصة!).
القوة المغناطيسية العالية مرغوبة (كفاءة، ديناميكية، تحكم). لكن الحجم الكبير ليس دائمًا أفضل، وقد يعيق انتشار الموجات الصوتية (يعكس الموجات الخلفية نحو الغشاء). إذا كانت الوحدة مثبتة على حاجز سميك، تتفاقم المشكلة (تخرج الموجات الخلفية من شق ضيق).
الحلول:
1. تشكيل القناة الداخلية للحاجز لتفريغ الموجات الخلفية (مثل Theil).
2. استخدام حاجز معدني رقيق قوي.
3. استخدام مغناطيس صغير عالي القوة (مثل النيوديميوم) لتقليل عرقلة الموجات الخلفية (مثل Vandersteen، Wilson Benesch).
4. تصميم إطار الوحدة مهم أيضًا. الأطراف الحديدية المكبوسة قد تسبب تشويهًا صوتيًا بسبب عكس الموجات الخلفية. الأطراف الألمنيومية المصبوبة أفضل من حيث الشكل، المتانة، الجماليات، وانخفاض التشويه.
تحديات النظام المغناطيسي وابتكارات الاستقطاب
الاستقطاب التقليدي (محوري) له عيوب: حجم كبير، صعوبة تحقيق كثافة تدفق مغناطيسي عالية مع فجوة طويلة. تقليل عرض الفجوة يزيد صعوبة تصنيع الملف. فجوة طويلة مع ملف قصير تقلل كثافة التدفق والكفاءة.
بعض الوحدات مثل Altec 515 و TAD 160X نجحت في تحقيق كفاءة عالية جدًا وخطية طاقية ممتازة بتصميم ملف قصير/فجوة طويلة، لكنه إنجاز صعب.
الاستقطاب الشعاعي: يقلل المعضلات الفيزيائية، ويحقق كثافة تدفق عالية مع فجوة طويلة (طول خطي أكبر بعدة مرات من التصميم التقليدي). هذا مثالي للباس (مثل Aura Sound 1808 الاحترافي)، حيث يكون التشويه منخفضًا جدًا حتى عند مستويات ضغط صوتي قصوى.
لم تُصنع وحدات وسط بهذه الطريقة بعد، لكنها ستكون صغيرة وقوية، وتناسب الوسط. ربما تظهر قريبًا.
الانتقال إلى النطاق الكامل
أليس المقال عن وحدات النطاق الكامل؟ نعم، لكن تحدياتها كثيرة. لذا بدأت بالوسط كمدخل. شروط الوحدة المثالية (أيًا كان نطاقها):
1. تشويه منخفض.
2. خطية طاقية جيدة.
3. كفاءة عالية.
4. نطاق ترددي فعال واسع قدر الإمكان.
الشرط الرابع في أقصى درجاته هو وحدة النطاق الكامل. المقال القادم سيتناول التوسع من وحدة الوسط إلى النطاق الكامل، والتحديات والحلول المبتكرة.
قد يبدو الأمر بسيطًا: اجعل وحدة وسط تصدر ترددات أعلى وأدنى. لكن وحدات "النطاق الكامل" الرخيصة في السيارات أو الكمبيوترات لا تصدر نطاقًا تردديًا حقيقيًا (الصوت البشري بالكاد، الإيقاعات والباس ضعيفة).
تحديات الامتداد المنخفض
بشكل عام، وحدات الوسط والمنخفض المتقاربة الحجم متشابهة ظاهريًا (المنخفض له حافة تعليق أوسع وناعمة لشوط أكبر).
لخفض تردد الرنين الحر (fs) للوحدة:
1. زيادة كتلة الغشاء: حل سهل لكنه يقلل الكفاءة ويمنع الامتداد العالي. غير مستحب.
2. تقليل التخميد:
- التخميد الميكانيكي (حافة التعليق والطيات): تخفيفه يخفض تردد الرنين، لكنه يزيد التشويه الصوتي في نطاق الوسط. يجب الحذر.
- التخميد الكهربائي (قوة التحكم المغناطيسي): القوة المغناطيسية القوية مرغوبة (كفاءة، تشويه منخفض) لكنها تزيد التخميد وتمنع خفض تردد الرنين. هنا المعضلة: الموازنة بين القوة المغناطيسية (للاستجابة العالية) والتخميد (للترددات المنخفضة).
تحديات الامتداد العالي
1. العوامل الكهربائية: حث الملف الصوتي. الملف داخل الدائرة المغناطيسية يعمل كملف حديدي، مما يزيد الحث ويخفض الترددات العالية. الحل: طلاء الأقطاب بالنحاس أو إدخال حلقات نحاسية لتقليل الحث المتبادل، وتحسين الامتداد العالي وتقليل التشويه.
2. العوامل الميكانيكية: الفيزياء الأساسية (F=ma). التسارع المطلوب للترددات العالية (20KHz) هائل! الطرق:
- تقليل كتلة الغشاء.
- زيادة القوة الدافعة.
المعضلات والحلول
1. كتلة الغشاء: زيادة الكتلة تخفض تردد الرنين لكن تضر بالترددات العالية والكفاءة. الحل الذكي: "التقسيم الترددي الميكانيكي". عند الترددات المنخفضة، يتحرك الغشاء ككل. عند الترددات العالية، ينقسم الغشاء (لا تستطيع الأجزاء الخارجية الأثقل متابعة الاهتزاز السريع)، فيتحرك الجزء الداخلي الأخف فقط. هذا يتطلب تحكمًا دقيقًا في انقسام الغشاء لمنع التشويه.
2. القوة الدافعة: زيادة لفات الملف تزيد القوة لكن تزيد الوزن والحث، وتضر بالترددات العالية. الحل: ملف صغير محسن. زيادة القوة المغناطيسية ضرورية لتسارع الغشاء "الثقيل نسبيًا" في الترددات العالية، مع التعويض عن التخميد الزائد بتخفيف التخميد الميكانيكي.
تكامل النظام
1. موازنة النطاق الترددي.
2. تصميم الصندوق (أو الحاجز).
استجابة التردد: نادرًا ما تكون مستقيمة مثل المكبرات بسبب التعقيد الميكانيكي (تراكمات طاقة = قمم رنين، إلغاء = قيعان). الأفضل أن تكون التموجات لطيفة ومنتظمة. يمكن أن يظهر التخميد في منحنى الاستجابة: ارتفاع الترددات العليا يدل على تخميد زائد في الوسط/المنخفض (صوت مشدود)، والعكس (صوت ممتلئ).
وحدات النطاق الكامل، رغم امتيازاتها (اتساق طوري، لا يوجد تقسيم ترددي يلتهم الإشارة، ديناميكية دقيقة، تصوير صوتي ممتاز)، هي حل وسط. لن تكون الاستجابة الترددية مسطحة.
مشاكل شائعة:
- نتوء عريض في الوسط (أو الوسط العالي/المنخفض) → تشويه صوتي.
- انحدار في الترددات العليا → صوت مظلم.
- تخميد زائد → انحدار في الترددات المنخفضة → صوت نحيف.
الحلول:
- النتوء: مرشح خافض (Notch Filter) لقمعه.
- الانحدار العالي: إضافة وحدة عالية، بتوصيل تدريجي من 16-18KHz بمنحدر لطيف (-6dB/octave) للحفاظ على اتساق الطور.
- الانحدار المنخفض: استخدام صندوق مفتوح (Bass Reflex) أو تحميل بوقي لتعويض الكفاءة. مع التنفيذ الجيد، يعطي أفضل أداء.
تصميم الصندوق:
- الصندوق المفتوح (Bass Reflex) هو الأكثر ملاءمة لوحدات النطاق الكامل لأنه يقلل شوط الغشاء عند تردد الرنين، مما يقلل التشويه ويزيد الكفاءة والتحمل.
- الحاجز المفتوح: يعطي أنقى صوت (مثل WE/Altec 755C)، لكنه يتطلب مساحة كبيرة (1m² على الأقل) ويقلل الكفاءة والاستجابة المنخفضة، ويعقد تأثير الغرفة.
- التحميل البوقي (خاصة البوق المطوي الخلفي): يزيد كفاءة نطاق الوسط/المنخفض بشكل مثالي مع الوحدات ذات التخميد الزائد. معقد، لكنه فعال.
ملخص لوحدات النطاق الكامل
1. Jordan Watts: غشاء ألمنيوم، تعليق سلكي فريد. صوت نقي، لكن كفاءة منخفضة وبعض التشويه في نطاق الوسط المنخفض.
2. Diatone P-610: غشاء ورقي، مغناطيس Alnico، كفاءة 90dB/W، تردد منخفض حتى 50Hz. متوازنة، صوت سلس، تصوير ممتاز. نادرة.
3. WE/Altec 755A/C: أسطوري، غشاء ورقي 8 بوصة، كفاءة عالية. صوت نقي خالٍ من التشويه، ديناميكية ممتازة. يعمل جيدًا على حاجز مفتوح.
4. Goodmans Axiom 80: أسطوري آخر! إطار وتعليق فريد. مواصفات: 20Hz-20KHz! لكن يتطلب بوقًا خلفيًا ليعمل بأفضل شكل.
5. Lowther: أشهر وحدات النطاق الكامل، تاريخ طويل (>50 سنة). غشاء ورقي مزدوج المخروط (للتقسيم الترددي الميكانيكي)، مغناطيس قوي جدًا (PM-4A: 2.4 Tesla!). يتطلب بوقًا خلفيًا (رغم ظهور تصميمات Bass Reflex حديثة). مميزات: حضور ممتاز، تفاصيل مذهلة، ديناميكية فورية. سمات: قمم في نطاق الوسط العالي، مجال استماع ضيق. ردود فعل متباينة: إما الحب الشديد أو الرفض.
خاتمة
وحدات النطاق الكامل، عند استخدامها بشكل مناسب، تمنح إشباعًا موسيقيًا ممتازًا: اتساق طوري كامل، لا يوجد تقسيم ترددي، ديناميكية دقيقة، تصوير صوتي رائع. لكنها ليست مثالية. إذا كنت تفضل الروك الصاخب أو أفلام الأكشن، فهي ليست الخيار الأفضل. استخدمها بحجم صوت متواضع مع موسيقى بسيطة، لتختبر جوهر الموسيقى.