استطاعة المكبر الصوتي

ماهو المقصود باستطاعة المكبر أو المضخم الصوتي؟

كثيرا ما نسمع هذا السؤال يطرح عند شراء مكبر صوتي: ما هى قيمة الاستطاعة أو القدرة التي يجب ان يوفرها المكبر الصوتي Amplifier للنظام الصوتي؟
وكثيرا يقف معظم الناس حائرين أمام هذا السؤال, خاصة عندما يجدون قيم مثل 150 Watts أو 2000 Watts. حيث هذا الفرق الكبير في الارقام من المؤكد انه يجعل اي شخص غير خبير يقف في حيرة من أمره.
ولكن من المهم أن نميز بين الاجهزة التجارية والاجهزة المحترفة. لأن تعريف استطاعة المكبر الصوتي تختلف بين الجهاز التجاري او المنزلي وبين الاحترافي أو لنقل قد يكون هناك نوع من التضليل المقصود للمستهلك العادي بحيث يتم اظهار مواصفات عالية للجهاز دون ان تكون لهذه المواصفات قيمة عملية. وحتى يكون الموضوع يعتمد على اساس علمي لنبدأ أولا بتعريف الاستطاعة أو القدرة Power.
ماهي الاستطاعة Power؟

الاستطاعة (P) بشكل عام هي حاصل ضرب التيار(I) بالجهد الكهربائي(V).

P= V x I
و بما أن                   V= IxR

فإن القدرة يعبرعنها ايضاً:

P= v2/R

P= I2 x R

ولنأخذ مثال الدارة التالية:

في هذه الدارة الجهد 12 فولت مستمر و المقاومة 100 اوم لذا فإن التيار:
I = V/R = 12/100 = 0.12 amp
و الاستطاعة:
P= V2/R = (12)2 / 100 = 1.44 Watts
او
P= I2 x R= (0.12)2x 100 = 1.44 watts

و لكن في عالم الصوت فإن الجهد ليس مستمراً و لكن متناوب. ماالفرق؟
لنفرض ان الاشارة هي اشارة جيبية Sine wave مثل الاشارة التالية التي طبقناها على مكبر صوت وو صلنا على هذا المكبر حمل (سماعة) ذات مقاومة 8 اوم:

لنفرض اننا نريد حساب الاستطاعة اللحظية instantaneous power في النقاط . A , B , C , D و الان اذا اجرينا بعض الحسابات حسب القوانين السابقة:

نلاحظ ان الاستطاعة متغيرة مع الزمن في الاشارة المتناوبة وليست ثابتة مع الزمن مثل الاشارة المستمرة.
لاحظ ايضا انه عند مضاعفة الجهد ( من 20 الى 40 فولت ) فإن الاستطاعة تتضاعف اربعة مرات (من 50 الى 200 وات).
السؤال الان ما هي قيمة الاستطاعة لهذا المكبر الصوتي؟
اذا كانت اجابتك هي (200) وات. فهي للأسف ليست صحيحة. (كما انها ليست خاطئة !!).
استطاعة هذا المكبر عملياً هي (100) وات. لماذا ؟ سأجيبك فيما بعد.
ذكرنا هذا المثال لبيان كيف ان مفهوم الاستطاعة يمكن ان يتغير كما سنرى.

الاستطاعة العظمى Peak Power :

وتعرف على انها أكبر استطاعة يمكن ان يعطيها المكبر الصوتي للحمل الموصول عليه المكبر الصوتي (و ذلك لزمن محدود).
في المثال السابق فإن هذا الاستطاعة هي 200 وات. و التي تحسب على اساس (40) فولت او (- 40) فولت لحمل (8) اوم.
40×40/8= 200 watts
عملياُ يتم قد يتم ذكر هذ الاستطاعة في مواصفات المكبر الصوتي والذي يدل على انها الاستطاعة الاعظمية التي يمكن ان يعطيها المكبر الصوتي لمدة صغيرة من الزمن على حمل معين (8 اوم مثلا). و فوق هذه الاستطاعة يتم حصول قص للإشارة. Clipping. مما يؤدي الى تشويه الصوت و قد يؤدي الى تخريب السماعة.

الاستطاعة PMPO؟

كثيرا ما نجد أجهزة صوتية وغالباٌ منزلية أو تجارية مكتوب عليها مثل 2000 Watts ثم بخط صغير PMPO. مالذي تعنيه هذه العبارة.
هي باختصار الاحرف الاولى من Peak Music Power Output . والذي تعني استطاعة الخرج الموسيقية الاعظمية, أو التي يمكن أن يتحملها النظام وفي بعض المراجع Peak Momentary Power Output والتي تعني استطاعة الخرج الاعظمية اللحظية والتي تعطي معنى أدق للمقصود بها. وهو تعبير مخادع للمستهلك عبر اظهار قيمة استطاعة غير واقعية او غير عملية, و هذا لا يعني أن معلومات الاستطاعة أو القدرة المكتوبة في مواصفات الجهازغير صحيحة انما هذه القيمة لا تعطي القيمة الحقيقية لاستطاعة الجهاز والتي تكون أقل من ذلك بكثير.
هذه القيمة غالباً تعطي قيمة الاستطاعة التي يمكن للجهاز ان يتحملها (قبل ان يحترق) لمدة لحظة لا تتجاوز الثانية الواحدة وذلك من اجل تردد معين فقط وليس لكامل المجال الترددي, طبعاً هذ الشروط غيرعملية ولا يمكن الاعتماد على هذه القيمة للاستطاعة عند تحديد القيمة الحقيقية لاستطاعة المكبر الصوتي.
لذلك لاتنخدع بالارقام العالية التي تعطيك اياها الشركات المصنعة وتظهرها على غلاف الجهاز والتي تكون من موجهة للمستهلك العادي. وهذه القيمة لا تظهر في الاجهزة الاحترافية, لذلك يجب عليك ان تنظر الى قيمة الاستطاعة الفعلية أو الاسمية. والتي تدعى Power RMS

الاستطاعة الاسمية RMS

تسمى الاستطاعة الاسمية Nominal Power أو قد تسمى RMS Power.
لشرح معنى هذه الاستطاعة نعود الى مثالنا السابق عن حساب الاستطاعة و لنفرض انه بدل ان يكون الجهد هو 12 فولت مستمر, انه 40 فولت ,مستمر أيضاً, و ان المقاومة هي 8 اوم. لذا فإن قيمة الاستطاعة في هذه الحالة:
P= 402/8 = 200 watts
هذه الاستطاعة تبددها المقاومة على شكل حرارة.
الان نقوم بتحويل الجهد من مستمر الى متناوب. هل تبقى الاستطاعة المصروفة هي نفسها؟
بالطبع لا, حيث نجد ان الاستطاعة أقل. و هذا ما يقودنا الى التعبير Root Mean Squared الذي هو (متوسط الجذر التربيعي) و يختصر الى RMS .
و الذي نعرفه انه:

اذا اردنا ان نحصل على نفس قيمة الاستطاعة المصروفة عندما يتم تطبيق جهد مستمر على مقاومة, فإن القيمة الاعظمية للجهد المتناوب (اشارة جيبية) يكون أعلى من الجهد المستمر.(اي في حالتنا السابقة الجهد 40 فولت). وقد وجد ان القيمة الاعظمية هي قيمة الجهد المستمر مضروباُ ب (الجذر التربيعي للرقم 2) اي 2√. والذي هو يساوي الرقم (1.414).
لذا اذا اردنا ان نصل الى الاستطاعة (200 وات) من جهد متناوب علينا ان نضرب الجهد المستمر ب 1.414 .
وفي مثالنا السابق:

40 * 1.414 = 56.5 فولت

اي اننا بحاجة الى جهد متناوب قيمته 56.5 فولت. لصرف نفس الاستطاعة لجهد مستمر 40 فولت. وذلك على حمل مقاومة 8 اوم.
طبعاُ هنا نتحدث عن الاشارة الجيبية.
الان نعود الى سؤالنا في الفقرة السابقة , و التي ذكرنا فيها ان قيمة استطاعة المكبر الصوتي هو (100 وات و ليس 200)
الان بعد معرفتنا بمتوسط الجذر التربيعي. قيمة الجهد تصبح
40/1.414 = 28.29 volts
وبالتالي الاستطاعة
P= V2 /R = (28.29)2/8 = 100 watts
و على هذا فإن الجهد المستمر المكافىء لإعطاء 100 وات على مقاومة 8 اوم. هو 28.29 فولت.
وهي التي تسمى الاستطاعة الاسمية Nominal Power أو Prms.
و هذا المصطلح هو المستخدم في مكبرات الصوت الاحترافية, والذي عليك ان تنظر اليه عند الرغبة بمعرفة استطاعة المكبر الصوتي.
بناء على ما سبق, اذا وجدت في مواصفات المكبر الصوتي ان الاستطاعة الاسمية له Prms = 90 watts . على حمل 8 اوم. فإن الاستطاعة الاعظمية (Peak Power) لهذا المكبر هي ضعف الاستطاعة الاسمية اي 180 وات.

أخيرا عليك ان تميز بين الاستطاعة الصوتية التي يمكن للمكبر الصوتي ان يؤمنها للحمل الموصول عليه, و الاستطاعة AC والتي تدل على استطاعة الجهاز التي يستهلكها من المصدر الكهربائي.

المهندس سعيد سليمان