مقدمة
لو قرأت المواصفات الفنية لأي جهاز صوتي مثل مكبر صوت Amplifier او ميكسر Mixer او سماعة Loudspeaker او مكرفون Microphone او أي من الأجهزة المساعدة الأخرى, لا بد ان تقرأ فيها كلمة ممانعة Impedance او أحيانا تسمى معاوقة, حيث ممكن ان نجد في المواصفات ممانعة الدخل او ممانعة الخرج او الممانعة الاسمية, وهنا في هذه المقالة سنتعرف عن المقصود بهذه الكلمة وما هو الفرق بينها وبين المقاومة الكهربائية, وهل يمكن ان تكون المقاومة هي ممانعة.
ماهي الممانعة؟
في الدارة البسيطة ذات التيار المستمر لدينا قانون اوم الذي يبين العلاقة بين الجهد الكهربائي V والتيار الكهربائي I والمقاومة الكهربائية R
V= I . R
واحدة المقاومة هي الاوم و يرمز لها بالحرف الاغريقي اوميجا Ω , الان لاحظ من العلاقة السابقة أنه لوكان لدينا الجهد الكهربائي V له قيمة ثابتة. مثلا 12 فولت.
12= I . R
في هذه العلاقة نجد ان ارتفاع قيمة المقاومة يقابله انخفاض التيار والعكس بالعكس. مثلا
قيمة المقاومة 12اوم او يعني التيار هو 1 امبير, لو المقاومة 6 اوم فيصبح التيار 2 امبير, وهكذا كلما انخفضت قيمة المقاومة كلما ارتفع التيار الذي يمر بالدارة الكهربائية (على افتراض ثبات الجهد)
حتى لو كان التيار في الدارة السابقة ليس مستمرا بل متغيرا او متناوب مثل التيار الكهربائي في المنزل والذي يتغير فيه مطال الجهد في الارتفاع والانخفاض مع مرور الزمن فإن العلاقة السابقة تظل صحيحة.
الان لنأتي الى الأنظمة الصوتية وهنا تبدأ الأمور بالتعقيد وليست كما هي بسيطة في دارة تحوي مقاومة فقط، وذلك لوجود عناصر تؤثر على مرور التيار في الدارة وهي المكثف والملف. وهما عنصران يعملان عكس بعضهما البعض، كيف ذلك؟
عند تطبيق تيار مستمر على المكثف، يمر التيار بالدارة في البداية حتى يتم شحن المكثف حيث يبدأ بالتناقص تدريجيا حتى يتوقف تماما، بينما الملف يمنع من مرور التيار في البداية ثم تدريجيا يسمح بمروره. وكما هو الامر في المقاومة R التي ممكن ان تكون لها قيم متعددة وتقاس بالاوم, فإن المكثف أيضا له قيم متعددة وواحدة قياسه هي الفاراد F أما الملف فواحدة قياسه هي الهنري H.
في حالة التيار المتناوب يختلف تعامل المكثف والملف مع التيار الذي يدخل بها ويصبح له علاقة بتردد هذا التيار, اما في حالة المقاومة فإن تردد التيار لا علاقة له بتأثير مرور التيار فيها.
كل الدارات في الأنظمة الصوتية تحتوي على مقاومات وملفات ومكثفات ولهذا تتداخل كل هذه العناصر وتؤثر على كيفية مرور التيار في الدارة, ولهذا تم ادخال مفهوم الممانعة (المعاوقة) Impedance , والتي يرمز لها بالحرف Z. وواحدتها في كل الحالات هي الاوم.
- لذا في حالة المقاومة تكون
Z= R
- حالة المكثف قيمة الممانعة Z
Z = 1 /(2πf C)
حيث f هو التردد و C سعة المكثف (بالفاراد).
- في حالة الملف
Z = 2 π f L
حيث L هي حثية الملف (بالهنري) و f هو التردد
لو بحثنا في تركيب السماعة الصوتية Loudspeaker نجد انها أساسا عبارة عن ملف موجود ضمن حقل مغناطيسي. بالتالي فإن ممانعة السماعة ليس لها قيمة ثابتة لأن التيار الذي يمر بالسماعة هو تيار متغير وليس مستمر, أي ان الممانعة تتغير بتغير التردد في الإشارة الصوتية.
لماذا يكتب قيمة ثابتة لممانعة السماعة؟
عند قراءة أي مواصفة لأي سماعة نجد ان لها قيمة ثابتة و اشهرها تكون 8 اوم, ولكن هناك قيم أخرى لأنواع متعددة من السماعات وهي 2 او 4 او 6 او 16 اوم, ونلاحظ ان لها قيمة واحدة فقط , ولكن كيف؟ اذا كانت الترددات تتغير في الإشارة الصوتية أليس من المفروض ان يكتب ممانعة السماعة حسب التردد؟
أغلب السماعات الاحترافية يأتي معها مخطط ممانعة السماعة مع التردد ويكون شكله كالاّتي:
لاحظ كيف ان قيمة الممانعة تتغير دائما مع تغير قيمة التردد وليس ها قيمة ثابتة كما يظن الكثيرين. لو دققنا في بداية المنحني لوجدنا ان قيمة الممانعة تبدأ من القيمة 3,3 اوم, وهي تمثل مقاومة ملف السماعة وتسمى Re.
الشركة المصنعة للسماعة تبين ان ممانعة هذه السماعة هي 4 اوم وهي تمثل القيمة المتوسطة لقيمة الممانعة والتي هي في هذه الحالة أعلى من قيمة Re بقليل.
ترتفع قيمة الممانعة حتى تصل الى قيمة عظمى وتسمى ممانعة تردد الرنين Resonance frequency . وهذه القيمة تختلف فيما لو كانت السماعة الصوتية موجودة ضمن صندوق او هي في الهواء الطلق. حيث تكون قيمة الممانعة في الصندوق أعلى.
ونلاحظ بعد قيمة تردد الرنين ان قيمة الممانعة تزداد بشكل طردي مع تزايد قيمة التردد وهذا منطقي اذا عدنا الى قانون ممانعة الملف المذكورة أعلاه.
السماعات الموجودة في صندوق قد يكون لها أكثر من قمة في الممانعة:
التردد الذي يوافق أصغر قيمة بين القمتين يسمى تردد الرنين لصندوق السماعة.
طبعا تردد الرنين للسماعة يختلف حسب أبعاد الصندوق ومواصفاته الفزيائية الأخرى.
كيف نقيس ممانعة السماعة؟
اعتمادا على ما سبق شرحه أعلاه, نستنتج انه لقياس ممانعة السماعة نحتاج الى جهاز يعطينا قيمة الممانعة عند كل تردد من الترددات في المجال الصوتي.
ماذا عن مقياس الاوميتر؟
الحقيقة ان قياس ملف السماعة بواسطة مقياس الاوميتر العادي سوف يعطينا فكرة عن مقاومة السماعة وان كان الملف مقطوع او لا, ولكن لن يعطي قيمة الممانعة.
توفر بعض شركات تصنيع الامبليفايرات مثل Crown و QSC في بعض موديلاتها الحديثة إمكانية قياس الممانعة اعتمادا على برنامج معها.
اما اذا اردنا جهاز مستقل لقياس الممانعة فالحقيقة لا أعلم سبب عدم تواجد العديد من الخيارات من مثل هذه الأجهزة, وغالبا تقتصر على خيارات قليلة جدا, واشهرها هو جهاز قديم جدأ ومازال متوفرا حتى الان من شركة توا وهو TOA ZM-104A وهو جهاز انالوج يولد تردد 1000 هرتز وهو جهاز جيد ومحمول يمكن قياس أعطاء قيمة تقريبية للممانعة والتأكد من أنها سليمة, وخاصة بالنسبة للهورنات التي يصعب فكها ونقلها الى الورش من أجل فحص هاز
يتوفر أيضا جهاز أخر حديث وهو من شركة دايتون Dayton Audio DATS V3 ويعطي طبعا دقة أعلى من الجهاز السابق رغم ان سعره يوازي نصف السعر. ويترافق من برنامج كمبيوتر يظهر قيمة الممانعة على مختلف الترددات
متوفر أيضا جهاز من شركة NTi المتخصصة في اجهزة القياس الصوتية, ولكن أسعارها مرتفعة جداً مقارنة بما تم ذكره أعلاه.
المهندس سعيد سليمان