ما هو  Crossover ما عمله في السماعة

لو صدف ان فتحت سماعة صوتية ثنائية او ثلاثية الاتجاه (اي انها تحوي عدة سماعات في داخلها صغيرة وسط و كبيرة) لوجدت ان هذه السماعات موصوله مع دارة مطبوعة تحوي عدد من العناصر الالكترونية و ليست موصوله مع بعضها البعض مباشرة. مثل هذه الدارة مثلاً

ما عمل هذه الدارة؟

هذه الدارة تسمى Crossover  (كروس اوفر) يمكن ان تترجم الى (مرشح عبور), و هي عبارة عن مرشح (اوعدة مرشحات) او فلاتر تقوم بتجزيئ الاشارة الصوتية الداخلة الى السماعة الى عدد من مستويات للاشارة حسب الترددات و ترسل كل قسم من هذه الاشارات الناتجة الى السماعات الداخلية المناسبة لهذه الترددات, اي ترسل الترددات المنخفضة الى السماعة ذات القطر الكبير و التي تستجيب للترددات المنخفضة و تسمى هذه السماعة (ووفر Woofer), و الترددات المتوسطة الى السماعة ذات القطر المتوسط, و الترددات العالية الى اصغر سماعة في المجموعة و هي (التويتر Tweetwr), و يسمى crossover في هذه الحالة انه ثلاثي الاتجاه Three way, اما لو كانت لدينا فقط سماعتين ووفر و تويتر يسمى Two Way Crossover ثنائي الاتجاه .

يستخدم Crossover  لعدم قدرة السماعات لإنتاج كامل المجال الصوتي بقدرة عالية و دون حصول تشويه Distortion.انواع Crossover

1­ الفعال Active

بمعنى انه دارة الكترونية تحوي على عناصر تحتاج الى تغذية كهربائية مثل الدارات المتكاملة, الترانزستورات, و الديود طبعا إضافة الى عناصر لا تحتاج كهرباء للعمل. يستخدم هذا النوع قبل دارة التكبير, لذلك نحتاج الى دارة تكبير خاصة بكل جزء من الاشارة التي تم ترشيحها من هذا النوع, لهذاتكلفة هذا النوع من (كروس اوفر) هي أعلى من النوع الثاني الا أنه يمتاز بإمكانية تغير ترددات العمل له, كما أنه يمتاز ب عزل للاشارة بشكل أفضل.

2 الخامل Passive

وهو نوع لا يحتاج الى تغدية كهربائية للعمل لإحتوائه على عناصر خاملة فقط مثل المكثفات و الملفات و المقاومات, وهو النوع الذي يستخدم في السماعات. طبعا هذا النوع ذو تكلفة أقل من النوع السابق.

دارة Crossover  ذات الاتجاهين Two way تحوي:

• دارة مرشح تمرير منخفض LPF Low Pass Fliter و من خلال هذا المرشح يتم تمرير الاشارة الى السماعة الووفر Woofer التي تستجيب للترددات المنخفضة و المتوسطة.
• دارة مرشح تمرر عالي HPF High Pass Filetr و من خلال هذا المرشح يتم تمرير الاشارة الى سماعة الترددات العالية او Tweeter.

دارة Crossover  ذات ثلاث اتجاهات  Three way تحوي:

• دارة مرشح تمرير منخفض LPF Low Pass Fliter و من خلال هذا المرشح يتم تمرير

الاشارة الى السماعة الووفر Woofer التي تستجيب للترددات المنخفضة.

• دارة مرشح تمرير حزمة BPF Band Pass Filter ومن خلال هذا الفلتر يتم تمرير الاشارة الى السماعة المتوسطة.
• دارة مرشح تمرر عالي HPF High Pass Filetr و من خلال هذا المرشح يتم تمرير الاشارة الى سماعة الترددات العالية او Tweeter.

بعض أنواع Crossover  تحوي على منصهرة (فيوز Fuse) و ذلك لحماية السماعة من الاشارة العالية, و بعضها يستخدم لمبة ( Bulb).

كيف يعمل مرشح العبور Crossover

سأحاول في هذه الفقرة الدخول قليلا في بعض التعابير و الحسابات الهندسية المتعلقة في المرشحات و طريقة عملها حتى يكون موضوعنا متكامل.

لنأخذ الدارة البسيطة التالية:

كما ترى فأن هذه الدارة مكونة من عنصرين فقط و هما مكثف و مقاومة موصولين على التسلسل,

هذه الدارة هي ابسط دارة لمرشح تمرير عالي High Pass Filter. كيف ذلك, لنرى:

ان ممانعة المكثف تحسب بالعلاقة:

Z_c= 1/wc = 1/ 2 π f c

Zc هي ممانعة المكثف و تقاس بالاوم Ohm

F التردد بالهرتز Hz

C قيمة المكثف بالفاراد.Farad

Π=3.14

و بهذا فإن علاقة ممانعة المكثف بالتردد هي علاقة عكسية, اي كلما زاد التردد كلما قلت قيمة الممانعة والعكس بالعكس. اي كلما نقص التردد كلما زادت الممانعة. و هكذا حتى نصل الى التردد صفر و الذي هو التيار المستمر وفيه تصبح الممانعة لانهائية, لذا نجد ان هذه الدارة هي عبارة عن دارة مرشح تمرير عالي (تسمح بمرور الترددات العالية) و تمنع مرور الترددات المنخفضة.

لكن هل تمنع مرور كل الترددات المنخفضة؟

في الحقيقة انها لا تمنع (بشكل نهائي) كل الترددات المنخفضة من المرور و لكنها تحد من مرورها بشكل كبير, و كلما نقص التردد كلما حدت من مرور الاشارة او خمدت الاشارة.

اين يبدأ التردد الذي تمر فيه الاشارة دون اعاقة؟

لنفرض ان قيمة المقاومة في الدارة السابقة هي R= 8 ohms

وان قيمة المكثف هي C= 10 UF  اي 10 ميكرو فاراد.

الان عند تردد معين تصبح قيمة ممانعة المكثف تساوي للممانعة المقاومة اي 8 اوم. ما هو هذا التردد؟

من العلاقة السابقة:

      Z_c= 1/ 2 π f c

Z_c= 8 اوم

بالتالي فإن قيمة التردد هي:

F= 1/(2. Π.8.10. 10^-6)= 1000000/502.4 = 1990 Hz

اي عند التردد F= 1990 Hz  تصبح  ممانعة المكثف مساوية لممانعة المقاومة وهي (8 اوم). و عند هذه النقطة يتوزع جهد الدخل على قسمين متساويين, وبالتالي فإن الاستطاعة تنخفض على المقاومة الى النصف, اي (3dB).

تسمى هذه النقطة التي تنخفض فيها الاستطاعة بمقدار (3dB), نقطة العبور (Crossover).

بعد هذه النقطة تقل قيمة الممانعة على مرور الاشارة, لأن قيمةممانعة  المكثف تقل بشكل كبير و يصبح تأثيره في الدارة قليل.

الان لو أخذنا منتصف هذا التردد 1990 هرتز, اي منتصف تردد العبور لوجدنا انه يساوي 995 هرتز, و عنده يكون مستوى التخفيض في الاشارة هو (6dB), و عند منتصف هذا التردد (منتصف 995 هرتز), يكون قيمة التخميد attenuation  للإشارة هو (12dB).

لماذا أخذنا منتصف التردد؟

حتى نرى ما هو قيمة تخميد الاشارة لكل (اوكتاف Octave), حيث ان الاوكتاف هو قيمة التردد المضاعف.

مثل مابين التردد 1KHz  و 2KHz هو واحد اوكتاف, و بين 2KHz  و 4Khz هو واحد اوكتاف ايضا.

لذلك المرشح السابق نقول ان له قيمة تخميد للاشارة (6dB) لكل اوكتاف.

ستجد في النشرات الفنية مثل هذه الجملة ( قيمة تخميد الاشارة لكل اوكتاف ……) و احببت ان اشرح لكم هنا معنى هذه القيمة و اصلها و كيف يتم حسابها, لأنها من اساسيات مواصفات المرشح.

الان لنأخد الدارة التالية:

في هذه الدارة تم استبدال المكثف بملف. Coil و بعض المراجع تسميه chock.

طريقة عمل الملف في الاشارة المتناوبة هي معاكسة لعمل المكثف. وممانعته تتغير مع التردد و بشكل (طردي) اي كلما زاد التردد تزداد ممانعة الملف, اي كلما زاد التردد كلما تم تخميد الاشارة بشكل أكبر, لذلك تسمى هذه الدارة دارة مرشح تمرير منخفض( Low Pass FilterLPF)  لأنها تمرر الترددات المنخفضة و تخمد الترددات العالية.

كما أجرينا حساباتنا في دارة المكثف لنجري الان و بطريقة مماثلة و بالارقام حتى يسهل فهم قيم الدارة:

لو فرضنا ان قيمة الملف هي (1 ميلي هنري) أو ( 0,001 H),  و ان المقاومة هي (8) اوم.

 عند اي تردد تتخامد الاشارة بمقدار (3dB)؟

طبعا يحدث هذا, عندما تكون ممانعة الملف مساوية لممانعة المقاومة اي 8 اوم.

ممانعة الملف تحسب من العلاقة التالية:

Z_L= 2 Π F L

حيث Z_L  هي ممانعة الملف,

L  قيمة الملف بالهنري.

F  التردد بالهرتز.

و بالتالي:

F= Z_L / 2. 3,14 . 0,001= 8/ 0,00628 = 1273 Hz

اي ان التردد 1273 هرتز هو تردد Crossover  لهذا المرشح.

ما ذا لو اردنا ان يكون تردد العبور لهذا المرشح مساويا لتردد العبور للدارة السابقة اي 1990 هرتز.

في هذه الحالة كم هي قيمة الملف لتحقيق هذا التردد؟

ببساطة و حسب علاقة ممانعة المكثف:

L= Z_L/ 2. 3,14 . F = 8/ 2 . 3,14 . 1990

L= 0,64 mH

اي اننا نحتاج الى ملف قيمته (0,64) ميلي هنري, لتحقيق مرشح تمرير منخفض ذو تردد عبور 1990 هرتز.

الان لو قمنا بدمج الدارتين السابقتين مع بهضهما البعض لأصبحت بهذا الشكل:

و هنا لدينا دارة مرشح تمرير عالي HPF تمرر الترددات التي هي فوق التردد (1990) و تخمد باقي الترددات بشكل كبير لذا يتم وصل هذا الجزء مع التويترTweeter اي سماعة الترددات العالية.

و دارة مرشح تمرير منخفض LPF تمرر الترددات التي هي أقل من التردد (1990) و تخمد الترددات التي هي أعلى من هذا التردد بشكل كبير, لذا يتم توصيل هذا الجزء من الدارة الى وحدة الترددات المنخفضة في السماعة اي الى الووفر Woofer.

الان ما ذا لو اردنا ان نضاعف قيمة التخميد؟

عمليا يتم اضافة ملف الى دارة المكثف, و مكثف الى دارة الملف كما في الشكل التالي:

في فلتر التمرير العالي HPF  و الذي فيه المكثف C1 على التوالي مع مع السماعة T (

التويتر), يتم اضافة ملف L1 على التوالي مع السماعة.

في فلتر التمرير المنخفض LPF و الذي فيه الملف L2 يكون على التوالي مع السماعة W (الووفر), يتم توصيل مكثف C2 على التوازي مع السماعة W.

أرجو في هذه الايجاز البسيط لدارة Crossover ان اضفت بعض الشروحات المفيدة التي تساعد على فهم هذه العناصر الاساسية في السماعات بشكل خاص, و أنظمة الصوت بشكل عام.

 

اذا لديك اي استفسار او تعليق , يمكنك مراسلتي مباشرة في الصندوق اسفل المقال,

 

اذا اعجبتك المقالة الرجاء مشاركتها على صفحتك على الفيس بوك فقط بالضغط على الزر الاسفل: مشاركة F.

اشترك في القائمة البريدية ليصلك كل جديد في الموقع.

المهندس سعيد سليمان