متطلبات اختبار معدات مكبرات الصوت بموجب معيار IEC 62368-1

1000 هرتز كإشارة مرجعية

وفقًا لـ ITU-R 468-4 (قياس مستويات الضوضاء الصوتية في البث الصوتي)، فإن استجابة التردد عند 1000 هرتز هي 0 ديسيبل (انظر الصورة أدناه)، مما يجعلها مناسبة كإشارة مستوى مرجعي لتقييم أداء استجابة التردد لمكبرات الصوت.

إشارة تردد استجابة الذروة

إذا صرّح المصنّع بأنّ مُضخّم الصوت غير مُصمّم للعمل بتردد 1000 هرتز، فيجب تغيير تردد مصدر إشارة الصوت إلى تردد الاستجابة القصوى. تردد الاستجابة القصوى هو تردد مصدر الإشارة الذي تُقاس عنده أقصى قدرة خرج عبر مُعاوقة الحمل المُصنّفة (المُشار إليها فيما يلي باسم السماعة) ضمن نطاق التشغيل المُصمّم لمُضخّم الصوت. عمليًا، يُمكن للفني تثبيت سعة مصدر الإشارة ومسح التردد، ثم التحقق من تردد مصدر الإشارة المُقابل لأقصى جهد RMS يظهر عبر السماعة - وهذا هو تردد الاستجابة القصوى.

أنواع طاقة الخرج وضبطها - أقصى طاقة خرج

أقصى قدرة خرج هي أقصى قدرة يمكن توصيلها إلى السماعة، وتتوافق مع أقصى جهد RMS. تستخدم مضخمات الصوت الشائعة دوائر OTL أو OCL المبنية على مبادئ مضخمات الفئة AB. عند إدخال إشارة صوتية جيبية بتردد 1000 هرتز إلى مضخم الصوت ودخولها منطقة التشبع من منطقة التضخيم، لا يمكن لسعة الإشارة أن تزيد، ويُحدّ جهد الذروة، ويظهر تشوه مسطح عند قمم الموجة.

باستخدام راسم الإشارة لمراقبة شكل الموجة الخارجة عبر السماعة، يُلاحظ أنه عندما لا يمكن لسعة الإشارة أن تزيد بقيمة RMS، يحدث تشوه الذروة (انظر الشكل 2). عند هذه النقطة، يُعتبر أن السماعة قد وصلت إلى أقصى قدرة خرج. عند ظهور تشوه الذروة، ينخفض ​​عامل الذروة لشكل الموجة الخارجة إلى ما دون عامل ذروة الموجة الجيبية البالغ 1.414 (كما هو موضح في الشكل 2، عامل الذروة = جهد الذروة / جهد RMS = 8.00 / 5.82 ≈ 1.375 < 1.414).

أنواع طاقة الخرج وضبطها — طاقة خرج بدون تشويه

تُعرَّف قدرة الخرج غير المشوهة بأنها قدرة الخرج التي يتم الحصول عليها عن طريق خفض الكسب (تقليل الإشارة) إلى الحد الفاصل بين منطقتي التشبع والتضخيم، بينما يعمل مكبر الصوت بأقصى قدرة خرج مع وجود تشوه ذروة (نقطة التشغيل منحازة نحو منطقة التضخيم). يُظهر شكل موجة خرج الصوت موجة جيبية كاملة بتردد 1000 هرتز بدون تشوه ذروة أو تشويه، ويكون جهدها الفعال (RMS) أقل من جهدها عند أقصى قدرة خرج (انظر الشكل 3).

بما أن مضخم الصوت الذي يعمل تحديدًا عند الحد الفاصل بين منطقتي التضخيم والتشبع غير مستقر وقد يُنتج تذبذبًا في سعة الإشارة (قد لا تكون القمم متساوية)، يمكن استخدام 50% من جهد الذروة إلى الذروة كجهد ذروة لحساب عامل الذروة. في الشكل 3، جهد الذروة = 0.5 × 13.10 فولت = 6.550 فولت، جهد الجذر التربيعي المتوسط ​​= 4.632 فولت، عامل الذروة = جهد الذروة / جهد الجذر التربيعي المتوسط ​​= 6.550 / 4.632 ≈ 1.414.

أنواع طاقة الخرج وطريقة ضبطها — طريقة ضبط الطاقة

تستقبل مضخمات الصوت إشارة دخل ضعيفة، ثم تقوم بتضخيمها وإخراجها إلى السماعة. عادةً ما يتم ضبط مستوى التضخيم بدقة متناهية باستخدام مفتاح التحكم في مستوى الصوت (على سبيل المثال، يمكن أن تصل مستويات صوت التلفزيون إلى 30-100). يؤدي ضبط سعة مصدر الإشارة لتغيير مستوى التضخيم إلى تحكم أقل دقة، حيث أن حتى انخفاضًا طفيفًا في سعة المصدر، بعد تضخيم عالي، لا يزال يتسبب في انخفاض ملحوظ في قدرة خرج السماعة (انظر الشكل 4).

في الشكل 3، عند ضبط مستوى الصوت، ينخفض ​​خرج السماعة من أقصى طاقة إلى طاقة خرج غير مشوهة، مع جهد RMS عند 4.632 فولت. في الشكل 4، عند ضبط سعة مصدر الإشارة، يصل جهد RMS إلى 4.066 فولت فقط عند خفضه إلى طاقة غير مشوهة. وفقًا لمعادلة القدرة:

القدرة الخارجة = (الجهد الفعال)² / مقاومة السماعة

إن طاقة الخرج غير المقطوعة في الشكل 3 أعلى بنسبة 30٪ تقريبًا من تلك الموجودة في الشكل 4، لذا فإن الشكل 4 لا يمثل حقًا حالة طاقة خرج غير مقطوعة.

وبالتالي، فإن الطريقة الصحيحة للتراجع من أقصى طاقة خرج إلى طاقة خرج غير مشوهة هي تثبيت سعة مصدر الإشارة وضبط كسب مكبر الصوت (أي ضبط مستوى الصوت)، بدلاً من تغيير سعة مصدر الإشارة.

أنواع طاقة الخرج وضبطها — طاقة خرج 1/8 بدون تشويه

تهدف حالة التشغيل العادية لمضخم الصوت إلى محاكاة حالة التشغيل المثلى للسماعة في الواقع العملي. وعلى الرغم من أن خصائص الصوت في الواقع العملي تختلف اختلافًا كبيرًا، فإن معظم الأصوات لها عامل ذروة في حدود 4 (انظر الشكل 5).

بأخذ شكل الموجة الصوتية في الشكل 5 كمثال، فإن عامل الذروة = جهد الذروة / جهد RMS = 3.490 / 0.8718 ≈ 4. ولإخراج الصوت المستهدف دون تشويه، يجب على مضخم الصوت ضمان عدم قصّ ذروات الإشارة القصوى. عند استخدام موجة جيبية بتردد 1000 هرتز كمرجع لضمان عدم التشويه وعدم تقييد ذروة 3.490 فولت، يجب أن يكون جهد RMS للإشارة 3.490 فولت / 1.414 = 2.468 فولت. مع ذلك، فإن جهد RMS للصوت المستهدف هو 0.8718 فولت فقط، لذا فإن نسبة انخفاض جهد RMS بالنسبة إلى الموجة الجيبية المرجعية بتردد 1000 هرتز هي 0.8718 / 2.468 = 0.3532. وفقًا لصيغة القدرة، فإن نسبة تخفيض الجهد RMS البالغة 0.3532 تتوافق مع نسبة تخفيض القدرة البالغة 0.3532² ≈ 0.125 = 1/8.

لذلك، فإن ضبط طاقة خرج السماعة إلى 1/8 طاقة الخرج غير المقطوعة التي تتوافق مع إشارة الموجة الجيبية بتردد 1000 هرتز يسمح بإخراج صوت مستهدف بمعامل ذروة 4 خالٍ من التشوه. بعبارة أخرى، فإن طاقة الخرج غير المقطوعة 1/8 لموجة جيبية بتردد 1000 هرتز هي حالة التشغيل المثلى لمضخم الصوت لإخراج صوت مستهدف بمعامل ذروة 4 دون تلف.

اضبط ظروف تشغيل مضخم الصوت بحيث يُخرج 1/8 من طاقة الخرج غير المشوهة إلى السماعة. في حالة عدم التشوه، اضبط مستوى الصوت بحيث ينخفض ​​جهد RMS إلى حوالي 35.32% من قيمته - وهذا يُعادل 1/8 من طاقة الخرج غير المشوهة. ولأن الضوضاء الوردية تُحاكي الصوت الواقعي بشكل أدق، فبعد الحصول على طاقة خرج غير مشوهة باستخدام موجة جيبية بتردد 1000 هرتز، انتقل إلى الضوضاء الوردية كمصدر للإشارة. عند استخدام الضوضاء الوردية، أضف مرشح تمرير نطاق (كما هو موضح في الشكل أدناه) للحد من عرض نطاق الضوضاء.

ظروف التشغيل العادية وغير العادية — ظروف التشغيل العادية

عند تحديد ظروف التشغيل العادية لأنواع مختلفة من معدات مكبرات الصوت، ضع في اعتبارك كل ما يلي:

• يتم توصيل خرج مكبر الصوت بأكثر معاوقة حمل مصنفة غير مواتية، أو السماعة الفعلية (إن وجدت)؛
• جميع قنوات مكبر الصوت تعمل في وقت واحد؛
• بالنسبة للأرغن أو الآلات المشابهة المزودة بوحدات توليد النغمات، لا تستخدم موجة جيبية بتردد 1000 هرتز؛ بدلاً من ذلك، قم بدمج الضغط على دواستين جهير (إن وجدت) وعشرة مفاتيح يدوية بشكل عشوائي. فعّل جميع المفاتيح التي تزيد من قوة الإخراج، واضبط الآلة على 1/8 من أقصى قوة إخراج.
• إذا كانت الوظيفة المقصودة لمضخم الصوت تعتمد على فرق الطور بين قناتين، فقم بتطبيق فرق طور 90 درجة بين الإشارات على القناتين؛
• بالنسبة لمضخمات الصوت متعددة القنوات حيث لا يمكن لبعض القنوات أن تعمل بشكل مستقل، قم بتوصيل مقاومة الحمل المقدرة واضبط طاقة الإخراج على طاقة الإخراج غير المقطوعة 1/8 المصممة للمضخم؛
• إذا لم يكن التشغيل المستمر ممكناً، فقم بتشغيل مكبر الصوت عند أعلى مستوى طاقة خرج مسموح به للتشغيل المستمر.

ظروف التشغيل العادية وغير العادية — ظروف التشغيل غير العادية

تعتمد ظروف التشغيل غير الطبيعية لمكبرات الصوت على الظروف العادية ولكنها تحاكي أسوأ الحالات الممكنة، مثل ضبط مستوى الصوت لجعل مكبر الصوت يعمل عند النقطة الأكثر سلبية بين الصفر وأقصى طاقة خرج، أو ضبط ظروف الدائرة القصيرة على مكبر الصوت، وما إلى ذلك.

ظروف التشغيل العادية وغير العادية - اختبار ارتفاع درجة الحرارة

أثناء اختبار ارتفاع درجة حرارة مضخمات الصوت، ضع الجهاز وفقًا للوضع المحدد من قبل الشركة المصنعة. في حال عدم وجود تعليمات خاصة، ضع الجهاز في صندوق اختبار خشبي مفتوح من الأمام، على بُعد 5 سم من الحافة الأمامية للصندوق، مع ترك مسافة 1 سم من الجوانب أو الأعلى، و5 سم من الجزء الخلفي للصندوق إلى الجزء الخلفي للجهاز - بحيث يكون الوضع العام مشابهًا لوضع الجهاز في خزانة تلفزيون منزلية نموذجية.

ظروف التشغيل العادية وغير العادية - ترشيح الضوضاء واستعادة الموجة الأساسية

تُرسل بعض دوائر مكبرات الصوت الرقمية ضوضاءً مع إشارة الصوت إلى السماعة، مما يُسبب تشويشًا على شاشة راسم الإشارة عند مراقبة شكل موجة خرج السماعة. يُنصح باستخدام دائرة ترشيح الإشارة البسيطة الموضحة أدناه (طريقة التوصيل: النقطتان A وC إلى طرفي خرج السماعة، والنقطة B إلى أرضي مرجع/أرضي عودة مكبر الصوت، والنقطتان D وE إلى مسبار راسم الإشارة). يُمكن لهذه الدائرة ترشيح معظم التشويش واستعادة الموجة الجيبية الأساسية بتردد 1000 هرتز إلى حد كبير (ملاحظة: 1000F في الشكل خطأ مطبعي، والصحيح هو 1000 بيكوفاراد).

بالنسبة لبعض مضخمات الصوت عالية الأداء التي تُزيل مشاكل تشويه الذروة، بحيث لا يظهر أي تشويه أو قص حتى عند أقصى طاقة خرج، فإن طاقة الخرج بدون قص تُساوي طاقة الخرج القصوى. وعندما يتعذر تحديد القص بصريًا، تُعامل طاقة الخرج القصوى على أنها طاقة خرج بدون قص.

[IMAGE_PLACEHOLDER: دائرة ترشيح إشارة بسيطة]

تصنيف مصادر الطاقة الكهربائية للإشارات الصوتية وحماية السلامة

تستطيع مضخمات الصوت تضخيم وإخراج إشارات صوتية عالية الجهد، لذا يجب تصنيف الإشارة الصوتية كمصدر طاقة كهربائية وتوفير الحماية اللازمة لها. أثناء عملية التصنيف، اضبط مفاتيح التحكم في النغمات على الوضع المتوازن لضمان عمل مضخم الصوت بأقصى طاقة خرج غير مشوهة إلى السماعة، ثم افصل السماعة واختبر جهد الدائرة المفتوحة. راجع الجدول أدناه لتصنيف مصادر الطاقة الكهربائية للإشارة الصوتية وتوفير الحماية اللازمة لها.

الأسئلة الشائعة – متطلبات اختبار مضخم الصوت IEC 62368-1 – أسئلة وأجوبة شائعة

س1: لماذا يجب استخدام 1000 هرتز كإشارة مرجعية؟ ماذا لو كان استجابة المضخم ضعيفة عند 1000 هرتز؟ ج: وفقًا لمعيار ITU-R 468-4، يُعرَّف استجابة التردد عند 1000 هرتز بأنها 0 ديسيبل، مما يجعلها نقطة مرجعية قياسية لقياس ضوضاء الصوت والمقارنة المتسقة لأداء استجابة تردد مكبر الصوت. إذا صرَّح المُصنِّع بأن مكبر الصوت "غير مُصمَّم للعمل عند 1000 هرتز" (على سبيل المثال، بعض مكبرات صوت الآلات الموسيقية الاحترافية أو التصاميم المُحسَّنة لنطاقات تردد مُحدَّدة)، تردد الاستجابة القصوى يمكن استخدام طريقة أخرى بدلاً من ذلك: تثبيت سعة مصدر الإشارة، ومسح التردد، واختيار التردد الذي يظهر عنده أعلى جهد RMS عبر الحمل المقنن (مكبر الصوت). يصبح هذا هو إشارة المرجع البديلة.

س2: كيف نميز بالضبط بين أقصى قدرة خرج وقدرة خرج غير مشوهة؟ A:

• انتاج الطاقة القصوىقم بتطبيق موجة جيبية بتردد 1000 هرتز؛ سيدخل المضخم منطقة التشبع، وسيظهر شكل الموجة الخارجة قصًا مسطحًا، وسينخفض ​​عامل الذروة إلى أقل من 1.414 (عادةً ما يكون 1.37-1.38). راقب أطراف مكبر الصوت باستخدام راسم الإشارة للتأكد من حدوث القص.
• طاقة خرج غير قابلة للتشويش: من حالة أقصى قدرة خرج، تراجع (خفض الكسب) حتى يعمل المضخم عند الحد الفاصل بين منطقتي التضخيم والتشبع. يصبح شكل الموجة موجة جيبية نقية دون أي تشويه مرئي، ويعود عامل الذروة إلى ≈1.414. (في حال حدوث تذبذب طفيف في السعة عند الحد الفاصل تمامًا، استخدم 50% من جهد الذروة إلى الذروة كقيمة ذروة لحساب عامل الذروة). يكون جهد RMS عند هذه النقطة أقل من قيمته عند أقصى قدرة خرج. هاتان حالتان متتاليتان في نفس إجراء الاختبار. تُعد قدرة الخرج غير المشوهة المرجع الأكثر شيوعًا لـ "ظروف التشغيل العادية" في اختبارات السلامة.

س3: لماذا نقوم بضبط مستوى الصوت (الكسب) بدلاً من سعة مصدر الإشارة عند خفض طاقة الإخراج من الحد الأقصى إلى طاقة الإخراج غير المشوهة؟ أ: يوفر ضبط سعة مصدر الإشارة تحكمًا تقريبيًا. نظرًا لكسب المضخم العالي، فإن حتى تغييرًا طفيفًا في سعة المصدر يتسبب في قفزة كبيرة في طاقة الخرج (على سبيل المثال، في الشكل 4 الأصلي، يؤدي التراجع عن طريق تقليل سعة المصدر إلى تحقيق 4.066 فولت RMS فقط، بينما يصل ضبط مستوى الصوت إلى 4.632 فولت RMS - أي فرق في الطاقة يبلغ حوالي 30٪). الطريقة الصحيحةقم بضبط سعة مصدر الإشارة، ثم اضبط مستوى الصوت/الكسب الخاص بالجهاز حتى يختفي التشويش تمامًا. هذا يعكس الاستخدام الفعلي بشكل أفضل ويتوافق مع الغرض من الملحق هـ.1.

س4: من أين تأتي طاقة الخرج غير المشوهة بنسبة 1/8؟ ولماذا نسبة 1/8 تحديداً وليس نسبة أخرى؟ أ: عادةً ما يكون معامل الذروة لإشارات الموسيقى والكلام في العالم الحقيقي ≤ 4 (يوضح المثال في الشكل 5 الأصلي ≈ 4). لإعادة إنتاج إشارة بمعامل ذروة = 4 دون تشويه، يجب أن يتعامل المضخم مع الذروة دون قص. باستخدام موجة جيبية بتردد 1000 هرتز (معامل الذروة = 1.414) كمرجع، إذا كانت ذروة الإشارة المستهدفة 3.490 فولت، فإن قيمة RMS المطلوبة للموجة الجيبية لتجنب قص الذروة ستكون 3.490 / 1.414 ≈ 2.468 فولت. ومع ذلك، فإن قيمة RMS الفعلية للإشارة المستهدفة هي 0.8718 فولت فقط. نسبة الجهد هي ≈ 0.3532، ونسبة القدرة المقابلة هي 0.3532² ≈ 0.125 = 1/8وبالتالي، يتم ضبط المضخم لتقديم طاقة خرج غير مشوهة 1/8 (استنادًا إلى مرجع الجيب بتردد 1000 هرتز) يتوافق مع نقطة التشغيل المثلى لإعادة إنتاج إشارة نموذجية من العالم الحقيقي خالية من التشوه بمعامل ذروة ≈4. عمليًا: اضبط أولاً على 1/8 بدون قص مع موجة جيبية (RMS ≈35.32% من الحد الأقصى لـ RMS بدون قص)، ثم انتقل إلى الضوضاء الوردية + مرشح تمرير النطاق.

س5: لماذا يلزم استخدام مرشح تمرير النطاق عند استخدام الضوضاء الوردية؟ ج: يتميز الضجيج الوردي بنطاق ترددي واسع جدًا (20 هرتز - 20 كيلوهرتز). قد يؤدي إدخاله مباشرةً إلى زيادة تحميل المُضخّم عند ترددات معينة، أو إلى إدخال ضجيج عالي التردد بشكل مفرط، مما يجعل شكل الموجة على راسم الإشارة يبدو فوضويًا ويصعب معه تحديد التشويش. يؤدي إضافة مرشح تمرير النطاق (الذي يقتصر عادةً على نطاق الصوت الفعال، كما هو موضح في الدائرة الأصلية) إلى إزالة الضجيج خارج النطاق، مما يجعل شكل الموجة أنقى وأقرب إلى الصوت الحقيقي، وذلك لإجراء قياس دقيق لقيمة RMS وتقييم التشويش.

س6: كيف ينبغي ضبط ظروف التشغيل العادية لمضخمات الصوت متعددة القنوات أو القنوات التي لا يمكنها العمل بشكل مستقل؟ A:

• قم بتوصيل مقاومة الحمل المقدرة الأقل ملاءمة بجميع القنوات؛
• تشغيل جميع القنوات في وقت واحد؛
• بالنسبة للقنوات التي تعتمد على قنوات أخرى (مثل الوصلة الداخلية في دائرة متكاملة للطاقة)، ​​قم بتوصيل الأحمال المقدرة واضبطها على طاقة الخرج المصممة 1/8 بدون تشويه؛
• بالنسبة للمعدات التي لا يمكنها العمل بشكل مستمر بكامل طاقتها (مثل بعض مكبرات الصوت الاحترافية المزودة بحماية حرارية)، استخدم الحد الأقصى لطاقة التشغيل المستمرة المعلنة من قبل الشركة المصنعة كحالة طبيعية.

س7: ما هي أسوأ السيناريوهات الرئيسية التي تحاكيها ظروف التشغيل غير الطبيعية؟ أ: الظروف غير الطبيعية تتراكم على الظروف الطبيعية ولكنها تُدخل أكثر الأعطال الفردية المحتملة خطورة، مثل:

• يتم ضبط الحجم على أي نقطة بين 0 والحد الأقصى (وخاصة الموضع الذي يتسبب في أعلى ارتفاع في درجة الحرارة)؛
• مكبر الصوت به ماس كهربائي؛
• مكبر الصوت ذو دائرة مفتوحة؛
• مصدر إشارة غير طبيعي (مثل إزاحة التيار المستمر)؛
• هناك أعطال أخرى قد تؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة أو زيادة الحمل أو إطلاق طاقة غير متحكم فيه. تُستخدم هذه الأعطال للتحقق من أن درجة الحرارة والعزل والحماية لا تزال تفي بمتطلبات السلامة (انظر الملحق هـ.2، ب.3، ب.4).

س8: كيف ينبغي معدات كيف يتم وضعها أثناء اختبارات ارتفاع درجة الحرارة؟ أ: ضع الجهاز وفقًا لتعليمات التركيب المعلنة من الشركة المصنعة. إذا لم تكن هناك تعليمات محددة، فاستخدم محاكاة نموذجية لخزانة تلفزيون منزلية:

• صندوق اختبار خشبي يفتح من الأمام؛
• حافة المعدات الأمامية تبعد 5 سم عن الحافة الأمامية للصندوق؛
• خلوص 1 سم على الجوانب والأعلى؛
• مسافة 5 سم بين الجزء الخلفي من الجهاز والجدار الخلفي للصندوق. هذا الترتيب يحاكي بيئات التركيب المنزلية الشائعة.

س9: تُخرج مكبرات الصوت الرقمية أشكال موجية مشوشة مع الكثير من ضوضاء التبديل - كيف يمكن رؤية التشويش بوضوح على راسم الإشارة؟ أ: استخدم دائرة الترشيح البسيطة الموصى بها في المقالة الأصلية (النقطتان A وC إلى أطراف مكبر الصوت، وB إلى أرضي المرجع/العودة، وD وE إلى مسبار راسم الإشارة، بما في ذلك المكثف 1000 بيكوفاراد، إلخ). تزيل هذه الدائرة معظم ضوضاء التبديل عالية التردد، مما يسمح باستعادة الموجة الجيبية الأساسية بتردد 1000 هرتز بوضوح لتقييم التشويش. ملاحظة: تسمية "1000F" في الرسم التخطيطي الأصلي خطأ مطبعي، والصحيح هو 1000 بيكوفاراد.

س10: ماذا لو لم يُظهر مكبر الصوت أي تشويه مرئي حتى عند أقصى طاقة خرج؟ ج: بعض مكبرات الصوت عالية الأداء من الفئة D أو غيرها من مكبرات الصوت المصممة جيدًا تظل خالية من التشويش/التشويه المرئي حتى عند أقصى خرج مُصنّف لها. في مثل هذه الحالات، اعتبر أقصى قدرة خرج مقاسة هي قدرة الخرج غير المقطوعة — لا حاجة إلى مزيد من التراجع — والمضي قدماً في الاختبارات اللاحقة (1/8 الطاقة، ارتفاع درجة الحرارة، إلخ) باستخدام تلك القيمة.

مولد الضوضاء الوردية وفقًا للملحق هـ من معيار IEC 62368-1