مقدمة فيزيائية و كهربائية
لفهم خلية بوشرو بشكل أفضل، من الضروري فهم بعض المفاهيم الأساسية في الكهرباء والإلكترونيات. أحد هذه المفاهيم هو الحث. الحث هو ميل الموصل (مثل ملف الصوت في مكبر الصوت) إلى مقاومة التغيير في التيار المار عبره. يعتمد هذا السلوك على الخصائص الفيزيائية للموصل، مثل عدد لفات الملف ومادته وحجمه. عندما يمر التيار المتردد (AC) عبر ملف، يتسبب الحث في إعاقة التدفق السريع للتيار، مما يؤدي إلى انخفاض في الاستجابة عند الترددات العالية.
في سياق مكبرات الصوت، يتسبب الحث في ملف الصوت في ظهور ما يسمى “الزيادة الحثية”. هذه الزيادة تعني أن مقاومة الملف تزداد مع زيادة تردد الإشارة. يؤدي هذا إلى انخفاض في خرج مكبر الصوت عند الترددات العالية، مما يسبب تشويهًا للصوت ويقلل من نطاق الترددات القابلة لإعادة الإنتاج. خلية بوشرو مصممة للتغلب على هذه المشكلة.
مكونات و تصميم خلية بوشرو
تتكون خلية بوشرو عادةً من مكونين رئيسيين:
- مقاومة (R): يتم اختيار قيمة هذه المقاومة بعناية لتتناسب مع مقاومة ملف الصوت.
- مكثف (C): يتم اختيار قيمة المكثف بحيث تتفاعل مع المقاومة لتوفير تعويض للحث.
يتم توصيل المقاومة والمكثف على التوالي عبر أطراف مكبر الصوت. يتم حساب قيم المقاومة والمكثف باستخدام صيغة رياضية معينة تعتمد على خصائص ملف الصوت، بما في ذلك مقاومته ومحاثته. الهدف هو جعل المعاوقة الكهربائية للخلية متوافقة مع المعاوقة الكهربائية لملف الصوت عبر نطاق الترددات المرغوب فيه.
الصيغة الأساسية لحساب قيم المكونات هي:
R = R e s
حيث : هي مقاومة ملف الصوت.
C = L R 2
حيث L هي حث ملف الصوت.
عندما يتم تطبيق الإشارة الصوتية، تعمل المقاومة والمكثف معًا للتغلب على تأثير الحث. يقوم المكثف بتوفير مسار ذي معاوقة منخفضة للترددات العالية، مما يتيح لها المرور عبر مكبر الصوت دون فقدان كبير. في الوقت نفسه، تعمل المقاومة على امتصاص بعض الطاقة الزائدة، مما يمنع التذبذب ويحسن الاستجابة الترددية. هذا يسمح لمكبر الصوت بإعادة إنتاج ترددات أعلى بدقة أكبر.
مزايا استخدام خلية بوشرو
يؤدي استخدام خلية بوشرو إلى العديد من المزايا:
- تحسين استجابة التردد: تعمل خلية بوشرو على تسوية استجابة التردد لمكبر الصوت، مما يسمح له بإعادة إنتاج نطاق أوسع من الترددات بدقة أكبر.
- تقليل التشويه: من خلال التغلب على تأثير الحث، تقلل الخلية من التشويه في الصوت، مما يؤدي إلى صوت أكثر وضوحًا ونقاءً.
- تحسين جودة الصوت: بشكل عام، يؤدي استخدام خلية بوشرو إلى تحسين جودة الصوت عن طريق تحسين الاستجابة الترددية وتقليل التشويه.
- حماية لمكبر الصوت: يمكن لخلية بوشرو أن تحمي مكبر الصوت من التذبذبات الضارة، والتي قد تضر بمكبر الصوت.
قيود وتحديات خلية بوشرو
على الرغم من مزاياها، فإن لخلية بوشرو بعض القيود والتحديات:
- الحساسية للتصميم: يجب تصميم خلية بوشرو بعناية لتتناسب مع خصائص مكبر الصوت المحدد. يمكن أن يؤدي التصميم غير الصحيح إلى نتائج أسوأ من عدم وجود خلية على الإطلاق.
- الفقد في الطاقة: تستهلك المقاومة بعض الطاقة من الإشارة، مما قد يؤدي إلى انخفاض طفيف في كفاءة مكبر الصوت.
- التكلفة الإضافية: إضافة خلية بوشرو تزيد من تكلفة تصميم مكبر الصوت، على الرغم من أن تكلفة المكونات عادة ما تكون منخفضة.
- التعقيد الإضافي: يضيف تصميم الخلية وتعويضها تعقيدًا إضافيًا إلى تصميم الدائرة.
خلية بوشرو مقابل شبكة زوبل
غالبًا ما تتم مقارنة خلية بوشرو بشبكة زوبل، على الرغم من أن هناك اختلافات مهمة بينهما. شبكة زوبل، والتي تسمى أحيانًا “شبكة التعويض”، هي دائرة مماثلة تُستخدم لتعويض الحث في مكبرات الصوت، ولكنها تستخدم لتثبيت مكبرات الصوت وتخفيف تأثيراتها على الدائرة الكهربائية. الفرق الرئيسي هو أن خلية بوشرو تركز على تحسين استجابة التردد، بينما تركز شبكة زوبل على ضمان استقرار مكبر الصوت ومنع التذبذبات.
كلاهما يستخدم المقاومات والمكثفات، ولكن القيم والتصميم تختلف. في حين أن كلاهما يمكن استخدامهما معًا في بعض الحالات، إلا أنهما يخدمان غرضين مختلفين في تصميم مكبرات الصوت. شبكة زوبل أكثر شيوعًا في تصميمات مكبرات الصوت، بينما خلية بوشرو أكثر تركيزًا على تحسين استجابة التردد.
تطبيقات أخرى لخلية بوشرو
في حين أن خلية بوشرو ترتبط بشكل كبير بتصميم مكبرات الصوت، يمكن تطبيق مبادئها في مجالات أخرى لتصميم الدوائر الكهربائية والإلكترونية. على سبيل المثال، يمكن استخدامها في الدوائر التي تتعامل مع ملفات الحث أو المحولات لتخفيف تأثير الحث وتحسين الاستجابة الترددية. ومع ذلك، فإن تطبيقها الأكثر شيوعًا يظل في مجال الصوتيات.
التطورات الحديثة في تصميم مكبرات الصوت
شهد تصميم مكبرات الصوت تطورات كبيرة على مر السنين. بالإضافة إلى خلية بوشرو وشبكة زوبل، هناك تقنيات أخرى مستخدمة لتحسين جودة الصوت، مثل:
- مكبرات الصوت ثنائية الاتجاه أو متعددة الاتجاهات: تستخدم هذه المكبرات عدة محركات (سماعات) منفصلة، كل منها مصمم للتعامل مع نطاق تردد مختلف، مما يحسن الاستجابة الترددية.
- التصميمات الذكية: تستخدم بعض مكبرات الصوت معالجة الإشارات الرقمية (DSP) لتعويض العيوب في تصميم مكبر الصوت وتحسين الأداء.
- المواد الحديثة: استخدام مواد جديدة في تصنيع مخاريط مكبرات الصوت وحوافها، بالإضافة إلى ملفات الصوت، يمكن أن يحسن من خصائصها الصوتية.
خاتمة
خلية بوشرو هي دائرة كهربائية مصممة لتحسين أداء مكبرات الصوت عن طريق تقليل تأثير الحث في ملف الصوت. من خلال توصيل مقاومة ومكثف على التوالي عبر أطراف مكبر الصوت، تعمل الخلية على تسوية استجابة التردد، وتقليل التشويه، وتحسين جودة الصوت. على الرغم من أن لها بعض القيود، إلا أن خلية بوشرو تظل أداة قيمة في تصميم مكبرات الصوت، ويوفر فهمها نظرة ثاقبة على المبادئ الهندسية وراء تصميم الصوت عالي الجودة.
المراجع
- Boucherot cell – Wikipedia
- Boucherot Cell – Electronics Tutorials
- Speaker Cables and the Zobel Network – Hifi Advice
- Passive RC Filters – RF Cafe
“`