ما هي وحدة مضخم الطاقة من الفئة AB؟ كيف يعمل على تحسين جودة الصوت؟

A وحدة مكبر للصوت فئة AB يوفر أفضل توازن بين جودة الصوت والكفاءة

وحدة مضخم الصوت من الفئة AB عبارة عن دائرة تضخيم طاقة تجمع بين خصائص تشويه منخفضة لتضخيم الفئة أ مع كفاءة الطاقة لتضخيم الفئة ب . إنه يعمل على تحسين جودة الصوت عن طريق القضاء فعليًا على التشوه المتقاطع - العيب الصوتي الأساسي لتصميمات الفئة B - مع الحفاظ على مستويات كفاءة عالية بما يكفي للاستخدام العملي في مضخمات طاقة الخلاط، وأنظمة PA، وشاشات الاستوديو، ومعدات هاي فاي الاستهلاكية. في قياسات العالم الحقيقي، يتم تحقيق ذلك من خلال وحدة مضخم صوت من الفئة AB مصممة جيدًا إجمالي التشوه التوافقي (THD) أقل من 0.1% وتقييمات الكفاءة 50-70% مما يجعلها طوبولوجيا مكبر الصوت السائدة في الصوت الاحترافي والمستهلك لعقود من الزمن.

ما هي وحدة مكبر الصوت من الفئة AB في الواقع؟

لفهم الفئة AB، من الضروري فهم ما تم تحسينه. تصف فئات مكبر الصوت كيفية توصيل ترانزستورات الخرج (أو الأنابيب) للتيار بالنسبة لدورة إشارة الدخل.

الفئة أ: دقة عالية وكفاءة منخفضة

في مكبر الصوت من الفئة A، يقوم ترانزستور الخرج بتوصيل التيار لـ كامل 360 درجة من دورة إشارة الإدخال. وهذا يعني أن الترانزستور يعمل دائمًا، بغض النظر عن وجود إشارة أم لا. والنتيجة هي تشويه منخفض للغاية وخطية ممتازة - ولكن الكفاءة عادة ما تكون فقط 20-30% مما يعني أن 70-80% من الطاقة المسحوبة من مصدر الإمداد تهدر على شكل حرارة. قد يستهلك مكبر الصوت من الفئة أ بقدرة 100 واط ما بين 300 إلى 500 واط بشكل مستمر، مما يتطلب مبددات حرارة ضخمة وإمدادات طاقة باهظة الثمن.

الفئة ب: كفاءة عالية، تشويه عالي

تستخدم الفئة B ترانزستورين في تكوين الدفع والسحب - أحدهما يتعامل مع النصف الموجب من دورة الإشارة، والآخر يتعامل مع النصف السلبي. كل ترانزستور يوصل لـ فقط 180 درجة . تتحسن الكفاءة بشكل كبير 70-78% ، ولكن عندما يتم تسليم الترانزستورين عند نقطة التقاطع الصفرية لشكل الموجة، تنشأ فجوة توقيت تشويه كروس - قطعة أثرية مسموعة تبدو قاسية ومحببة وغير طبيعية، خاصة عند مستويات الاستماع المنخفضة.

الفئة AB: الأمثل العملي

تعمل وحدة مضخم الصوت من الفئة AB على حل مشكلة التشوه المتقاطع عن طريق انحياز ترانزستورات الخرج بحيث تعمل أكثر قليلا من 180 درجة لكل منهما - عادة حوالي 190-200 درجة. يضمن هذا التداخل الصغير عند التقاطع الصفري توصيل كلا الترانزستورات في وقت واحد أثناء عملية التسليم، مما يزيل الفجوة التي تسبب تشويه التقاطع. تيار الانحياز المطلوب لهذا التداخل يكون صغيرًا عادةً 10-100 مللي أمبير في وحدة مصممة جيدًا - مع الحفاظ على استهلاك الطاقة الخاملة وتوليد الحرارة أقل بكثير من مستويات الفئة أ.

كيف تعمل وحدة مكبر الصوت من الفئة AB على تحسين جودة الصوت

التحسينات الصوتية للفئة AB على الفئة B قابلة للقياس ومسموعة وترتبط مباشرة بسلوكيات دائرة محددة.

القضاء على تشويه كروس

يؤدي التشويه المتقاطع إلى إنتاج توافقيات ذات ترتيب فردي - وخاصة التوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة - والتي تكون غير سارة للأذن البشرية. تضيف هذه التوافقيات صلابة أو تحببًا إلى الصوت الذي يمكن ملاحظته بشكل خاص في النغمات المستمرة والغناء والمحتوى عالي التردد. من خلال انحياز مرحلة الإخراج إلى عملية طفيفة من الفئة A حول معبر الصفر، تعمل وحدة الفئة AB على تقليل هذه المصنوعات اليدوية إلى مستويات تكون عادةً 20-40 ديسيبل تحت الإشارة الأساسية - أقل بكثير من عتبات السمع في ظروف الاستماع العادية.

التشوه التوافقي الإجمالي المنخفض (THD)

وحدات مكبر الصوت الحديثة من الفئة AB، جنبًا إلى جنب مع دوائر التغذية المرتدة السلبية، تحقق بشكل روتيني أرقام THD تبلغ 0.001–0.1% عبر نطاق تردد الصوت (20 هرتز - 20 كيلو هرتز). وهذا يعني أن الإشارة المضخمة هي نسخة دقيقة للغاية من الإدخال - المحتوى التوافقي الإضافي الذي يتم تقديمه عن طريق التضخيم يكاد يكون غير مسموع. بالمقارنة، يمكن أن تظهر تصميمات الفئة ب المبكرة بدون ردود فعل THD 1-3% عند مستويات الإشارة المنخفضة حيث يهيمن التشوه المتقاطع.

استجابة واسعة ومسطحة للتردد

تحافظ وحدة الفئة AB المصممة جيدًا على استجابة التردد المسطح - عادةً في الداخل ±0.5 ديسيبل من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز - التأكد من تضخيم الترددات الجهير والمتوسطة والثلاثية بشكل متساوٍ. ويعني هذا الخطي أن مكبر الصوت لا يقوم بتلوين الصوت من خلال التركيز على أي نطاق تردد أو تخفيفه، مما يحافظ على التوازن النغمي المقصود من خلال التسجيل أو إعدادات جهاز مزج الأصوات.

نسبة الإشارة إلى الضوضاء العالية (SNR)

تحقق وحدات مضخم الصوت من فئة AB ذات الجودة أرقام SNR تبلغ 100-120 ديسيبل - مما يعني أن الإشارة الصوتية المطلوبة أقوى بما يتراوح بين 100000 إلى 1000000 مرة من مستوى الضوضاء الخاص بمكبر الصوت. من الناحية العملية، هذا يعني أن هسهسة الخلفية والطنين والضوضاء الإلكترونية غير مسموعة حتى عند مستويات الاستماع العالية، مما يساهم في وضوح و"سواد الخلفية" الذي يربطه عشاق الموسيقى بالتضخيم عالي الجودة.

الفئة AB مقابل فئات مكبر الصوت الأخرى: مقارنة الأداء

وحدات مضخم الصوت من الفئة AB في مضخمات طاقة الخلاط

في مضخمات طاقة الخلاط - الوحدات المتكاملة التي تجمع بين وحدة خلط الصوت مع قناة واحدة أو أكثر من قنوات مضخم الطاقة - تلعب وحدة الفئة AB دورًا مهمًا بشكل خاص. تُستخدم هذه الوحدات على نطاق واسع في تعزيز الصوت المباشر، وأنظمة المؤتمرات، ودور العبادة، والتطبيقات الصوتية المثبتة حيث تكون البساطة والموثوقية مهمة بقدر أهمية جودة الصوت.

لماذا تعتبر الفئة AB هي الاختيار القياسي لمضخمات طاقة الخلاط

• أداء موثوق عبر نطاق ديناميكي واسع: تختلف الإشارات الصوتية الحية بشكل كبير - من الصمت القريب إلى ذروة الإخراج الكامل. تحافظ الفئة AB على تشويه منخفض عبر هذا النطاق الديناميكي بأكمله، على عكس الفئة B التي تتحلل عند مستويات إشارة منخفضة بالقرب من نقطة التقاطع.
• الاستقرار الحراري: تولد وحدات الفئة AB كميات يمكن التنبؤ بها ويمكن التحكم فيها من الحرارة التي يمكن التعامل معها باستخدام المبددات الحرارية القياسية ومروحة التبريد، على عكس الفئة A التي من شأنها أن تجعل تصميمات مضخم الصوت المدمج ساخنة وثقيلة بشكل غير عملي.
• موثوقية مثبتة على المدى الطويل: طوبولوجيا الدائرة ناضجة ومفهومة جيدًا. تعمل مضخمات قدرة الخلاط عالية الجودة التي تستخدم مراحل إخراج الفئة AB بشكل روتيني بشكل مستمر 10-20 سنة في التطبيقات الصوتية المثبتة مع الحد الأدنى من الصيانة.
• قابلية التوسع في طاقة الخرج: يمكن موازاة وحدات الفئة AB أو توصيلها لتوفير طاقة خرج أعلى. مضخم صوت نموذجي ثنائي القناة من الفئة AB تم تصنيفه بـ 2 × 250 واط عند 4 أوم يمكن في كثير من الأحيان أن يتم سدها للتسليم 500-700 واط إلى 8 أوم لقيادة مكبرات الصوت أو أنظمة السماعات الأكبر حجمًا.

المواصفات الأساسية التي يجب تقييمها عند اختيار وحدة مضخم الصوت من الفئة AB

عند اختيار وحدة مضخم صوت من الفئة AB لتطبيقات الصوت، تعكس المواصفات التالية بشكل مباشر جودة الصوت الواقعية وملاءمتها لنظامك.

• THD N (التشويه التوافقي الإجمالي بالإضافة إلى الضوضاء): ابحث عن القيم أدناه 0.05% عند الطاقة المقدرة . تمثل الأرقام الأقل من 0.01% تصميمات عالية الجودة حقًا. كن حذرًا من المواصفات التي يتم قياسها عند 1 كيلو هرتز فقط - اطلب قياسات النطاق الترددي الكامل من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز.
• نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR): الحد الأدنى من 100 ديسيبل غير مرجح للتطبيقات المهنية؛ 105-110 ديسيبل مرجح للتطبيقات عالية الدقة. يقدم انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) أرضية ضوضاء مسموعة في إعدادات الكسب العالي.
• عامل التخميد: عامل التخميد العالي (عادة 200-500 عند 8 أوم عند 1 كيلو هرتز) يشير إلى أن مكبر الصوت يمكنه التحكم بإحكام في حركة مخروط مكبر الصوت، مما يحسن تعريف الجهير ويقلل التراكم.
• معدل العدد الكبير: يشير معدل التدفق، المُقاس بوحدة V/s، إلى مدى سرعة استجابة الإخراج للإشارات العابرة السريعة. قيم 20-50 فولت/ثانية مناسبة للصوت؛ تعمل القيم الأعلى على تحسين الدقة العابرة في الإيقاع ومواد البرامج الثقيلة الهجومية.
• الخمول (هادئ) الاستقرار الحالي والتحيز: يجب تعويض تيار التحيز الهادئ حرارياً بحيث يظل مستقرًا مع ارتفاع حرارة الوحدة - يعد انجراف التحيز غير المستقر سببًا شائعًا لزيادة التشوه واحتمال فشل الترانزستور في وحدات الفئة AB سيئة التصميم.

التطبيقات الشائعة حيث تتفوق وحدات مكبر الصوت من الفئة AB

إن الجمع بين التشوه المنخفض والكفاءة الكافية ونضج الدائرة يجعل الفئة AB هي هيكل مكبر الصوت المفضل عبر مجموعة واسعة من التطبيقات الصوتية الاحترافية والمستهلكة:

• مضخمات قوة الخلاط للصوت الحي: تعتمد الأماكن بدءًا من الحانات الصغيرة وحتى قاعات الحفلات الموسيقية متوسطة الحجم على توصيل مجموعات مضخم الصوت من الفئة AB 500 واط - 2000 واط لكل قناة لقيادة أنظمة مكبرات الصوت كاملة النطاق
• مكبرات صوت شاشة الاستوديو: تستخدم الشاشات التي تعمل بالطاقة ذات الدرجة المرجعية من العلامات التجارية مثل Genelec وFocal وNeumann تضخيم الفئة AB لمشغلات المدى المتوسط ومكبرات الصوت حيث يكون إعادة إنتاج النغمات الدقيقة أمرًا بالغ الأهمية
• مكبرات الصوت المدمجة هاي فاي: تستخدم الغالبية العظمى من مكبرات الصوت المدمجة في النطاق السعري 300-3000 دولار مراحل إخراج الفئة AB، بما في ذلك المنتجات من Marantz وCambridge Audio وNAD وYamaha.
• أنظمة الصوت المثبتة: تستخدم أنظمة الموسيقى الخلفية في الفنادق وبيئات البيع بالتجزئة والشركات وحدات مضخم الصوت من الفئة AB لموثوقيتها وأدائها الصوتي المتسق على مدار سنوات من التشغيل المستمر
• مكبرات صوت الجيتار والآلات الموسيقية: تستخدم العديد من مكبرات صوت الجيتار ذات الحالة الصلبة مراحل طاقة من الفئة AB لتوفير مساحة رأس نظيفة مع سلوك قص يمكن التنبؤ به عند القيادة بقوة

الأسئلة المتداولة حول وحدات مكبر الصوت من الفئة AB

هل وحدة مضخم الصوت من الفئة AB أفضل من مضخم الصوت من الفئة D من حيث جودة الصوت؟

بالنسبة لمعظم المستمعين في معظم التطبيقات، فإن مكبر الصوت من الفئة D المصمم جيدًا يطابق الآن الفئة AB أو يقترب منها في جودة الصوت المُقاسة والمدركة. ومع ذلك، تحتفظ الفئة AB بمزايا في وضوح متوسط المدى وعمق الصوت ودقة التفاصيل منخفضة المستوى التي تظل مسموعة في بيئات الاستماع الحرجة وأنظمة الصوت عالية الدقة. الكفاءة المتفوقة للفئة د ( 85-95% مقابل 50-70% للفئة AB) يجعلها الخيار المفضل لتضخيم مضخم الصوت عالي الطاقة والأنظمة المحمولة والتطبيقات التي يكون فيها تبديد الحرارة عائقًا. بالنسبة لمضخم طاقة الخلاط في سياق الصوت المباشر حيث يعمل مكبر الصوت بشكل مستمر عند مستويات إخراج معتدلة، تقدم الفئة AB عادةً طابعًا صوتيًا أكثر طبيعية ودقة - على الرغم من أن الفجوة تضيق مع كل جيل من تصميم الفئة D.

لماذا يعمل مضخم الصوت من الفئة AB بشكل دافئ حتى في حالة عدم تشغيل أي إشارة؟

وهذا سلوك طبيعي ومتوقع. عادة ما تكون مرحلة الإخراج من الفئة AB متحيزة مع تيار هادئ صغير 25-100 مللي أمبير لكل زوج ترانزستور مخرج — يتدفق بشكل مستمر عبر كلا جهازي الإخراج حتى مع عدم وجود إشارة. هذا التيار الخامل هو ما يزيل التشوه المتقاطع عن طريق ضمان توصيل كلا الترانزستورات بلطف عندما تتجاوز الإشارة الصفر. الطاقة التي يتبددها هذا التيار الهادئ تنتج الدفء الخامل الذي تشعر به في المبدد الحراري. ستكون الوحدة المصممة بشكل صحيح دافئة ولكنها ليست ساخنة في وضع الخمول - إذا أصبح مكبر الصوت ساخنًا للغاية في حالة السكون، فقد يكون الانحياز مرتفعًا جدًا أو قد يفشل التعويض الحراري.

هل يمكن إصلاح وحدة مضخم الصوت من الفئة AB في حالة تعطلها، أم يجب استبدالها؟

يمكن إصلاح معظم أعطال وحدة مضخم الصوت من الفئة AB بواسطة فني إلكترونيات مؤهل. أوضاع الفشل الأكثر شيوعًا هي ترانزستورات الإخراج في مهب (يحدث عادةً بسبب أحمال الدائرة القصيرة أو ارتفاع درجة الحرارة أو أخطاء إزاحة التيار المستمر) و الترانزستورات المتحيزة الفاشلة أو المقاومات المتقلبة التي تتسبب في الانجراف خارج الحدود الآمنة. ترانزستورات الإخراج هي مكونات قياسية متوفرة من موردي الإلكترونيات، وعادةً ما تكون تكلفة إعادة بناء مرحلة الإخراج الكاملة على وحدة الجودة 50-200 دولار في أجزاء بالإضافة إلى العمل. إن البناء المعياري لمعظم مضخمات قدرة الخلاط الاحترافية يجعل استبدال مرحلة الإخراج أمرًا سهلاً - حيث تسمح العديد من التصميمات بإزالة وحدة مكبر الصوت واستبدالها كوحدة كاملة.

كيف تؤثر ردود الفعل السلبية على صوت وحدة مضخم الصوت من الفئة AB؟

يتم استخدام ردود الفعل السلبية (NFB) في جميع تصميمات الفئة AB تقريبًا لتقليل التشوه وتحسين استواء استجابة التردد وزيادة عامل التخميد وتقليل مقاومة الإخراج. ويحدد مقدار ردود الفعل - التي يتم قياسها بالديسيبل - بشكل مباشر مدى تحسن هذه المعلمات. تستخدم وحدة مضخم الصوت النموذجية من الفئة AB 20-40 ديسيبل من إجمالي NFB ، والتي يمكن أن تقلل من THD للحلقة المفتوحة بنسبة 1-5٪ وصولاً إلى 0.001-0.05% النطاق. يركز الجدل حول NFB على الحجة القائلة بأنه على الرغم من أنه يقلل من قياسات تشويه الحالة المستقرة، إلا أنه يمكن أن يقدم شكلاً من أشكال التشوه الديناميكي على العابرين السريعين. يعالج مصممو مكبرات الصوت الحديثة هذا الأمر من خلال الجمع بين النطاق الترددي العالي للحلقة المفتوحة (تقليل خطأ الكسب الذي يجب أن تصححه التغذية المرتدة) مع مستويات التغذية المرتدة المعتدلة.

ما هي ترانزستورات الخرج المستخدمة في وحدات مضخم الصوت من الفئة AB عالية الجودة؟

ترانزستورات الإخراج الأكثر احترامًا لوحدات الصوت عالية الجودة من الفئة AB هي ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب (BJTs) في أزواج NPN/PNP التكميلية. تشمل الأنواع عالية الأداء المثبتة زوج Toshiba 2SA1943/2SC5200 (المصنف بـ 150 فولت، 15 أمبير، 150 واط) وزوج ON Semiconductor MJL21193/MJL21194، وكلاهما يستخدم على نطاق واسع في التصميمات الاحترافية وعشاق الموسيقى. يمكن استخدام التصاميم الراقية الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) الجانبية (مثل Exicon ECF10N20/ECF10P20) التي تتميز بخاصية القطع "الشبيهة بالأنبوب" الأكثر تدرجًا والتي يجدها العديد من المستمعين أكثر تسامحًا من الناحية الموسيقية من قص BJT. يحدد عدد أزواج ترانزستورات الإخراج الحد الأقصى لتوصيل التيار وإخراج الطاقة - تستخدمه معظم وحدات مكبر الصوت الاحترافية 2-6 أزواج لكل قناة اعتمادا على القوة المقدرة.

كيف أعرف ما إذا كان مضخم طاقة الخلاط الخاص بي يستخدم وحدة من الفئة AB؟

الطريقة الأكثر موثوقية هي التحقق من مواصفات المنتج - يتم ذكر فئة مكبر الصوت دائمًا تقريبًا في قسم المواصفات الفنية في دليل المالك أو على موقع الشركة المصنعة على الويب. تشمل المؤشرات المادية التي تشير إلى الفئة AB خافضات حرارة كبيرة أو مروحة تبريد خلفية (يشير إلى تبديد كبير للحرارة، على عكس الفئة D)، وهيكل دافئ في وضع الخمول، ومصدر طاقة مزود بمحول حلقي كبير أو محول EI بدلاً من مصدر تحويل مدمج (وهو أكثر شيوعًا في تصميمات الفئة D). إذا كان مكبر الصوت دافئًا عند اللمس دون تشغيل إشارة ويحتوي على محول طاقة تقليدي كبير، فمن المؤكد تقريبًا أنه من الفئة AB. معظم مضخمات طاقة الخلاط في 100 واط - 1000 واط لكل قناة النطاق الذي تبيعه علامات تجارية مثل Yamaha، وCrown، وQSC، وBehringer يستخدم مراحل إخراج الفئة AB أو الفئة H (مشتقة من الفئة AB).