مقدمه :

در طراحي و ساخت سيستمهاي مخابراتي و صوتي و تصويري مهمترين موضوعي كه وجود دارد اين است كه بتوانيم سيگنال فرستاده شده را به بهترين كيفيت دريافت كنيم و بيشترين شباهت بين سيگنال خروجي و ورودي برقرار باشد و در سيگنال صوت و تصوير اينكه شنونده و بيننده بهترين تصوير ممكن و با كيفيت ترين صدارا دريافت كند.

هر قدر هم كه يك سيستم گيرنده با دقت و كيفيت طراحي شود باز هم به علل مختلف خروجي ها بطور كامل دلخواه ما نخواهد بود و اعوجاج سيگنالها و نويز محيط خروجي را خراب خواهند كرد سعي طراحان به اين است كه ادواتي را به مدار اضافه كنيم تا اينكه خروجي ها به سيگنال ايده آل نزديك شود .يكي از اين مدارات متعادل كننده EQUALIZER است در بحث حاضر ما روي متعادل كننده هاي صوتي متمركز خواهيم شد كه در فركانس صوت يعني 20هرتز تا 20 كيلو هرتز كار مي كنند .

امروزه تمام ادوات صوتي مانند راديو ، ضبط ، اكو ،آمپلي فاير و ... مدارات متعادل كننده به انواع مختلف ديجيتال و آنالوگ وجود دارد .كه از لحاظ تعداد كانالهاي فركانسي نيز گوناگون مي باشند بسته به نياز معمولا از 3 كانال تا 20 كانال در صورت امكان ديده مي شود كه هر چه تعداد كانالها بيشتر باشد امكان كار روي صوت بيبشتر مي شود در عين حال هزينه و حجم مدار وسيعتر خواهد شد. اصول كار اكولايزر بر اساس فيلترهاي ميان گذر مي باشد كه براي هر كانال فيلترهايي در نظر گرفته مي شود در پروژه جاري سعي شده است كه سيگنال صوت و روشهاي توليد ان بررسي شود ضمن اينكه به ورودي و خروجي مدارات صوتي يعني ميكروفون و بلندگو نيز توجه شده است .

سپس به معرفي اكولايزر و نحوه كار كردن و روشهاي ساخت آن پرداخته شده و همچنين بررسي انواع فيلترها و فيلترهايي كه در پروژه جاري به كار رفته و طراحي آنها پرداخته شده است .در ادامه به نحوه ساخت و پياده سازي و طراحي اين مدار 6 كاناله توضيح مدار و قسمتهاي مختلف آن و توضيح در مورد آمپلي فاير بكار رفته در آن LM380 پرداخته شده است .

فصل اول

معرفي سيگنال صوت :

صوت عبارت از ارتعاشاتي است كه قابل شنيدن باشد و اين ارتعاشات را اجسام مادي مرتعش در اطراف خود منتشر مي سازند .مبحثي از فيزيك كه در آن از پديده صوت بحث مي شود اكوستيك نام دارد . هر گونه صوتي را كه در نظر بگيريم از لحاظ احساسات مربوط به حس شنوايي داراي سه خاصيت اصلي است : شدت ،ارتفاع و طنين صوت شدت صوت تاثر از انرژي صوتي است كه به عوامل مختلفي بستگي دارد :

- مقدار انرژي است كه در واحد زمان از واحد سطح عمود بر امتداد انتشار عبور مي كند

- دامنه ارتعاشات

- فركانس ارتعاشات

- جرم واحد حجم از حجم جسم مرتعش

- سرعت انتشار صوت در جسم مرتعش

شدت صوت را ممكن است به كمك خاصيت رزنانس زياد كرد يعني :

هر گاه در پهلوي جسم A كه قابليت ارتعاش كردن دارد جسمي مانند B را به ارتعاش در مي آوريم اگر پريود مخصوص يكي از ارتعاشات آزاد جسم A مساوي باشد بايد پريود ارتعاش جسم B در اين صورت جسم A نيز به ارتعاش درخواهد آمد اين پديده را رزنانس و جسم A را رزناتور گويند .

قدرت منابع صوتي :

از روي محاسبه شدت صوت در يك نقطه معين مي توان به قدرت منبع آن پي برد اين موضوع براي انتخاب محل نطق و خطابه و موزيك و غير آن داراي كمال اهميت است .

در مورد صحبت و در حدود فركانس صداي انسان قدرت متوسط صوت ناطق در حدود ميكرو وات است . ولي بايد در نظر داشت كه انرژي فركانسهاي زياد صداي انساني در موقع صحبت با انرژي فركانسهاي كم اختلاف كلي دارد و ممكن است انرژي صوت انساني در موقع صحبت به هزار ميكرووات نيز برسد .

ارتفاع صوت :

صداي خشن و كلفت را بم و صداي نازك و تيز را زير و خاصيت زير و بمي هر صوت را ارتفاع آن مي نامند . صداي زير ارتفاع بيشتري از صداي بم دارد .

ثابت شده است كه زير و بم بودن هر صدا با فركانس آن ارتباط دارد يعني هر اندازه فركانس صدا بيشتر باشد صدا زير تر و هر چقدر فركانس آن كمتر باشد صدا بم تر است .نكته ديگر اينكه ارتفاع صوت به شدت صوت بستگي ندارد ولي ثابت شده كه وقتي شدت صوت زياد شود اگر صوت بم بوده بم تر و اگر زير بوده زير تر مي شود .

حدود ارتفاع صوت :

گوشهاي معمولي ارتعاشات با فركانس كمتر از 16 هرتز و بيشتر از 38 كيلو هرتز را حس نمي كنند .ولي حد متوسط براي گوش انسان را بين 20 هرتز و 20 كيلو هرتز در نظر مي گيرند .

هارمونيك ها :

وقتي در يك جسم ارتعاشاتي پيدا شوند كه فركانس آنها نسبت به يكديگر مانند اعداد N ... 3،2، 1 باشند در اين صورت بم ترين آنها را ارتعاش اصلي و بقيه آن را هارمونيك آن صوت اصلي مي نامند .

طنين صوت :

تجربه نشان مي دهد كه هرگاه يك نت مخصوص را هر دفعه با يك آلت موسيقي بنوازند در حالي كه چشم را بسته باشند گوش بخوبي تشخيص مي دهد كه اين دو صدا از دو اسباب مختلف است .از اينجا معلوم مي شود كه هر اسباب و آلت موسيقي در موقع اداي يك نت خاصيتي مخصوص به خود دارد .اين كيفيت و خاصيت مخصوص به هر صدا را طنين صدا نامند .

براي بيان علت آن فرضيه هاي مختلفي وجود دارد ، بعضي آنرا بواسطه وجود اختلاف فاز در دو صدا مي دانند ، بعضي معتقدند كه طنين هر صوت مربوط به عده و نوع و شدت هارمونيك هايي است كه با صوت اصلي آن همراه است يعني مثلا در يك نت هارمونيك هايي دو ،چهار ، شش ، دوازده و بيست موجود است و در ديگري هارمونيك هايي شش و بيست .

روشهاي توليد صوت :

- ايجاد يك تك فركانس بوسيله ارتعاش يك جسم مانند فنر و تركيب فركانسهاي مختلف.

- تار مرتعش كه امواج عرضي روي آن منتشر مي شود و اين طور در نظر مي گيريم كه حركت تعداد معيني از جرمهاي مساوي كه در طول تار بي جرمي به فاصله هاي مساوي قراردارند و سپس اين تحليل را به تعداد بي شماري جرم بسط دهيم كه فاصله آنها بي اندازه كم است بدين ترتيب بي نهايت نقطه جرمدار تاره نقش خواهيم داشت كه حل آن معرفي بي نهايت فركانس گوناگون ارتعاش است .

- ارتعاش ميله ها : نوع مهم ديگر انتشار موجهاي طولي در ميله است هنگامي كه آشفتگي موج طولي در طول چنين ميله اي منتشر شود جابجايي ذرات ميله به موازات محور آن است اگر ابعاد عرضي ميله نسبت به طول آن كوچك باشد هر سطح مقطع عمود بر محور را مي توان واحد متحركي گرفت در واقع هنگام انتشار موج طولي در ميله ، تراكم و انبساط لايه ها سبب جابجايي نقاط ميله در امتداد عرض مي شود ..ولي اگر ميله نازك باشد مي توان حركات جانبي لايه ها را ناديده گرفت كاربردهاي ميله هاي مرتعشي با موجهاي طولي در وسائل آكوستيكي فراوان است .از جمله ميله هاي استانده فركانس به ابعاد مختلف براي توليد صدا با ارتفاعهاي مشخصي را مي توان نام برد . در اين ميله ها فركانس نسبت عكس با طول دارد .

- ارتعاشهاي يك صفحه تخت : بر خلاف موارد قبلي اين ارتعاش دو بعدي مي باشد يعني ارتعاش هر نقطه بستگي به وضع آن نسبت به محور دارد مانند پوسته گرد كه از اطراف بطور يكنواخت كشيده شده باشد و در آن نيروي برگرداننده وابسته به سختي در برابر نيروهاي وابسته كششي قابل چشم پوشي است نمونه هاي آن پوسته كشيده شده روي دهانه طبل يا ديافراگم ميكروفون خازني است و ديگري ورقه نازك گرد است كه عامل اصلي ارتعاش آن سختي جسم است از نمونه هاي آن ديافراگم هاي گوشي دهانه تلفنهاي معمولي است

- صوت ناشي از امواج تخت : كه معمولا فركانسي بالاتر از حد شنوايي دارند و معمولا در گوش ايجاد درد مي كنند كه اين امواج سه بعدي هستند مانند صداي هواپيماي جت .

2-1- بلندگوها :

بلندگوي ايده آل بايد داراي مشخصات زير باشد :

1- بايد داراي كارايي الكترواستاتيكي نزديك به صد در صد باشد .

2- پاسخ صوتي كه از آن خارج مي شود در فاصله كامل فركانسهاي قابل شنيدن مستقل از فركانس باشد .

3- در صوت خروجي هارمونيك داخل نسازد و همچنين بوسيله مدولاسيون داخلي در آن عوجاج ايجاد نكند .

4- سيگنالهايي را كه به آن واردمي شوند بتواند عينا به همان شكل دوباره بسازد.

5- قادر باشد صوت را در اطراف خود مستقل از راستاي بخصوص منتشر كند .

6- تا حد امكان از لحلظ اندازه كوچك باشد .

ساختن بلندگويي كه تمام خواص بالا را داشته باشد ممكن است مشكل باشد ولي سعي ميكنيم حتي الامكان به اين مشخصات نزديك شويم .

دو نوعي كه بيش از همه به كار مي روند عبارتند از بلندگوهاي ديناميكي و بلندگوهاي بوق دار .هر دوي اين بلندگوها از كوپلينگ الكتروديناميكي كه بين حركت صفحه اي مرتعش به نام مخروط بلندگو يا ديافراگم و جريان موجود در VOICE-COIL يا پيچك صوتي برقرار است استفاده مي كنند .انواع ديگر كوپلينگ الكترو ديناميكي كه براي اين مقصود بكار مي روند عبارتند از كوپلينگ الكترواستاتيك و كوپلينگ الكترومغناطيسي در گيرنده هاي تلفني .

بلندگوي ديناميكي :

مخروط بلندگو تابش خود را به يك طرف ديوارك بيكران مسطحي كه بلندگو روي آن نصب شده مي فرستد .

اتلاف نيز وجود دارد كه مربوط به انعطاف مكانيكي ماده چنين است كه براي محدود كردن حركت مخروط در لبه خارجي آن و نيز در نزديك پيچك صوتي نصب شده و سبب مي شود كه حركت آزاد مخروط فقط در امتداد محور آن باشد .وقتي فركانس حركت دهنده بالا باشد مخروط بلندگو ديگر به شكل يك واحد حركت نمي كند بلكه به منطقه هاي مختلف تقسيم مي گردد. يعني وقتي كه بعضي از اين منطقه هاي روبه بيرون در حركتند منطقه هاي ديگر حركت رو به درون خواهند داشت .وقتي اين عمل روي داد مقدار ثابت سربسته تغيير مي كند .پيچك صوتي مستقيما به صفحه لرزان اتصال دارد و مي تواند در ميزان شعاع مغناطيسي كه امتداد آن عمود بر پيچش پيچك قرار گرفته به جلو و عقب حركت كند .اگر ميدان مغناطيسي را كه در آن پيچك حركت نمي كند يكنواخت فرض مي كنيم نيروي راننده كه به مخروط بلندگو وارد مي شود متناسب است با جرياني كه داخل پيچك جاري است .به علت انعطاف پذيري سطح تابنده بلندگوي مخروطي راستاي انتشار پرتوهاي صوتي آن وسيع است .اين خاصيت بواسطه محدود بودن سرعت موجهاي ارتعاشي عرض در مخروط است كه سبب مي شود حركت قسمتهاي محيطهاي مخروط نسبت به حركت پيچك صوتي و قسمت مركزي مخروط بيافتد. وقتي زاويه مخروط بزرگتر شود خاصيت راستا روي پرتوهاي انتشار يافته اند از بلندگو كم شود .يعني اين خاصيت در زاويه هاي بزرگتر كمتر از وقتي است كه زاويه كوچك باشد .علت اين است كه در حالت نخست سختي موثر سطح بلندگو كمتر است . سر انجام در فركانسهاي بالاتر از فركانس اصلي رزونانس مربوط به سطح مخروط ، سخت نبودن آن سبب مي گردد كه قسمتهاي مختلفش با فاز مخالف به ارتعاش در آيند در نتيجه شعاع موثر مخروط با زياد شدن فركانس كم مي شود كه سبب وسعت صداي منتشر شده از بلندگو مي گردد. دو اثري كه در كم كردن شعاع موثر مخروط پيدا مي شود عبارت است از كم شدن مقاومت تابش كه سبب كم شدن مقدار بازداده آكوستيكي در فركانسهاي زياد مي گردد با وجود اين تا حدودي اين كاهش بر اثر كم شدن جرم موثر متعلق به مخروط جبران گردد .در فركانسهاي كم كه براي انتقال حركت مركز مخروط و رسيدن آن به حلقه بيروني وقت كوتاهي نسبت به پريود ارتعاش لازم است مي توان فرض كرد كه مخروط مانند سطح سختي ارتعاش مي كند .سرعت انتشار موجهاي ارتعاشي عرضي در مخروط كاغذي عموما تابع كلفتي ، سختي و زاويه مخروط و همچنين تابع فركانس وارد به آن است با وجود اين در مخروطهاي كه معمولا در تجارت بكار مي رود سرعت مشاهده شده در حدود 500 متر بر ثانيه است .در نتيجه براي رسيدن هر نوع آشفتگي ، حركتي از پايين به حلقه بيروني مخروطي به زاويه 120 كه 501 متر شعاع آن باشد زماني در حدود 4/1 ثانيه بيشتر لازم نيست و بنابراين مي توان بطور معقولي فرض كرد كه در فركانس كمتر از 500 متر بر ثانيه است. در نتيجه براي رسيدن هر نوع آشفتگي ، حركتي از پايين به حلقه بيروني مخروطي به زاويه 120 كه 501 متر شعاع آن باشد زماني در حدود 4/1 ثانيه بيشتر لازم نيست و بنابراين مي توان بطور معقولي فرض كرد كه در فركانس كمتر از 500 هرتز مخروط به شكل يك واحد يكپارچه حركت مي كند.

در فركانسهاي بالا ديگر مخروط به صورت يكپارچه ارتعاش نمي كند بلكه ارتعاش آن در منطقه هاي جداگانه اي كه بوسيله دايره هاي گرهي از يكديگر جدا مي گردند انجام مي پذيرد. دامنه ارتعاش در منطقه بيروني نسبتاً كوچك است. چنانچه با تقريب مي توان گفت ارتعاشها فقط از قسمت مركزي با شعاع و جرم خاص كه با زياد شدت فركانس كم مي شود منتشر مي شوند. اين كاهش در شعاع مؤثر مخروط صورت مي گيرد سبب مي شود ايستادگي مؤثر به تشعشع تقريباً با كم شود.

چون اين دستگاه در فركانسهاي بالا با جرم كنترل مي شود بنابراين امپدانس مكانيكي آن مساوي است با . اگر از بكاهيم و بر فركانس بافزائيم با سرعتي كه پيستون سخت زياد مي شد افزايش نمي يابد. زيرا در پيستون سخت به مقدار ثابتي باقي مي ماند.

-نتيجه اين دو اثر اين است كه كارايي بلندگوي مخروطي براي فركانسهاي بيش از 1000 هرتز تا اندازه اي افزايش مي يابد و اگر بخواهيم كه مخروط كاغذي زياد تقريباً مانند پيستون با شعاع كوچكتر ارتعاش كند اين منظور را مي توان تا حدود زيادي بدين سان تأمين كرد كه مخروط را با تعداد زيادي قطعات چين دايره اي بسازيم وقتي كه بلندگو را بوسيله تقويت كننده با لوله هاي تخليه شده به ارتعاش درآوريم بسيار دشوار است كه توان در داده آن را به مقدار معيني مستقل از فركانس نگاهداريم. اين دشواري به خصوص در فركانسهاي بالا زياد مي شود. در اين فركانسها امپدانس الكتريكي Z1 به سرعت با زياد شدن رامتانس القايي Le زياد مي گردد در نتيجه وقتي كه ولتاژ ثابتي را به دو قطب ورودي تقويت كننده متصل سازيم پاسخ آكوستيكي بدست مي آيد نسبت به منحني پاسخ بلندگويي كه توان مفروض ثابتي به آن وارد ساخته باشيم با سرعت بيشتري تنزل مي كند. حل مسئله يكنواخت نگهداشتن بازداده آكوستيكي بلندگوها در فركانسهاي پائين دشوارتر است از حل همين مسئله در فركانسهاي بالا يكي از روشهاي بهتر كردن پاسخ بلندگو در فركانسهاي كم اين است كه شعاع بلندگو را زياد كنيم. با وجود اين افزايش كارايي بدينوسيله بر طبق انتظار نخواهد بود زيرا كه جرم بلندگو هم زياد مي شود. راه ديگر تقويت پاسخ در فركانس پائين اين است كه سختي سيستم تعليق را كم كنيم تا در نتيجه فركانس رزونانس مكانيكي كاهش يابد.

ولي اگر سختي را زياد كم كنيم جابجايي مخروط در فركانسهاي پائين خيلي زياد مي شود و اين ممكن است تداخل هارمونيكها را موجب شود كه اين تداخل هرچقدر هم كم باشد اثر نامطلوب دارد زيرا موجب تيزي صوت و غيرطبيعي شدن آن مي شود روش ديگر اصلاح بلندگو در فركانسهاي پائين اين است كه بلندگو را در نوعي جعبه كه سبب تقويت خروجي مي شود سوار كنند. گروهي از اينگونه جعبه ها خروجي با اينگونه تقويت مي كنند كه مقاومت تشعشعي را كه بر مخروط بلندگو وارد مي شود نسبت به بلندگويي كه در ديوار نصب شده باشد افزايش مي دهند.

جمع شرايط لازم براي تأمين خروجي مطلوب در فركانسهاي بالا و پائين امكان پذير نيست بنابراين براي اينكه بلندگويي جهت استفاده در فاصلة وسيعي از فركانسها داشته باشيم لازم است حداقل دو بلتدگو به كار بريم كه يكي براي فركانسهاي پائين و ديگري براي فركانسهاي بالا مطلوب باشد. هر يك از اين دو بلندگو بوسيله يك شبكه الكتريكي متوازن به تقويت كننده متصل مي گردند تا اين شبكه به هر كدام از آنها فركانسي را انتقال دهد كه پاسخ آن واحد در آن فركانس نسبتاً پذيرفتني و يكنواخت باشد.

بلندگوهاي بوق دار:

هرگاه به چشمه صوت كوچكي بوق مناسبي متصل سازيم خروجي آن در فركانسهاي پائين بهتر مي شود. در حقيقت عمل چنين بوقي مانند عمل ترانسفورماتور است. يعني امپدانس بار هوايي را كه معمولاً چگالي آن كم است با امپدانس پيستون مرتعش كه جرم نسبتاً بيشتري دارد بطور مؤثري متوازن مي سازد، در فركانسهاي بالا اثر بوق قابل صرف نظر است زيرا فركانسهاي بالا كه از چشمه صوت برمي خيزد معمولاً بصورت تابة باريك منتشر مي گراند و از اينرو ديواره هاي ديواره هاي بوق اثر زيادي ندارد. مهمترين خصوصيت بوق اين است كه امپدانس گلوي آن با فركانس تغيير مي كند اما امپدانس گلو نيز تابع سطح گلوي بوق، دهانه آن و ميزان ازدياد سطح مقطع قائم بوق است. وقتي سطح دهانه بوق بسيار زياد باشد تأثيرش به امپدانس گلو ناچيز است و در اين حالت تغيير امپدانس با فركانس در درجه اول تابع شكل بوق است.

3-1: ميكروفونها: