وش هو الـ "كروس أوفر" في السماعات وليش هو مهم لجودة الصوت؟
الناس اللي عندهم سمع طبيعي يقدرون يسمعون لحد 10 أوكتافات من الترددات، من 20 هيرتز إلى 20 كيلو هيرتز، والسماعات اللي تغطي المدى الكامل مصممة عشان تعيد إنتاج أكبر قدر ممكن من هالمدى. بشكل واقعي، أغلب السماعات تقدر تغطي ثمانية أو تسعة أوكتافات، من 20 كيلو هيرتز أو حتى أعلى في القمة إلى مكان ما بين 40 و80 هيرتز، وبعضها يقدر ينزل أقل.
هذا أقل شوي من مدى السمع البشري الكامل، لكنه لا يزال مدى واسع، ومعظم محركات السماعات ما تقدر تغطيه كله بنفسها. عشان كذا، أغلب السماعات يكون فيها أكثر من محرك واحد داخل الكابينة.
مثلاً، السماعة اللي يسمونها 2-way تقسم المدى الكامل للترددات إلى نطاقين أصغر، وكل نطاق يعاد إنتاجه بواسطة محرك مختلف: التويتر يتعامل مع الترددات العالية والووفر يهتم بالترددات المنخفضة. السماعات 3-way تقسم المدى الكامل إلى ثلاثة نطاقات أصغر باستخدام ثلاثة محركات: تويتر، ووفر، ومحرك ميدرينج اللي يعيد إنتاج الترددات المتوسطة بين التويتر والووفر. بعض التصاميم، خصوصاً السماعات البرجية اللي توضع على الأرض، يكون فيها أكثر من ووفر لأن الترددات المنخفضة تحتاج قوة أكبر عشان تتوازن مع الترددات العالية.
تقسيم الترددات وتحقيق الصوت الدقيق
كيف يتم تقسيم المدى الكامل إلى نطاقات أصغر وتوجيهها للمحركات المناسبة؟ هذا هو دور دائرة الكروس أوفر في السماعة، اللي تتكون من فلترين أو أكثر. هذي الدائرة تستقبل إشارة كاملة المدى من مضخم الصوت أو جهاز الاستقبال الصوتي وتوجه الترددات العالية للتويتر باستخدام فلتر تمرير عالي، والترددات المنخفضة للووفر باستخدام فلتر تمرير منخفض، وفي السماعة 3-way، الترددات المتوسطة تروح لمحرك الميدرينج باستخدام فلتر تمرير نطاقي.
في الأساس، دائرة الكروس أوفر البسيطة تتكون من ثلاث مكونات إلكترونية أساسية: المحاثات، المكثفات، والمقاومات. لكن التفاصيل هي اللي تفرق، وتصميم الدائرة بالضبط - أي مكونات تستخدم وكيفية ترتيبها - هو جزء مهم من فن تصميم السماعات.
مهندسي SVS يقضون وقت طويل في تصميم دائرة الكروس أوفر لأنها تؤثر بشكل كبير على الصوت النهائي للسماعة. إذا حاول المصنع توفير التكاليف باستخدام مكونات رخيصة وتصميم بسيط، ممكن السماعة تطلع صوت مشوش ومجهد عند المستويات العالية، وممكن يتأثر مشهد الصوت والتصوير، ويكون استجابة الترددات غير دقيقة وغير متساوية. لتجنب هذي المشاكل وغيرها اللي تكون شائعة في الكروس أوفر الرديء، تستخدم SVS مكونات ممتازة، وتصميم دائرة متقدم، ونمذجة حاسوبية مفصلة، واختبارات واقعية ومختبرية شاملة لتحقيق أداء غير متنازل عنه من سماعاتها.
جزء من هالعملية هو تحديد بالضبط وين نقسم المدى الكامل للترددات إلى نطاقات أصغر؛ النقاط اللي نقسم عندها تسمى ترددات الكروس أوفر. هذا يعتمد على قدرات المحركات. بشكل مثالي، كل محرك لازم يطلب منه إعادة إنتاج الترددات اللي هو مرتاح معها - بمعنى آخر، نطاق تشغيله الخطي. إذا حاول محرك إعادة إنتاج ترددات خارج نطاق تشغيله الخطي، ممكن يطلع الصوت ضعيف أو حتى مشوش.
المنحدر الزلق
المهم بنفس القدر هو كيف ينتقل الكروس أوفر من نطاق إلى آخر. الانتقال المفاجئ يسبب مشاكل صوتية كثيرة، لذلك لازم يتبع منحدر تدريجي أكثر، يسمى منحدر الكروس أوفر. مع ارتفاع التردد، ينخفض خرج فلتر واحد بينما يرتفع خرج الفلتر التالي. في الواقع، تتداخل نطاقات الترددات للفلترات، ويعيد كلا المحركين إنتاج الترددات في منطقة الانتقال.
مثلاً، خلنا نقول إن تردد الكروس أوفر بين التويتر والووفر في سماعة 2-way هو 2 كيلو هيرتز. في هالحالة، الترددات اللي تحت 2 كيلو هيرتز تروح للووفر، والترددات اللي فوق 2 كيلو هيرتز تروح للتويتر. لكن، مع اقتراب الترددات المنخفضة من 2 كيلو هيرتز، يبدأ فلتر التمرير المنخفض بتقليل مستوى الإشارة المرسلة للووفر. في نفس النقطة، يبدأ فلتر التمرير العالي بزيادة المستوى المرسل للتويتر حتى يصل لمستواه الكامل في مكان ما فوق 2 كيلو هيرتز.
معدل انخفاض المستوى للووفر وزيادته للتويتر هو منحدر الكروس أوفر (أحياناً يسمى التدرج). في معظم سماعات SVS، يكون هذا المنحدر 12 ديسيبل/أوكتاف. يتقاطع المنحدران عند تردد الكروس أوفر (2 كيلو هيرتز في هذا المثال) حيث يكونان كلاهما 6 ديسيبل تحت مستواهما الاسمي. لكن لأن التويتر والووفر كلاهما يعيدان إنتاج هذا التردد، فإنهما يتحدان للوصول إلى نفس المستوى مثل الترددات الأعلى والأدنى، وتكون استجابة الترددات العامة للسماعة مسطحة طوال مداها الكامل.
تصميم الكروس أوفر
ترددات الكروس أوفر والمنحدرات لازم تعمل بتناغم مع خصائص المحركات وأكوستيك الكابينة. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر دائرة الكروس أوفر على قدرة السماعة على تحمل الطاقة. في كروس أوفر SVS، مثلاً، يتم توجيه المحاثات بشكل عمودي على بعضها البعض حتى لا تتداخل مجالاتها الكهرومغناطيسية، وتُركب المقاومات بشكل عمودي مع وجود مساحة بينها حتى تتحمل حرارة أكبر وبالتالي طاقة أكبر. آخر شيء تريده هو سماعة تضعف أو تشوش عندما يصل الحدث لذروته!
تصميم كروس أوفر السماعة هو عملية دقيقة. أولاً، يستخدم مهندسونا النمذجة الحاسوبية لوضع تصميم أساسي لكابينة السماعة والمحركات. بعدين، يبنون نموذج أولي ويقيسون أداءه في غرفة عديمة الصدى. وأخيراً، يأخذون قياسات إضافية في غرفة استماع معايرة تحاكي بيئة العالم الحقيقي. والأهم من ذلك، يستمعون للسماعة ويشكلون آراءهم الشخصية. بشكل مذهل، ممكن أن يقيس الكروس أوفر بشكل جيد لكنه يطلع صوت سيء. في هالحالة، نرجع للكمبيوتر لتعديل التصميم والمحاولة مرة ثانية.
هذي العملية التكرارية هي جزء حاسم من "ضبط" أو "توجيه" السماعة. بشكل مثالي، ينتج عنها دائرة كروس أوفر تدمج صوت كل محرك بسلاسة في وحدة متكاملة، وتطلع السماعة صوت رائع في أي غرفة تقريباً وعند أي مستوى صوت تقريباً.
كل سماعات SVS السلبية تتميز بكروس أوفر SoundMatch مصمم لإنشاء مشهد صوتي واسع مع استجابة تردد دقيقة وتصوير دقيق لأكبر "نقطة حلوة" ممكنة. يتم ضبط كروس أوفر SoundMatch بعناية حتى يندمج كل محرك بسلاسة مع الآخر بينما يقدم استجابة تردد ممتازة على المحور وخارجه وتصوير مكاني دقيق لأكثر تجربة صوتية مقنعة ممكنة. تكون طوبولوجيا الكروس أوفر وهندسته متسقة داخل كل سماعة SVS، لذلك تتطابق جميع موديلات Prime وUltra Series في الطابع الصوتي لتندمج بسلاسة مع بعضها البعض لتحقيق أقصى مرونة عند بناء نظام.
الكروس أوفر النشط مقابل الكروس أوفر السلبي
الكروس أوفر النشط يقوم بنفس وظيفة التصاميم السلبية، لكن في نقطة مختلفة في سلسلة الإشارة، وهو أكثر تطوراً إلكترونياً. النوع الأكثر شيوعاً من الكروس أوفر النشط هو الرقمي - يستقبل إشارة صوتية رقمية كاملة المدى ويقسمها إلى نطاقات أصغر مختلفة باستخدام معالجة الإشارة الرقمية (DSP). مثل الكروس أوفر السلبي، تتداخل النطاقات في منطقة الانتقال، وعادة ما يكون منحدر الكروس أوفر 12 ديسيبل/أوكتاف. بعد ذلك، يتم تحويل الإشارات المقسمة إلى تناظرية وإرسالها إلى مضخمات منفصلة التي تشغل كل نوع من المحركات.
غالباً ما تستخدم الكروس أوفر النشطة في السماعات المزودة بمضخمات طاقة مدمجة. إحدى هذه السماعات هي زوج السماعات النشطة SVS Prime Wireless Pro، التي تحتوي على كروس أوفر نشط رقمي ومضخم فئة D قوي. تقدم عدة مداخل رقمية (بلوتوث، واي فاي، إيثرنت، توسلينك بصري) بالإضافة إلى مداخل تناظرية. يتم تحويل الإشارات التناظرية إلى رقمية قبل تقسيمها إلى نطاقين تردد بواسطة الكروس أوفر.
تستخدم مضخمات الصوت النشطة من SVS أيضاً كروس أوفر نشط رقمي إذا استقبلت إشارة كاملة المدى. في هذه الحالة، يعمل الكروس أوفر كفلتر تمرير منخفض يمنع الترددات فوق نطاق تشغيل مضخم الصوت من الوصول إلى المحرك.
جمال الكروس أوفر النشطة الرقمية هو أنها أكثر دقة مع تحمّلات أضيق بكثير من الدوائر السلبية، ويمكن تعديلها بتحديث بسيط للبرامج الثابتة. وبالطبع، تمر SVS بنفس عملية القياس والاستماع التكرارية لضبط كروس أوفرها النشطة، ويمكن للمهندسين استخدام DSP لتحسين أداء السماعة بما يتجاوز قدرات الكروس أوفر السلبي.
بوضوح، الكروس أوفر جزء حاسم من جميع السماعات متعددة الاتجاهات. مع التصميم الذكي والتنفيذ، تختفي سماعات SVS وتترك فقط التجربة الرائعة للصوت الغامر.