ووفر

ووفر (به انگلیسی:Woofer) نوعی بلندگو الکتریکی است که می‌تواند فرکانس‌های بین ۴۰ تا ۵۰۰ هرتز را پردازش نماید.

به طور معمول پایین‌ترین میزان فشار صدایی که توسط انسان قابل شنود است حدود ۲۰ هرتز است. ووفر در اصل برای پوشش ضعف پردازش فرکانس‌های پایین توسط بلندگوها استفاده می‌شود.

این نام از کلمه انگلیسی برای واق واق عمیق سگ، " ووف " (woof)  گرفته شده است.

«ووفر» یا «بلندگوی بِس» یک اصطلاح فنی برای بلندگوی درایوری است که برای تولید صداهای فرکانس پایین طراحی شده‌است، معمولاً از ۵۰ تا ۲۰۰ Hz. نام آن از واژهٔ انگلیسی برای صدای پارس عمیق سگ، "woof" گرفته شده‌است در علم مهندسی صدا نام این فرکانس، فرکانس «Lo»است.

رایج‌ترین طراحی برای ووفر، درایور الکترودینامیک است که معمولاً از یک مخروط کاغذی سخت ساخته می‌شود و به‌وسیلهٔ سیم‌پیچ صوتی که در یک میدان مغناطیسی قرار دارد، به حرکت درمی‌آید.

سیم‌پیچ صوتی با چسب به پشت مخروط بلندگو متصل می‌شود. سیم‌پیچ و آهن‌ربا یک موتور خطی برقی را تشکیل می‌دهند. هنگامی‌که جریان الکتریکی از سیم‌پیچ عبور می‌کند، سیم‌پیچ بر اساس قانون دست چپ فلمینگ برای موتور نسبت به قاب حرکت می‌کند و باعث می‌شود سیم‌پیچ مخروط بلندگو را مانند پیستون به جلو یا عقب براند. حرکت حاصلِ مخروط، امواج صوتی تولید می‌کند، چون به عقب و جلو حرکت می‌کند.

در سطح فشار صوت (SPL) معمولی، بیشتر انسان‌ها می‌توانند تا حدود ۲۰ هرتز بشنوند. ووفرها معمولاً برای پوشش پایین‌ترین اکتاوهای دامنهٔ فرکانسی یک بلندگو به کار می‌روند. در سامانه‌های دو‌راههٔ بلندگو، درایورهایی که مسئول فرکانس‌های پایین هستند ناچارند بخش زیادی از محدودهٔ میانی (تا حدود ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ هرتز) را نیز پوشش دهند؛ چنین درایورهایی را معمولاً «میان‌ووفر» می‌نامند. از دههٔ ۱۹۹۰، گونه‌ای از ووفر که فقط برای فرکانس‌های بسیار پایین طراحی شده‌است، یعنی ساب‌ووفر، به‌طور گسترده در سامانه‌های سینمای خانگی و سامانه‌های پخش عمومی به کار می‌رود تا پاسخ بیس را تقویت کند؛ بازهٔ فرکانسی ساب‌ووفرها معمولاً از ۴۵ تا ۱۰۰ هرتز است، هرچند ساب‌ووفرهای حرفه‌ای بزرگ که در جشنواره‌های فضای باز استفاده می‌شوند می‌توانند تا ۲۰ هرتز نیز برسند.

 طراحی ووفر 
 بندانگشتی|راست|۴۰۰px|برش مقطعی از یک بلندگوی استاندارد (مقیاس واقعی نیست) طراحی خوب ووفر مستلزم تبدیل مؤثر سیگنال تقویت‌کنندهٔ فرکانس پایین به حرکت مکانیکی هوا با دقت بالا و بازده قابل‌قبول است، و هم‌زمان نیاز به استفاده از محفظهٔ بلندگو برای پیوند حرکت مخروط با هوا هم کمک‌کننده و هم پیچیده‌کننده است. اگر به‌خوبی انجام شود، بسیاری از مشکلات دیگر طراحی ووفر (مثلاً نیاز به جابه‌جایی خطی زیاد) کاهش می‌یابد.

در بیشتر موارد، ووفر و محفظه‌اش باید برای کار با هم طراحی شوند. معمولاً محفظه بر اساس ویژگی‌های بلندگو یا بلندگوهای به‌کاررفته طراحی می‌شود. اندازهٔ محفظه تابعی از بلندترین طول‌موج‌ها (پایین‌ترین فرکانس‌ها) است که باید بازتولید شوند، و محفظهٔ ووفر بسیار بزرگ‌تر از محفظهٔ لازم برای میان‌رده و فرکانس‌های بالا است.

یک شبکهٔ تقسیم فرکانس، چه غیرفعال و چه فعال، بازهٔ فرکانسی‌ای را که باید توسط ووفر و بلندگوهای دیگر پردازش شود، فیلتر می‌کند. به‌طور معمول، انتظار می‌رود شبکهٔ تقسیم و سامانهٔ بلندگو (شامل ووفر) سیگنال الکتریکی داده‌شده توسط تقویت‌کننده را بدون هیچ برهم‌کنشی دیگر به سیگنال آکوستیکی با همان شکل موج تبدیل کنند، هرچند گاهی تقویت‌کننده و بلندگوها با هم طراحی می‌شوند و بلندگوها بازخورد منفی برای اصلاح اعوجاج به تقویت‌کننده می‌فرستند.

چالش‌های بسیاری در طراحی و ساخت ووفر وجود دارد. بیشتر آن‌ها مربوط به کنترل حرکت مخروط است تا سیگنال الکتریکی به سیم‌پیچ ووفر به‌درستی توسط امواج صوتی حاصل از حرکت مخروط بازتولید شود. مشکلات شامل میراکردن مخروط بدون اعوجاج شنیداری، جلوگیری از زنگ‌زدن زمانی‌که سیگنال ورودی لحظه‌ای در هر چرخه به صفر می‌رسد، و مدیریت جابه‌جایی‌های زیاد (که معمولاً برای بازتولید صداهای بلند لازم است) با اعوجاج کم است. همچنین ارائهٔ امپدانس الکتریکی نسبتاً ثابت در همهٔ فرکانس‌ها به تقویت‌کننده نیز یک چالش است.

یکی از نخستین نسخه‌های طراحی کابینت باس-رفلکس، که اکنون به‌طور گسترده به‌کار می‌رود، در سال ۱۹۳۲ توسط آلبرت ال. توراس از آزمایشگاه‌های بل ثبت اختراع شد.

 بلندگوهای فعال  
در سال ۱۹۶۵، شرکت زنهایزر سامانهٔ صوتی فیلارمونیک را معرفی کرد که با استفاده از الکترونیک برخی از مشکلاتی را که زیرسامانه‌های ووفر معمولی با آن روبه‌رو بودند برطرف می‌کرد. آن‌ها یک حسگر حرکت به ووفر افزودند و از سیگنالی که با حرکت واقعی آن منطبق بود به‌عنوان ورودی کنترلی برای یک تقویت‌کنندهٔ ویژه استفاده کردند. اگر این کار با دقت انجام شود، می‌تواند کارایی (چه در «دقت باس» و چه در گسترش عملکرد فرکانس پایین) را به‌طور چشمگیری بهبود دهد، اما به قیمت کاهش انعطاف‌پذیری (زیرا تقویت‌کننده و بلندگو دائماً به هم وابسته می‌شوند) و افزایش هزینه.

با کاهش هزینهٔ الکترونیک، داشتن ووفرهای مجهز به حسگر در «سیستم‌های موسیقی» ارزان، بوم‌باکس‌ها یا حتی سامانه‌های صوتی خودرو رایج شده‌است. این کار معمولاً با هدف گرفتن عملکرد بهتر از درایورهای کوچک یا کم‌کیفیت در محفظه‌های سبک یا ضعیف انجام می‌شود. این رویکرد مشکلاتی دارد، زیرا همهٔ اعوجاج‌ها با روش‌های سروو قابل حذف نیستند و یک محفظهٔ ضعیف می‌تواند هر سود حاصل از اصلاح الکترونیکی را از بین ببرد.

 بلندگوهای اکولایزشده  

از آن‌جا که ویژگی‌های یک بلندگو قابل‌اندازه‌گیری و تا حد زیادی قابل‌پیش‌بینی است، امکان طراحی مدارهای ویژه‌ای وجود دارد که تا حدی کاستی‌های یک سامانهٔ بلندگو را جبران کنند.

روش‌های اکولایز در بیشتر کاربردهای سامانه صوتی هم‌رسانی و تقویت صوتی به‌کار می‌روند. در این‌جا مسئلهٔ اصلی بازتولید های-فای نیست، بلکه مدیریت محیط آکوستیکی است. در این حالت، اکولایز باید به‌طور جداگانه برای مطابقت با ویژگی‌های خاص سامانهٔ بلندگو و اتاقی که در آن استفاده می‌شود تنظیم گردد.

 تقسیم دیجیتال فرکانس و اکولایز 
فناوری رایانه‌ای، به‌ویژه پردازش سیگنال دیجیتال (DSP)، امکان طراحی شبکه‌های تقسیم فرکانس با دقت بسیار بالا را فراهم کرده‌است. با استفاده از پاسخ ضربه‌ای متناهی (FIR) و دیگر روش‌های دیجیتال، تقسیم فرکانس در سامانه‌های دو-آمپ یا سه-آمپ با دقتی انجام می‌شود که با فیلترهای آنالوگ، چه غیرفعال و چه فعال، ممکن نیست. افزون بر این، بسیاری از ویژگی‌های خاص درایورها (حتی تفاوت‌های فردی) می‌تواند هم‌زمان اصلاح شود، همان‌طور که در طراحی‌های اخیر کلاین و هومل دیده می‌شود. این رویکرد پیچیده است و بنابراین احتمال کمی دارد که در تجهیزات کم‌هزینه استفاده شود.

 مواد مخروط 
بندانگشتی|دو ووفر P-Audio. توجه کنید به قاب ریخته‌گری‌شده، قطعهٔ قطب دارای تهویه و مخروط کاغذی تقویت‌شده. همهٔ مواد به‌کاررفته برای مخروط مزایا و معایب خود را دارند. سه ویژگی اصلی که طراحان در مخروط جست‌وجو می‌کنند، سبک‌وزنی، سختی و نبود رنگ‌آمیزی (به دلیل نبود زنگ‌زدن) است. مواد ویژه‌ای مانند کولار و منیزیم سبک و سخت هستند، اما بسته به طراحی می‌توانند مشکل زنگ‌زدن داشته باشند. موادی مانند کاغذ (از جمله مخروط‌های کاغذی پوشش‌دار) و انواع پلیمرها معمولاً کمتر از دیافراگم‌های فلزی زنگ می‌زنند، اما می‌توانند سنگین‌تر و کمتر سخت باشند. ووفرهای خوب و بد با هر نوع مادهٔ مخروط ساخته شده‌اند. تقریباً همهٔ انواع مواد برای مخروط استفاده شده‌است، از الیاف شیشه و الیاف بامبو گرفته تا آلومینیوم لانه‌زنبوری منبسط و پلاستیک‌های پرشده با میکا.

 طراحی قاب  
قاب یا «سبد» ساختاری است که مخروط، سیم‌پیچ صوتی و آهن‌ربا را در جای درست نگه می‌دارد. از آن‌جا که فاصلهٔ شکاف سیم‌پیچ بسیار باریک است (معمولاً چند هزارم اینچ)، صلبیت اهمیت دارد تا از تماس سیم‌پیچ با ساختار آهن‌ربا در شکاف و همچنین حرکات ناخواسته جلوگیری شود. دو نوع اصلی قاب فلزی وجود دارد: پرس‌شده و ریخته‌گری‌شده. سبدهای پرس‌شده (معمولاً فولادی) روشی کم‌هزینه‌تر هستند. عیب این نوع قاب این است که اگر بلندگو در حجم‌های بالا به کار رود ممکن است خم شود. سبدهای ریخته‌گری‌شده گران‌ترند، اما معمولاً در همهٔ جهات سخت‌تر، دارای میرایی بهتر (کاهش تشدید خود)، قابلیت شکل‌گیری پیچیده‌تر و در نتیجه برای درایورهای باکیفیت‌تر ترجیح داده می‌شوند.

 توان خروجی  
یکی از مشخصات مهم ووفر، توان آن است، یعنی مقدار توانی که ووفر می‌تواند بدون آسیب تحمل کند. توان الکتریکی به‌سادگی قابل‌تعریف نیست و بسیاری از سازندگان اوج توانی را ذکر می‌کنند که فقط برای لحظات کوتاه بدون آسیب قابل‌تحمل است. توان ووفر زمانی اهمیت می‌یابد که بلندگو در شرایط افراطی استفاده شود: کاربردهای نیازمند خروجی بالا، اضافه‌بار تقویت‌کننده، سیگنال‌های غیرمعمول (غیرموسیقایی)، فرکانس‌های بسیار پایین که محفظه بار آکوستیکی کمی ایجاد می‌کند (و بنابراین جابه‌جایی مخروط حداکثری خواهد بود)، یا خرابی تقویت‌کننده. در شرایط پرحجم، سیم‌پیچ صوتی ووفر داغ می‌شود، مقاومتش بالا می‌رود و «فشردگی توان» رخ می‌دهد، یعنی سطح خروجی صدا پس از کار طولانی کاهش می‌یابد. گرمای بیشتر می‌تواند سیم‌پیچ را تغییر شکل دهد و باعث سایش، اتصال کوتاه یا آسیب مکانیکی و الکتریکی دیگر شود. انرژی ضربه‌ای ناگهانی می‌تواند بخشی از سیم‌پیچ را ذوب کند و مدار باز ایجاد کند. در کاربردهای معمول موسیقی، توان الکتریکی ووفر اهمیت چندانی ندارد؛ اهمیت آن بیشتر در درایورهای فرکانس بالا دیده می‌شود.

سه نوع تحمل توان در درایورهای بلندگو (از جمله ووفرها) وجود دارد: گرمایی، الکتریکی و مکانیکی. محدودیت مکانیکی زمانی رخ می‌دهد که جابه‌جایی مخروط به حداکثر برسد. محدودیت گرمایی ممکن است وقتی به دست آید که توان نسبتاً بالایی برای مدت طولانی به ووفر داده شود. بیشتر انرژی واردشده به سیم‌پیچ به گرما تبدیل می‌شود، نه صدا، و گرما از طریق ساختار به هوا منتقل می‌شود. برخی درایورها دارای سازوکارهایی برای خنک‌سازی بهتر هستند (مانند قطب‌های دارای تهویه یا ساختارهای ویژهٔ رسانای گرما). اگر گرما بیش از حد بالا رود، چسب‌ها یا عایق‌ها ذوب می‌شوند و ووفر آسیب می‌بیند.

 کاربرد در سامانه‌های PA و سازها  
ووفری که برای سامانه صوتی هم‌رسانی (PA) و تقویت‌کننده ساز طراحی شده‌است، از نظر ساختار شبیه ووفرهای خانگی است، اما محکم‌تر طراحی می‌شود. تفاوت‌ها شامل: کابینت‌های مقاوم برای حمل‌ونقل مکرر، مخروط‌های بزرگ‌تر برای SPL بالاتر، سیم‌پیچ‌های محکم‌تر برای توان بالاتر و سختی بیشتر سیستم تعلیق است. یک ووفر خانگی در کاربرد PA معمولاً سریع‌تر خراب می‌شود و یک ووفر PA در کاربرد خانگی کیفیت صدای موردنظر برای های-فای را ندارد.

ووفرهای سامانه‌های PA معمولاً بازده بالا و ظرفیت توان بالایی دارند. بهای این بازده بالا، معمولاً توان جابه‌جایی کمتر است، زیرا برای محفظه‌های بوقی یا باس-رفلکس بزرگ ساخته شده‌اند. آن‌ها معمولاً برای پاسخ باس بسیار پایین مناسب نیستند، زیرا این کار اندازه و هزینه را به‌شدت بالا می‌برد. ووفر خانگی ممکن است بتواند فرکانس‌های پایین‌تر را بازتولید کند، بنابراین بیشتر ووفرهای PA برای کاربرد خانگی های-فای مناسب نیستند و برعکس.

 بازه‌های فرکانسی  
در سطح فشار صوت معمولی، بیشتر انسان‌ها می‌توانند تا حدود ۲۰ هرتز بشنوند. برای بازتولید دقیق پایین‌ترین صداها، یک ووفر یا مجموعه‌ای از ووفرها باید حجم هوای کافی را جابه‌جا کنند، کاری که در فرکانس‌های پایین دشوارتر می‌شود. هرچه اتاق بزرگ‌تر باشد، ووفر باید هوای بیشتری را جابه‌جا کند تا توان صوتی لازم در فرکانس‌های پایین ایجاد شود.

 منابع 

 ویکی‌پدیا انگلیسی

رده:بلندگوها