مرحلة خرج صمامية أم ترانزستورية: Reference DAC وHyperion وCharon

نادرًا جدًا ما يكون المحول الرقمي التناظري (DAC) الصمامي محولًا تتولى فيه الصمامات عملية التحويل نفسها. فالانتقال من الأرقام إلى إشارة تناظرية يحدث داخل شريحة من السيليكون. أما الصمامات، إن وُجدت، فتأتي بعدها، في مرحلة الخرج التي تحوّل الخرج الخام للشريحة إلى إشارة يستطيع المضخم استخدامها. يشرح هذا الدليل ما تفعله تلك المرحلة، وما الذي يتغير حين تستخدم الصمامات بدل الترانزستورات، ولماذا تُعد مرحلة العزل الصمامية في الساعة المرجعية الرئيسية أمرًا مختلفًا تمامًا.

ماذا يخرج من شريحة DAC؟

تستقبل شريحة التحويل سيلًا من الأرقام وتنتج كمية تناظرية تتبعها. وبحسب الشريحة، تكون هذه الكمية تيارًا أو جهدًا، وفي الحالتين لا تكون جاهزة لإرسالها عبر كابل إلى المضخم.

الشرائح ذات خرج التيار وتحويل التيار إلى جهد

تُخرج الشرائح الكلاسيكية متعددة البتات تيارًا، ومنها شريحتا Philips TDA1540 وTDA1541 وشريحتا Burr-Brown PCM63 وPCM1704. فداخل الشريحة يُشغّل كل بت تيارًا موزونًا، ومجموع هذه التيارات هو الإشارة. وكثير من شرائح دلتا-سيغما الحديثة لها خرج تيار كذلك، في حين تضم شرائح أخرى مضخمًا على الشريحة نفسها وتُخرج جهدًا مباشرة.

لا بد من تحويل التيار إلى جهد قبل أن يستطيع قيادة أي شيء. وهذا هو تحويل I/V (من التيار إلى الجهد)، وله عدة طرق:

• مقاومة. يمر التيار في مقاومة فيتولد جهد بين طرفيها. إنها أبسط طريقة، لكن خرج الشريحة يعمل كما ينبغي عند جهد شبه ثابت، فلا بد أن تكون المقاومة صغيرة. ويكون الجهد الناتج صغيرًا أيضًا، فيحتاج إلى كسب بعد ذلك.
• مضخم عمليات (Op-Amp). عند توصيله محولًا من التيار إلى الجهد، يُبقي خرج الشريحة عند أرضي افتراضي ويُنتج جهدًا كامل المستوى. إنه صغير الحجم وقياساته جيدة؛ أما صوته فيتوقف كثيرًا على المضخم المختار وعلى تخطيط الدارة.
• محول. يستطيع المحول أن ينجز التحويل، وأن يوفر في الوقت نفسه عزلًا جلفانيًا وخرجًا متوازنًا.
• مرحلة صمامية. يضخم صمامٌ الجهدَ الصغير المتولد على مقاومة، أو تُصمم المرحلة الصمامية لتستقبل التيار بصورة أكثر مباشرة.

الترشيح: ما الذي يجب إزالته

يحمل الخرج الخام لأي محول طاقة فوق النطاق الصوتي. ففي المحول ذي فرط أخذ العينات يكون المرشح الرقمي قد أزال معظمها، لكن شريحة دلتا-سيغما تترك ضجيجًا مُشكَّلًا عند الترددات العالية، فيبقى المرشح التناظري منخفض التمرير ضروريًا. أما في المحول دون إفراط في أخذ العينات (NOS) فلا يوجد مرشح رقمي أصلًا، فتظهر الصور المرآوية للنطاق الصوتي فوق 22.05 kHz في مواد القرص المدمج. ويختار المصمم إما ترشيحها بلطف في المرحلة التناظرية، وإما الاعتماد على عرض النطاق المحدود لبقية المنظومة. ويشرح دليلنا عن شرائح المحولات متعددة البتات NOS مصدر هذه الصور.

ماذا تفعل مرحلة الخرج في محول DAC؟

أيًّا كان ما ينجز تحويل التيار إلى جهد، فللدارة الواقعة بين الشريحة ومقبس الخرج عدة مهام:

• الكسب. ترفع الإشارة إلى مستوى الخط. والجهد 2 V عند المستوى الكامل هو الخرج المعتاد لمصدر القرص المدمج، وهو ما تقدمه محولات Demograf Audio في نسختها القياسية.
• العزل. تفصل مرحلة التحويل الحساسة عما يليها، حتى لا يُحمّل الكابل ودخل المضخم الشريحةَ.
• القيادة. عليها أن تمد بالتيار سعة كابل التوصيل ومعاوقة دخل المضخم أو المضخم الأولي. وكلما انخفضت معاوقة الخرج قلّ تأثر النتيجة بطول الكابل وبالدخل التالي.
• حجب التيار المستمر. يجب ألا يحمل الخرج تيارًا مستمرًا. وتحتاج المرحلة الصمامية هنا دائمًا إلى مكثف اقتران أو محول خرج، لأن مصعدها يكون عند جهد مستمر مرتفع.
• الترشيح والتوازن. كثيرًا ما تضم مرحلة الخرج المرشح التناظري منخفض التمرير، وفي التصميم المتوازن توفر الطرفين المتعاكسين في الطور لخرج XLR.

مرحلة خرج صمامية أم ترانزستورية: ما الذي يتغير؟

ليس أي من النوعين صحيحًا في ذاته. فلكل منهما خصائص تنبع من عناصره، ويصف المستمعون كلًّا منهما بعبارات متسقة إلى حد بعيد.

لذا فسؤال «DAC بالصمامات أم بالترانزستور؟» هو في الحقيقة سؤال عن المنظومة كلها. فإذا كان المضخم الصمامي يضيف قدرًا وافرًا من التلوين، أبقت مرحلة الخرج الترانزستورية المحولَ بعيدًا عن الواجهة. وإذا بدا صوت المنظومة نحيلًا أو حادًا، فالمرحلة الصمامية هي الطريقة المعتادة لإضافة الجسم. أما الكابلات الطويلة ومعاوقات الدخل المنخفضة في المضخم فتناسبها مرحلة ترانزستورية، أو مرحلة صمامية مصممة لمعاوقة خرج منخفضة.

مرحلة عزل صمامية أم مرحلة خرج صمامية؟

تُستخدم عبارة «DAC بمرحلة عزل صمامية (Tube Buffer)» بتساهل. فبالمعنى الدقيق لا تضيف مرحلة العزل كسبًا في الجهد: إنها مرحلة كسبها قريب من الواحد، غالبًا تابع مهبطي، توضع بعد دارة ترانزستورية لخفض معاوقة الخرج أو لإضافة طابع الصمام. أما مرحلة الخرج الصمامية فقد توفر الكسب أيضًا، ويمكن أن تتولى جزءًا من تحويل التيار إلى جهد أو كله. وحين يوصف جهاز بأنه DAC صمامي، يحسن أن تسأل أيهما هو، وهل الصمامات في مسار الإشارة أم في مصدر التغذية فقط.

ماذا يفعل صمام التقويم؟

لا يلمس صمام التقويم (الكينوترون) الإشارة. فهو يحوّل التيار المتردد من الشبكة إلى تيار مستمر لتغذية المرحلة الصمامية بالجهد العالي. ومع ذلك يذكر كثير من المستمعين أن الاختيار بين التقويم بالصمام والتقويم بالحالة الصلبة يغيّر الصوت، ولهذا كثيرًا ما يُعرض التقويم خيارًا مستقلًا.

مرحلة الخرج في محول متعدد البتات NOS

في محول NOS تزداد أهمية مرحلة الخرج أكثر من المعتاد. فلا مرشح رقميًا قبلها، فتستقبل الترددات المرآوية مع الموسيقى، ويؤثر سلوكها فوق 20 kHz بكثير فيما يصل إلى المضخم. والشرائح متعددة البتات المستخدمة في تصاميم NOS ذات خرج تيار، فتحدد مرحلة تحويل التيار إلى جهد جانبًا كبيرًا من النتيجة. ولهذا كثيرًا ما يدور الحديث عن المحولات المبنية على TDA1541 أو PCM1704 حول مرحلة خرجها لا حول الشريحة وحدها.

ليست كل الشرائح الكلاسيكية متعددة البتات. فشريحة Philips TDA1547 شريحة تحويل عتيقة ذات تصميم مختلف، وشريحة TDA1540 شريحة بدقة 14-bit. وفي كل حالة تحدد الشريحة نقطة البداية، وتقرر مرحلة الخرج كم من طابعها يصل إلى مكبرات الصوت.

لماذا تختلف مرحلة العزل في الساعة

قد تضم الساعة المرجعية الرئيسية (Master Clock) مرحلة صمامية أيضًا، لكنها ليست مرحلة خرج بالمعنى المستخدم أعلاه: فلا تمر عبرها أي موسيقى. تُنتج الساعة الرئيسية إشارة توقيت، أي سلسلة منتظمة من الحواف بتردد واحد، تُخبر مشغل الأقراص والمحول متى يعملان. وتتولى مرحلة العزل فيها تشكيل هذه الإشارة وقيادتها عبر كابل BNC إلى الجهاز المستقبل.

المهم هنا هو التوقيت. فالتغيرات الصغيرة في توقيت الحواف تُسمى الارتعاش الزمني (Jitter)، وتتحول في المحول إلى أخطاء صغيرة في لحظة تحويل كل عينة. وتُقاس مرحلة العزل في الساعة بمدى انتظام حوافها ونظافتها، لا بالكسب ولا بالبنية التوافقية ولا بالقدرة على قيادة دخل مضخم. لذلك فأسباب اختيار مرحلة عزل صمامية أو ترانزستورية في الساعة تختلف عن أسباب اختيارها في المحول، والاختياران مستقلان أحدهما عن الآخر.

أسئلة تطرحها قبل الاختيار

• ماذا يلي المحول؟ دوّن معاوقة دخل مضخمك أو مضخمك الأولي، وطول كابل التوصيل.
• كم من التلوين في منظومتك أصلًا؟ المضخم الصمامي مع محول بخرج صمامي يضيف طبقتين من الطابع نفسه، وهو ما يريده بعض المستمعين ولا يريده آخرون.
• هل يناسبك التعامل مع الصمامات؟ تحتاج المرحلة الصمامية إلى تسخين، وعلى مر السنين إلى صمامات بديلة.
• ما المخارج التي تحتاجها؟ يُتفق على خرج XLR المتوازن أو مستوى الخرج الأعلى قبل التصنيع.

أي جهاز من Demograf Audio يناسبك

• جهاز Reference Tube DAC هيكل واحد يُصنع في خمس نسخ: Calliope (TDA1540)، وPersephone (TDA1541)، وAphrodite (الشريحة العتيقة TDA1547)، وArtemis (PCM63)، وKaterina (PCM1704). يستقبل إشارة PCM بدقة 16-bit / 44.1 kHz عبر S/PDIF محوري، دون رفع لمعدل العينات ودون DSD. مرحلة الخرج القياسية ترانزستورية. أما مرحلة الخرج الصمامية الاختيارية فتستخدم صمامات 6Zh4 أو EF14 أو EL8 أو AL4 أو ML6، مع صمام التقويم 5Ts4M (و5Y3 اختياريًا)؛ وفي الضبط السمعي الذي وضعه Dmitriy Gubchenko تُزيل الحدة الرقمية عن الإشارة. الخرج 2 V عبر RCA، مع XLR اختياريًا، ومزود بمفتاح فصل الأرضي (Ground Lift).
• يُبنى Hyperion على شريحة Cirrus Logic CS4397 بتقنية دلتا-سيغما متعددة البتات، مع دخل S/PDIF محوري ودخل USB (Amanero) حتى 24-bit / 192 kHz وDSD256 عبر USB. الخرج القياسي ترانزستوري؛ ويمكن تركيب مرحلة صمامية بصمامات 6Zh4 أو EF14 أو EL8 أو AL4 أو ML6 لمن يريد جسمًا أكبر وهواءً أكثر حول الأصوات البشرية. التقويم بالحالة الصلبة، أو بكينوترون 5Ts4M أو 5Y3. الخرج 2 V، و4 V اختياريًا.
• أما Prometheus فهو المحول القائم على المنطق القابل للبرمجة: تُحوَّل إشارة PCM إلى DSD وتمر عبر مرشح النافذة (Window Filter) القائم على المنطق، فلا يوجد مرشح خرج LC. مرحلة الخرج الموصى بها ترانزستورية؛ وتتوفر مرحلة صمامية بصمامات AL4 أو EL8 أو EF14 أو ML6.
• جهاز Charon ساعة مرجعية رئيسية خارجية. دارته ترانزستورية في النسخة القياسية، وتتوفر مرحلة صمامية بصمامات 6Zh4 أو EF14 أو EL8 أو ML6. تغذيته خطية متعددة المحولات بعزل جلفاني، ومخارجه BNC، ويُضبط تردد الساعة فيه على مشغل الأقراص لديك.

صمامات الخرج من فئة NOS (مخزون أصلي غير مستعمل)، ويجري فرزها قبل التركيب. عند التسليم إلى الدول التي فرضت عقوبات، لا نركّب المكوّنات الخاضعة للعقوبات، بل نركّب بدلًا منها مكوّنات مكافئة عتيقة وحديثة.

يصنع Dmitriy Gubchenko كل محول حسب الطلب في كازاخستان. وتُحدَّد الخيارات مثل مرحلة الخرج وطريقة التقويم عند الطلب، ويُشحن كل جهاز مع تقرير القياس الخاص به. وإن لم تكن متأكدًا من أن المرحلة الصمامية أو الترانزستورية تناسب منظومتك، فاكتب إلينا واذكر مضخمك ومكبرات الصوت لديك والموسيقى التي تستمع إليها أكثر من غيرها.