كيف يحوّل مشغّل الأسطوانات الأخدود إلى صوت

تبدأ كل نغمة في مشغّل الأسطوانات بإبرة دقيقة تتحرك داخل أخدود أصغر من أن ترى تفاصيله بعينك. ومنها تمر الموسيقى عبر ست مراحل مترابطة: حركة الأخدود، واهتزاز القلم، ونقل الاهتزاز عبر الكابولي، وتحويله داخل الخرطوشة إلى إشارة كهربائية، وتضخيم الإشارة، ثم دفع الهواء بمكبرات الصوت.

فالأسطوانة تخزّن الحركة في سطحها. يقرأ المشغّل هذه الحركة ميكانيكيًا، ثم يحولها إلى كهرباء، قبل أن تعود في الطرف الآخر إلى حركة تستطيع أذناك سماعها.

الأخدود هو التسجيل الميكانيكي

الأخدود الحلزوني اللامع خندق طويل متصل يمتد على سطح الأسطوانة. وتمثل تموجاته تغيرات الموسيقى: المقاطع العالية تصنع انحرافات أكبر، والهادئة تصنع انحرافات أصغر. أما النغمات الحادة فتجعل اتجاه الانحراف يتغير بسرعة، في حين تقابل النغمات المنخفضة تغيرات أبطأ.

يستقر القلم، الذي يسمى عادة الإبرة، داخل الأخدود. ومع دوران الأسطوانة يدفعه الجداران فيتحرك يمينًا ويسارًا وصعودًا وهبوطًا بمقادير ضئيلة. وتوضح أوديو تكنيكا أن وظيفة القلم هي تتبع حركة الأخدود، ثم نقلها إلى الخرطوشة كي تتحول إلى إشارة كهربائية.

يُصنع رأس القلم عادة من الألماس، إذ يتحمل التماس المستمر مع جدار بلاستيكي متحرك مع الاحتفاظ بطرف دقيق. ويرتبط القلم بقضيب رفيع يسمى الكابولي؛ وحين يهتز القلم، يحمل الكابولي الاهتزاز إلى داخل الخرطوشة المثبتة في طرف ذراع القراءة.

كل ما يغير تماس القلم مع الجدارين يدخل في القراءة نفسها. فقد تدفع بقعة غبار القلم فجأة، فتسمع فرقعة أو تلاحظ ميل الصوت إلى أحد الجانبين. كما يمكن للتآكل، وسوء الضبط، وإنزال الإبرة بعنف أن تغير حركته. ولهذا يساعد إنزال القلم برفق وتنظيف الأسطوانة والقلم على تقليل الصدمات التي ستعاملها الخرطوشة كما تعامل تموجات الموسيقى.

قناتان في أخدود واحد

لا يحتاج الصوت المجسم إلى أخدود منفصل لكل مكبر. فالأسطوانة تحمل قناتي اليسار واليمين في جداري أخدود واحد على شكل حرف V، ويلامس القلم الجدارين في الوقت نفسه.

تشرح شركة أورتوفون أن معلومات القناتين موزعة على جدارين متقابلين يميل كل منهما بزاوية 45 درجة. وعندما يدفع الجداران القلم في اتجاهات مختلفة، تلتقط الخرطوشة مركبتي الحركة وتفصل منهما خرج القناة اليسرى عن خرج القناة اليمنى. وبذلك تستطيع إبرة واحدة قراءة صورة صوتية مجسمة كاملة.

هذا يفسر أيضًا لماذا قد تظهر فرقعة الغبار في جانب واحد، أو لماذا يختل توازن القناتين إذا لم يكن القلم مستقرًا بالتساوي بين الجدارين. الاضطراب الميكانيكي يغير حركة القلم، والحركة المتغيرة تنتج خرجًا كهربائيًا مختلفًا من الخرطوشة.

الخرطوشة تحول الاهتزاز إلى كهرباء

داخل الخرطوشة يتحرك مغناطيس وملف أحدهما بالنسبة إلى الآخر. وتنتج هذه الحركة تغيرًا في المجال المغناطيسي، فتتولد إشارة كهربائية تتبع اهتزاز الكابولي. الإشارة في هذه المرحلة ضئيلة، لكنها تحمل تغيرات التردد والشدة ومعلومات القناتين التي قرأها القلم.

في خرطوشة المغناطيس المتحرك يكون المغناطيس مثبتًا بالكابولي ويتحرك قرب ملفات ثابتة. وتشرح أورتوفون أن حركة المغناطيس تغير المجال المار عبر الملفات، فتولد فيها جهدًا كهربائيًا. أما خرطوشة الملف المتحرك فتقلب ترتيب العناصر: تتحرك الملفات قرب مغناطيس ثابت. يختلف البناء، بينما تبقى نتيجة التحويل واحدة.

تؤثر قوة التتبع والمحاذاة ومقاومة الانزلاق في قدرة القلم على قراءة الجدارين. فإذا كانت قوة التتبع غير مناسبة قد يفقد القلم استقراره أو يضغط على الأخدود أكثر مما ينبغي، بينما تحدد المحاذاة زاوية دخوله إلى التموجات. وتعمل مقاومة الانزلاق على موازنة القوة التي تسحب الذراع نحو داخل الأسطوانة.

مرحلة الفونو تكبر الإشارة وتعيد توازنها

خرج الخرطوشة أضعف من أن يقود مكبرات الصوت مباشرة، فيذهب أولًا إلى مرحلة الفونو. قد تكون هذه المرحلة مدمجة في القرص الدوار، أو داخل المضخم، أو في جهاز منفصل بينهما. وهي ترفع مستوى الإشارة إلى حد يمكن للمراحل اللاحقة التعامل معه.

تؤدي مرحلة الفونو وظيفة ثانية هي تطبيق معادلة جمعية صناعة التسجيلات الأمريكية، المعروفة باسم RIAA. عند قطع الأسطوانة يُخفّض الجهير وتُرفع الطبقات الحادة؛ فالجهير العميق يحتاج إلى انحرافات واسعة تشغل مساحة أكبر من الأخدود. وتطبق مرحلة الفونو المنحنى العكسي أثناء التشغيل، فتعيد الجهير وتخفض الطبقات الحادة إلى توازنها المقصود. تشرح شركة ويست أوديو أن هذا التصحيح العكسي هو ما تستعمله مرحلة الفونو لاستعادة التوازن النغمي للتسجيل.

إذا أوصلت القرص الدوار بمدخل خطي لا يحتوي على مرحلة فونو، فقد تسمع صوتًا منخفضًا ورقيقًا وضعيف الجهير. أما إذا كان القرص الدوار يضم مرحلة فونو مدمجة ومفعلة، فيمكن أن يرسل إشارة بمستوى خطي إلى المضخم. موضع الدائرة يتغير من جهاز إلى آخر، لكن وظيفتها تظل بين خرج الخرطوشة وبقية نظام التضخيم.

بعد مرحلة الفونو يصل الدور إلى المضخم، الذي يرفع قدرة الإشارة بما يكفي لتحريك وحدات مكبرات الصوت. عند هذه النقطة لم تعد الإشارة حركة ميكانيكية في الأخدود؛ إنها تغير كهربائي يتبع الشكل الذي قرأته الإبرة.

مكبر الصوت يعيد الكهرباء إلى حركة

تصل الإشارة المضخمة إلى ملف مكبر الصوت، فتدفع المخروط إلى الأمام والخلف. مقدار الحركة وسرعتها يتبعان تغير الإشارة: الحركات الأسرع تقابل الترددات الأعلى، والحركات الأبطأ تقابل الترددات المنخفضة، بينما يرتبط اتساع الحركة بمستوى الصوت.

توضح الموسوعة البريطانية أن مخروط مكبر الصوت يتحرك مع الملف ويحول التيار الكهربائي إلى موجة ضغط. عندما يتقدم المخروط يضغط الهواء أمامه، وعندما يتراجع يخفف ذلك الضغط. تستقبل أذناك هذه التغيرات المتتابعة على أنها صوت، وقد يشعر جسدك بالحركات المنخفضة الأكبر على هيئة جهير.

وهكذا تنتهي العملية بحركة تشبه ما بدأت به: كانت الموسيقى تموجات دقيقة في جدار أخدود، ثم صارت جهدًا كهربائيًا داخل الخرطوشة، وأصبحت في مكبر الصوت مخروطًا متحركًا يصنع موجات ضغط في هواء الغرفة.