Кондензаторите (CAP) са важни компоненти в аудио системите. Те имат различно напрежение, ток и форм фактори. За да изберат кои кондензатори са най-добри за звук, модераторите трябва да разберат всички параметри на CAP. Целостта на аудиосигнала до голяма степен зависи от избора на кондензатори. Ето защо, когато избирате правилното устройство, трябва да се вземат предвид всички важни фактори.
Параметрите на аудио CAP са специално оптимизирани за приложения с висока производителност и предлагат по-ефективни аудио канали от стандартните компоненти. Типовете кондензатори, които обикновено се използват в аудио каналите, са алуминиеви електролитни и филмови CAP, и кои кондензатори са най-добри за звук при определени условия зависи от използваните схеми и устройства: високоговорители, CD и музикални инструменти, бас китари идруги.
История на звуковия кондензатор
Кондензаторът е един от най-старите електронни компоненти. Електрическите проводници са открити през 1729 г. През 1745 г. немският изобретател Евалд Георг фон Клайст открива кораба в Лайден, който става първата CAP. Физикът Питер ван Мюсенбрук, физик от университета в Лайден, открива сам лайденския буркан през 1746 г.
В момента бурканът Leiden е стъклен съд, покрит с метално фолио отвътре и отвън. CAP служи като средство за съхранение на електричество и кои кондензатори са най-добри за звук ще зависи от капацитета, тъй като колкото по-голяма е тази цифра, толкова повече електроенергия ще съхранява. Капацитетът зависи от размера на противоположните пластини, разстоянието между плочите и естеството на изолатора между тях.
Кондензаторите, използвани в аудио усилвателите, се предлагат в няколко вида, като обикновена CAP с метално фолио за двете плочи и импрегнирана хартия между тях. Метализирани хартиени (MP) кондензатори, наричани още CAP от маслена хартия и метализирани хартиени еднослойни кондензатори (MBGO) за аудио, които се използват в AC, DC и импулсни вериги.
По-късно, mylar (полиестер) и други синтетични изолатори станаха по-разпространени. През 60-те години на миналия век металният CAP с майлар става много популярен. Две силни страни на тези устройства са по-малкият им размер и фактът, че се самолекуват. Днес това са най-добрите кондензатори за звук, те се използват в почти всяко електронно устройство. Поради огромния обем на търговия и производство на тези видове кондензатори, те са доста евтини.
Друг тип CAP е електролитен със специален дизайн с предимно високи и много високи стойности, вариращи от 1 uF до няколко десетки хиляди uF. Те се използват главно за разединяване или филтриране в захранването. Най-често срещаните в дизайна на усилвателя са метализирани кондензатори от Mylar или полиестер (MKT). По-висококачествените усилватели използват предимно метализиран полипропилен (MPP).
Компонентна технология
CAP технологията до голяма степен определя характеристиките на устройствата, а кои кондензатори са най-добри за звук зависи от класа оборудване. Продуктите от висок клас имат строги толеранси и са по-скъпи от кондензаторите с общо предназначение. В допълнение, такива висококачествени CAP могат да бъдат повторно използвани. Висококачествените аудио системи изискват висококачествени CAP, за да доставят най-висок клас качество на звука.
Ефективността или как кондензаторите влияят на звука зависи много от това как са запоени към печатната платка. Запояването натоварва пасивните компоненти, което може да причини пиезоелектрични напрежения и напукване на повърхностно монтирани CAP. Когато запоявате кондензатори, трябва да използвате правилния ред на запояване и да следвате препоръкитепрофил.
Всички mylar аудио кондензатори са неполяризирани, което означава, че не е необходимо да бъдат обозначени като положителни или отрицателни. Тяхната връзка във веригата няма значение. Те са предпочитани във висококачествени аудио вериги поради ниската им загуба и намалено изкривяване, когато размерът на продукта позволява.
MKC тип метализиран поликарбонат почти не се използва вече. Известно е, че типовете ERO MKC все още се използват широко, тъй като имат балансиран музикален звук с много малко оцветяване. Типовете MKP имат по-ярък звук, както и по-широк звуков диапазон.
Малко известен тип MKV кондензатор е метализиран полипропиленов CAP в масло. Това е най-добрият кондензатор за аудио, защото има по-мощни характеристики от метализираната хартия с маслено покритие.
Качество на пасивните елементи
Кондензаторите, особено когато са на линията на изходния сигнал, силно влияят върху качеството на звука на аудиосистемата.
Има няколко фактора, които определят качеството на CAP, без съмнение много важни за аудиото:
- Толерантност и действителен капацитет, необходими за използване във филтри.
- Капацитивност спрямо честота, така че 1 микрофарад при 1000 Hz не означава 1 микрофарад при 20 kHz.
- Вътрешно съпротивление (ESR).
- Ток на утечка.
- Остаряването е фактор, който ще се развива с течение на времето за всеки продукт.
Най-добрият избор на кондензаторни приложения зависи от приложението във веригата и необходимия капацитет:
- Обхват от 1 pF до 1 nF - вериги за управление и обратна връзка. Този диапазон се използва главно за елиминиране на високочестотния шум в аудио канала или за целите на обратна връзка, като моста на усилвателя Quad 606. SGM кондензаторът в аудиото е най-добрият избор в този диапазон. Има много добър толеранс (до 1%) и много ниски изкривявания и шум, но доста скъп. ISS или MCP е добра алтернатива. Керамичните CAP трябва да се избягват на сигналната линия, тъй като те могат да причинят допълнително нелинейно изкривяване до 1%.
- От 1 nF до 1 uF - свързване, разделяне и потискане на вибрациите. Те се използват най-често в аудио системите, а също и между етапите, където има разлика в нивото на постоянен ток, елиминирането на вибрациите и в вериги за обратна връзка. Обикновено филмовите кондензатори ще се използват в този диапазон до 4,7 микрофарада. Най-добрият избор на кондензатор за звук и аудио е полистирол (MKS), полипропилен (MKP). Полиетиленът (MKT) е по-евтина алтернатива.
- 1 Ф и нагоре - захранвания, изходни кондензатори, филтри, изолация. Предимството е много висок капацитет (до 1 фарад). Но има няколко минуса. Електролитните CAP са подложени на стареене и изсушаване. След 10 или повече години маслото изсъхва и важни фактори като ESR се променят. Те са поляризирани и трябва да се сменят на всеки 10 години или ще се отразят негативно на звука. При проектиране на свързващата верига на електролити наПроблемите с сигналната линия често могат да бъдат избегнати чрез преизчисляване на времевата константа (RxC) за нисък капацитет под 1 микрофарад. Това ще помогне да се определи кои електролитни кондензатори са най-добри за звук. Ако това не е възможно, важно е електролитът да е под 1V DC и да се използва висококачествен CAP (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Избирайки най-доброто решение за всяка програма, разработчикът може да постигне най-доброто качество на звука. Инвестирането във висококачествени CAP има положителен ефект върху качеството на звука повече от всеки друг компонент.
Тестване на CAP елементи за приложения
Налице е общоприето разбиране, че различните CAP могат да променят качеството на звука на аудио приложенията при различни условия. Кои кондензатори да се монтират, в какви схеми и при какви условия - остават най-обсъжданите теми сред специалистите. Ето защо е по-добре да не преоткривате колелото в тази сложна тема, а да използвате резултатите от доказани тестове. Някои аудио вериги са склонни да са много големи и замърсяването в аудио среда, като заземяване и шасита, може да бъде голям проблем с качеството. Препоръчва се да добавите нелинейност и естествено изкривяване към теста чрез тестване на остатъци от моста от нулата.
| Диелектрик | Полистирол | Полистирол | Полипропилен | Полиестер | Сребърна слюда | керамика | Polycarb |
| Температура | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Ниво на напрежение | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Толерантност % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Грешка % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Разпръскване | 0,000053 | 0,000028 | 0,000122 | 0,004739 | 0,000168 | 0,000108 | 0,000705 |
| Усвояване | 0, 02% | 0, 02% | 0, 04% | 0, 23% | 0, 82% | 0, 34% | n / |
| DCR, 100 V | 3.00E + 13 | 2.00E + 15 | 3,50E + 14 | 9,50E +10 | 2.00E + 12 | 3.00E + 12 | n / |
| Фаза, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Собствена разделителна способност, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Мост | ниско | ниско | много ниско | високо | ниско | ниско | високо |
Характеристики на моделите
В идеалния случай дизайнерът би очаквал кондензаторът да бъде точно неговата проектна стойност, докато повечето други параметри биха били нулеви или безкрайни. Основните измервания на капацитета не са толкова видими тук, тъй като частите обикновено са в рамките на допустимите отклонения. Всички филмови CAP имат значителен температурен коефициент. Следователно, за да се определи кои филмови кондензатори са най-добри за звук, се извършва тестване с лабораторни инструменти.
Коефициентът на дифузия е полезен при оценка на ефективността на електролитното захранване. Този ефект върху звуковото представяне на сигналните CAP не е последователен и може да бъде доста малък. Числото представлява вътрешни загуби и може да бъде преобразувано в ефективно последователно съпротивление (ESR), ако желаете.
ESR не е постоянна стойност, но има тенденция да е толкова ниска при висококачествените кондензатори, че няма голям ефект върху производителността на веригата. Ако бяха построени резонансни вериги с висок Q, тогава щеше да е съвсем различна история. Въпреки това, ниският коефициент на разсейване е отличителен белег на добрите диелектрици, който може да послужи като добра улика при по-нататъшни изследвания.
Диелектричната абсорбция може да е по-тревожна. Това беше основен проблем с ранните аналогови компютри. Високата диелектрична абсорбция може да бъде избегната, така че аудио кондензаторите от слюда могат да осигурят на RIAA мрежите много добро аудио.
Измерванията на DC течове не трябва да влияят на нищо, тъй като съпротивлението на всеки сигнален кондензатор трябва да е много високо. При по-високи диелектрични материали се изисква по-малка повърхност и изтичането е почти незначително.
За материали с по-ниска диелектрична константа като тефлон, въпреки основното му високо съпротивление, може да се наложиголяма повърхностна площ. Тогава течът може да бъде причинен от най-малкото замърсяване или примеси. Изтичането на DC вероятно е добър контрол на качеството, но няма нищо общо с качеството на звука.
Нежелани паразитни компоненти
Транзистори, интегрални схеми и други активни компоненти оказват значително влияние върху качеството на аудио сигналите. Те използват енергия от източници на ток, за да променят характеристиките на сигнала. За разлика от активните компоненти, идеалните пасивни компоненти не консумират енергия и не трябва да променят сигналите.
В електронните схеми резисторите, кондензаторите и дроселите всъщност се държат като активни компоненти и консумират енергия. Поради тези фалшиви ефекти, те могат значително да променят аудио сигналите и е необходим внимателен избор на компоненти за подобряване на качеството. Постоянно нарастващото търсене на аудио оборудване с по-добро качество на звука принуждава производителите на CAP да произвеждат устройства с по-добра производителност. В резултат на това съвременните кондензатори за използване в аудио приложения имат по-добра производителност и по-високо качество на звука.
Лъжливите CAP ефекти в акустична верига се състоят от еквивалентно последователно съпротивление (ESR), еквивалентна последователна индуктивност (ESL), последователни източници на напрежение поради ефекта на Seebeck и диелектрично поглъщане (DA).
Типичното стареене, промените в работните условия и специфичните характеристики правят тези нежелани паразитни компоненти по-трудни. Всеки паразиткомпонент влияе върху работата на електронната схема по различни начини. Като начало ефектът на съпротивлението причинява изтичане на постоянен ток. В усилватели и други вериги, съдържащи активни компоненти, това изтичане може да доведе до значителна промяна в напрежението на отклонение, което може да повлияе на различни параметри, включително качествен фактор (Q).
Способността на кондензатора да се справя с пулсации и да пропуска високочестотни сигнали зависи от компонента на ESR. Малко напрежение се създава в точката, където два различни метала са свързани поради явление, известно като ефекта на Seebeck. Малките батерии, дължащи се на тези паразитни термодвойки, могат значително да повлияят на работата на веригата. Някои диелектрични материали са пиезоелектрични и шумът, който добавят към кондензатора, се дължи на малката батерия вътре в компонента. В допълнение, електролитните CAP имат паразитни диоди, които могат да причинят промени в отклонението или характеристиките на сигнала.
Параметри, влияещи върху пътя на сигнала
В електронните схеми пасивните компоненти се използват за определяне на усилването, установяване на DC блокиране, потискане на шума от захранването и осигуряване на отклонение. Евтините компоненти с малки размери обикновено се използват в преносимите аудио системи.
Ефективността на истинските полипропиленови аудио кондензатори е различна от тази на идеалните компоненти по отношение на ESR, ESL, диелектрична абсорбция,ток на утечка, пиезоелектрични свойства, температурен коефициент, толеранс и коефициент на напрежение. Въпреки че е важно да се вземат предвид тези параметри при проектирането на CAP за използване в пътя на аудио сигнала, двата, които имат най-голямо влияние върху пътя на сигнала, се наричат коефициент на напрежение и обратен пиезоелектричен ефект.
И кондензаторите, и резисторите показват промяна във физическите характеристики при промяна на приложеното напрежение. Това явление обикновено се нарича стрес фактор и варира в зависимост от химията, дизайна и вида на CAP.
Обратният пиезо ефект оказва влияние върху електрическия рейтинг на кондензаторите за звуков усилвател. В аудио усилвателите тази промяна в електрическата стойност на компонент води до промяна в усилването в зависимост от сигнала. Този нелинеен ефект води до изкривяване на звука. Обратният пиезоелектричен ефект причинява значително изкривяване на звука при по-ниски честоти и е основният източник на фактор на напрежението в керамичните CAP от клас II.
Напрежението, приложено към CAP, влияе върху неговата производителност. В случай на керамични CAP от клас II, капацитетът на компонента намалява при прилагане на нарастващо положително постоянно напрежение. Ако към него се приложи високо променливо напрежение, капацитетът на компонента намалява по същия начин. Въпреки това, когато се приложи ниско променливо напрежение, капацитетът на компонента има тенденция да се увеличава. Тези промени в капацитета могат значително да повлияят на качествотоаудио сигнали.
THD общо хармонично изкривяване
THD на аудио кондензаторите зависи от диелектричния материал на компонента. Някои от тях могат да дадат впечатляваща THD производителност, докато други могат сериозно да я влошат. Полиестерните кондензатори и алуминиевите електролитни кондензатори са сред CAP, които дават най-нисък THD. В случай на диелектрични материали от клас II, X7R предлага най-добрата THD производителност.
CAP за използване в аудио оборудване обикновено се класифицират според приложението, за което се използват. Три приложения: път на сигнала, функционални задачи и приложения за поддръжка на напрежение. Гарантирането, че оптималният аудио MKT кондензатор се използва в тези три области, помага за подобряване на изходния тон и намаляване на аудио изкривяването. Полипропиленът има нисък коефициент на разсейване и е подходящ и за трите зони. Докато всички CAP, използвани в аудиосистемата, влияят върху качеството на звука, компонентите в пътя на сигнала имат най-голямо влияние.
Използването на висококачествени аудио кондензатори може значително да намали влошаването на качеството на звука. Поради отличната си линейност, филмовите кондензатори обикновено се използват в аудио пътя. Тези неполярни аудио кондензатори са идеални за първокласни аудио приложения. Диелектрици, които обикновено се използват в дизайните на филмови кондензатори с качество на звука заизползваните сигнални пътища включват полиестер, полипропилен, полистирол и полифенилен сулфид.
CAP за използване в предусилватели, цифрово-аналогови преобразуватели, аналогово-цифрови преобразуватели и подобни приложения се класифицират заедно като функционални референтни кондензатори. Въпреки че тези неполяризирани аудио кондензатори не са в пътя на сигнала, те също могат значително да влошат качеството на аудиосигнала.
Кондензаторите, които се използват за поддържане на напрежението в аудио оборудване, имат минимален ефект върху аудиосигнала. Независимо от това е необходимо внимание при избора на CAP, които поддържат напрежение за оборудване от висок клас. Използването на компоненти, оптимизирани за аудио приложения, помага за подобряване на производителността на аудио веригата.
Диелектричен блок от полистиролова пластина
Полистиролните кондензатори се произвеждат чрез навиване на ламелен диелектричен блок, подобен на електролитен, или чрез полагане в последователни слоеве, като например книга (сгънат филм-фолио). Те се използват главно като диелектрици в различни пластмаси като полипропилен (MKP), полиестер/майлар (MKT), полистирол, поликарбонат (MKC) или тефлон. За плочите се използва алуминий с висока чистота.
В зависимост от вида на използвания диелектрик, кондензаторите се произвеждат в различни размери и капацитети с работно напрежение. Висок диелектрикСилата на полиестера позволява да се направят най-добрите електролитни кондензатори за звук в малки размери и на относително ниска цена за ежедневна употреба, където не се изискват специални качества. Налични капацитети от 1000 pF до 4,7 микрофарада при работни напрежения до 1000 V.
Коефициентът на диелектрична загуба на полиестера е сравнително висок. За аудио, полипропиленът или полистиролът могат значително да намалят диелектричните загуби, но тук трябва да се отбележи, че те са много по-скъпи. Полистиролът се използва във филтри/кросоувъри. Един недостатък на полистироновите кондензатори е ниската точка на топене на диелектрика. Ето защо полипропиленовите аудио кондензатори обикновено се различават един от друг, тъй като диелектрикът е защитен чрез отделяне на проводниците за спойка от тялото на кондензатора.
FIM технология с висока енергийна плътност
Високомощни филмови CAP предлагат три категории от този тип: TRAFIM (стандартни и специални), FILFIM и PPX. FIM технологията се основава на концепцията за контролирани самовъзстановяващи се свойства на сегментирани алуминиеви метализиращи филми.
Капацитетът е разделен на няколко милиона елементарни елемента, комбинирани и защитени с предпазители. Слабите диелектрични елементи са изолирани и преди пробиване на предпазителите, повредените елементи се изолират, с което кондензаторът продължава да работи нормално без късо съединение или експлозия, какъвто може да бъде случаят с електролитникондензатори за звук.
При благоприятни условия, продължителността на живота за този тип CAP не трябва да се очаква да надвишава 200 000 часа и MTBF 10 000 000 часа. Работейки като батерия, тези кондензатори консумират малко количество капацитет поради постепенното разграждане на отделните клетки през целия живот на компонента.
Сериите TRAFIM и FILFIM предлагат непрекъснато филтриране за високи напрежения/мощности (до 1kV). Капацитетът варира:
- 610uF до 15625uF за стандартен TRAFIM;
- 145uF до 15460uF за специални TRAFIM;
- 8.2uF до 475uF за FILFIM.
Обхватът на DC напрежение е:
- 1,4KV до 4,2KV за стандартен TRAFIM;
- 1,3kV до 5,3kV за персонализиран TRAFIM;
- и от 5,9 kV до 31,7 kV за FILFIM.
Кондензаторите от серията PPX предлагат пълна гама от мрежови решения за потискане на GTO, както и за блокиране на CAP, предлагащи капацитет от 0,19uF до 6,4uF. Диапазонът на напрежението за PPX варира от 1600V до 7500V с много ниска самоиндуктивност.
филмовите кондензатори за аудио обикновено имат отлична високочестотна производителност, но това често е компрометирано от големия им размер и дългата дължина на проводника. Вижда се, че малкият радиален кондензатор на Panasonic има много по-висок собствен резонанс (9,7 MHz) от този на Audience (4,5 MHz). Това не е заради монтираната тефлонова капачка, а защото е дълга няколко инча.и не може да се прикрепи към тялото. Ако дизайнерът се нуждае от високочестотна производителност, за да поддържа стабилност в полупроводниците с висока честотна лента, намалете размера и дължината на проводника до абсолютния минимум.
Ефективността на аудио вериги е силно зависима от пасивни компоненти като кондензатори и резистори. Действителните CAP съдържат нежелани фалшиви компоненти, които могат значително да изкривят характеристиките на аудио сигналите. Кондензаторите, използвани в пътя на сигнала, до голяма степен определят качеството на аудиосигнала. В резултат на това е необходим внимателен избор на CAP, за да се сведе до минимум влошаването на сигнала.
Аудио кондензаторите са оптимизирани, за да отговорят на нуждите на днешните висококачествени аудио системи. Пластмасовите филмови кондензатори за аудио се използват във висококачествени аудио системи и имат широк спектър от приложения.
