Конденсатори (Capacitors, CAP) є важливими компонентами в аудіосистемах. Вони мають різні показники напруги, струму і форм-факторів. Для того щоб вибрати, які конденсатори краще для звуку, модераторам потрібно розбиратися у всіх параметрах CAP. Цілісність аудіосигналу багато в чому залежить від вибору конденсаторів. Тому при виборі правильного пристрою необхідно враховувати всі важливі чинники.
Параметри CAP аудіосигналу спеціально оптимізовані для високопродуктивних додатків і пропонують більш ефективні аудіоканали, ніж стандартні компоненти. Типи конденсаторів, які зазвичай використовуються в аудиоканалах, являють собою алюмінієві електролітичні і плівкові CAP, а які конденсатори краще для звуку в конкретних умовах, залежить від використовуваних схем і пристроїв: гучномовців, програвачів компакт-дисків і музичних інструментів, бас-гітар та інших.
Історія звукового конденсатора
Конденсатор є одним з найстаріших електронних компонентів. Електричні провідники були виявлені в 1729 році. У 1745 році німецький винахідник Евальд Георг фон Кляйст виявив лейденський посудину, який став першим CAP. Фізик Пітер ван Мюссенбрук – фізик з Лейденського університету відкрив лейденську банку самостійно в 1746 році.
В даний час лейденська банку являє собою скляну посудину, покритий металевою фольгою всередині і зовні. CAP служить засобом зберігання електрики, а які конденсатори краще для звуку буде залежати від ємності, адже чим більше цей показник, тим більше енергії він буде зберігати. Ємність залежить від розміру протилежних пластин, відстані між пластинами і характеру ізолятора між ними.
Конденсатори, що використовуються підсилювачі звуку, бувають кількох типів, наприклад, звичайний CAP з металевою фольгою для обох пластин і просоченої папером між ними. Конденсатори з металізованої папером (MP), також звані паперово-олійними CAP і металізовані паперові одношарові конденсатори (МБГО) для звуку, які використовуються в ланцюгах змінного, постійного та імпульсного струму.
Пізніше майлар (поліестер) та інші синтетичні ізолятори стали більш поширеними. У шістдесяті роки минулого століття металевий CAP з майларом став дуже популярним. Дві сильні сторони цих пристроїв – менший розмір і той факт, що вони є самовідновлюються. Сьогодні це найкращі конденсатори для звуку, вони використовуються практично в кожному електронному пристрої. З-за величезних обсягів торгівлі і виробництва таких типів конденсаторів вони досить дешеві.
Інший тип CAP – електролітичний зі спеціальною конструкцією з переважно високими і дуже високими значеннями в діапазоні від 1 мкФ до декількох десятків тисяч мкФ. Вони в основному використовуються для розв’язки або фільтрації в блоці живлення. Найбільш поширеними в конструкції підсилювачів є металізовані майларові або поліефірні конденсатори (МКТ). В підсилювачах більш високої якості в основному використовується поліпропілен металізований (МКП).
Технологія виготовлення компонентів
Технологія CAP в чому визначає характеристики пристроїв, а які конденсатори краще для звуку залежить від класу обладнання. Висококласні вироби мають жорсткі допуски і коштують дорожче, ніж конденсатори широкого застосування. Крім того, такі високоякісні CAP можуть бути багаторазовими. Високоякісні аудіосистеми вимагають високоякісних CAP для забезпечення вищого класу якості звуку.
Продуктивність або те, як впливають конденсатори на звук, багато в чому залежить від того, як вони припаюються до друкованої плати. Пайка викликає напругу в пасивних компонентів, що може призвести до появи п’єзоелектричних напруг і розтріскування поверхнево встановлених CAP. При пайку конденсаторів необхідно використовувати правильний порядок пайки і слідувати рекомендаціям профілю.
Всі лавсанові конденсатори для звуку неполяризованные, тобто їм не потрібно маркувати висновок як позитивний, так і негативний. Їх з’єднання в ланцюзі не має значення. Вони кращі у високоякісних звукових ланцюгах з-за низьких втрат і зменшених спотворень, якщо при цьому дозволяє розмір виробу.
МКС металізований полікарбонатний тип вже практично не використовується. Відомо, що типи ERO МКС все ще широко застосовуються, тому що мають збалансований музичний звук з дуже невеликий забарвленням. Типи MKP мають більш яскравий звук, а також відрізняються великим діапазоном звучання.
Маловідомий тип конденсатора MKV – це металізований поліпропіленовий CAP в маслі. Це кращий конденсатор для звуку, оскільки має більш потужними характеристиками, ніж металізована папір в маслі.
Якість пасивних елементів
Конденсатори, особливо коли вони знаходяться на вихідний сигнальної лінії, сильно впливають на якість звуку аудіосистеми.
Є кілька факторів, які визначають якість CAP, безсумнівно, дуже важливі для аудіо:
Кращий вибір додатків конденсатора залежить від застосування в ланцюзі і необхідної ємності:
Вибравши найкраще рішення для кожної програми, розробник може досягти найкращої якості звуку. Інвестування в високоякісні CAP надає позитивний вплив на якість звуку, більше ніж будь-який інший компонент.
Тестування CAP-елементів для додатків
Існує загальне розуміння про те, що різні CAP можуть змінювати якість звуку в аудиоприкладных програмах у різних умовах. Які конденсатори встановити, в яких схемах і в яких умовах – залишаються самими обговорюваними темами у фахівців. Саме тому краще не винаходити велосипед у цій складній темі, а використовувати результати перевірених випробувань. Деякі звукові схеми, як правило, дуже великі, а забруднення в звуковий навколишньому середовищі, наприклад, у таких як заземлення і шасі, може бути великою проблемою для якості. Рекомендується додавати нелінійність і природні перекручування до тесту, перевіряючи залишки мосту з нуля.
Діелектричний | Полістирол | Полістирол | Поліпропілен | Поліестер | Silver-слюда | Керамічний | Polycarb |
Температура | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
Рівень напруги | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
Толерантність % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
Помилка % | 2,18% | 0,28% | 0,73% | -7,06% | 0,01% | -0,09% | -1,72% |
Розсіювання | 0.000053 | 0.000028 | 0.000122 | 0.004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
Абсорбція | 0,02% | 0,02% | 0,04% | 0,23% | 0,82% | 0,34% | н / |
DCR, 100 В | 3.00 E + 13 | 2.00 E + 15 | 3.50 E + 14 | 9.50 E + 10 | 2.00 E + 12 | 3.00 E + 12 | н / |
Фаза, 2 МГц | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | н / |
R, 2 МГц | 6 | 7,8 | 9,2 | 8,5 | 7,6 | 7,6 | н / |
Власне дозвіл, МГц | 7 | 7,7 | 9,7 | 7,5 | 8,4 | 9,2 | н / |
Міст | низький | низький | дуже низький | високо | низький | низький | високо |
Характеристики моделей
В ідеальному випадку розробник очікує, що конденсатор буде точно відповідати його проектним значенням, в той час як більшість інших параметрів будуть нульовими або нескінченними. Основні вимірювання ємності тут не так помітні, оскільки деталі зазвичай відповідають допускам. Всі плівкові CAP мають значний температурний коефіцієнт. Тому, щоб визначити, які плівкові конденсатори краще для звуку, проводять тестування лабораторними приладами.
Коефіцієнт дифузії корисний при оцінці ефективності електролітичного джерела живлення. Це вплив на звукові характеристики сигнальних CAP не узгоджено і може бути досить незначним. Число являє внутрішні втрати і при бажанні може бути перетворено в ефективне послідовне опір (ESR).
ESR не є постійною величиною, але має тенденцію бути настільки низьким високоякісних конденсаторах, що не робить великого впливу на продуктивність схеми. Якби були побудовані резонансні схеми з високим Q, то це була б зовсім інша історія. Однак низький коефіцієнт розсіювання є відмінною рисою хороших діелектриків, що може служити хорошою підказкою в подальших дослідженнях.
Діелектричне поглинання може бути більш тривожним. Це було серйозною проблемою з ранніми аналоговими комп’ютерами. Високого діелектричне поглинання можна уникнути, так слюдяні конденсатори для звуку можуть забезпечити мережі RIAA дуже хорошим звуком.
Вимірювання постійного струму витоку не повинні впливати на що-небудь, так як опір будь-якого сигнального конденсатора має бути дуже високим. При використанні матеріалів з високою діелектричною проникністю потрібна менша площа поверхні, тоді витік буде практично несуттєвою.
Для матеріалів з низькою діелектричною проникністю, таких як тефлон, незважаючи на його основне високий питомий опір, може знадобитися велика площа поверхні. Тоді витік може бути викликана найменшим забрудненням або домішками. Витік постійного струму, ймовірно, є хорошим засобом контролю якості, але вона не пов’язана з якістю звуку.
Небажані паразитарні компоненти
Транзистори, інтегральні схеми та інші активні компоненти роблять істотний вплив на якість звуку. Вони використовують живлення від джерел струму для зміни характеристик сигналу. На відміну від активних компонентів, ідеальні пасивні не споживають енергію і не повинні змінювати сигнали.
В електронних схемах резистори, конденсатори та індуктори фактично ведуть себе, як активні компоненти і споживають енергію. З-за цих паразитних ефектів вони можуть значно змінити звукові сигнали, і для підвищення якості потрібен ретельний вибір компонентів. Постійно зростаючий попит на аудіообладнання з кращою якістю звуку змушує виробників CAP випускати пристрої з кращими характеристиками. В результаті чого сучасні конденсатори для використання в аудиоприложениях мають кращу продуктивність і більш високу якість звуку.
Паразитні ефекти CAP в акустичній ланцюги складаються з еквівалентного послідовного опору (ESR), послідовної еквівалентної індуктивності (ESL), послідовних джерел напруги із-за ефекту Зеєбека та діелектричного поглинання (DA).
Типове старіння, зміни в робочих умовах і специфічні характеристики роблять ці небажані паразитні компоненти більш складними. Кожен паразитарний компонент по-різному впливає на продуктивність електронної схеми. Почнемо з того, що ефект опору викликає витік постійного струму. В підсилювачах та інших схемах, що містять активні компоненти, ця витік може призвести до значної зміни напруги зміщення, які можуть впливати на різні параметри, включаючи коефіцієнт якості (Q).
Здатність конденсатора обробляти пульсації і пропускати високочастотні сигнали залежить від компонента ESR. Невелика напруга створюється в точці, де два неоднорідних металу пов’язані з-за явища, відомого як ефект Зеєбека. Невеликі батареї з-за цих паразитних термопар можуть суттєво вплинути на продуктивність схеми. Деякі діелектричні матеріали є п’єзоелектричними, а шум, який вони додають до конденсатора, проявляється через маленької батареї всередині компонента. Крім того, електролітичні CAP мають паразитні діоди, які можуть викликати зміни у зміщенні або характеристики сигналу.
Параметри, що впливають на шлях проходження сигналу
В електронних схемах пасивні компоненти використовуються для визначення посилення, встановлення блокування постійного струму, придушення шуму джерела живлення і забезпечення зміщення. Недорогі компоненти з невеликими розмірами зазвичай використовуються в портативних аудіосистемах.
Характеристики реальних поліпропіленових конденсаторів для звуку відрізняються від характеристик ідеальних компонентів з точки зору ESR, ESL, діелектричного поглинання, струму витоку, п’єзоелектричних властивостей, температурного коефіцієнта, допуску та коефіцієнта напруги. Хоча важливо враховувати ці параметри при розробці CAP для використання в тракті аудіосигналу, два з них, що мають найбільший вплив на шлях проходження сигналу, називають коефіцієнтом напруги і зворотнім п’єзоелектричним ефектом.
Як конденсатори, так і резистори демонструють зміну фізичних характеристик при зміні прикладеної напруги. Це явище зазвичай називають коефіцієнтом напруги, і воно варіюється в залежності від хімічного складу, конструкції і типу CAP.
Зворотний п’єзоефект впливає на номінальну електричне значення конденсаторів для підсилювача звуку. У аудиоусилителях це зміна електричного значення компонента призводить до зміни підсилення в залежності від сигналу. Цей нелінійний ефект призводить до спотворення звуку. Зворотний п’єзоелектричний ефект викликає значні спотворення звуку на низьких частотах і є основним джерелом коефіцієнта напруги в керамічних CAP класу II.
Напруга, прикладена до CAP, впливає на його продуктивність. У разі керамічних CAP класу II, ємність компонента зменшується, коли прикладається зростаюче позитивне постійна напруга. Якщо до нього подається висока напруга змінного струму, ємність компонента зменшується аналогічним чином. Однак, коли прикладається низьке змінне напруга, ємність компонента має тенденцію до збільшення. Ці зміни в ємності можуть значно вплинути на якість звуку.
Загальна характеристика гармонічних спотворень THD
THD конденсаторів для звуку залежить від діелектричного матеріалу компонента. Деякі з них можуть давати вражаючі характеристики THD, в той час як інші можуть серйозно погіршити його. Поліефірні алюмінієві електролітичні конденсатори і конденсатори відносяться до числа CAP, які дають найнижче значення THD. У разі діелектричних матеріалів класу II, X7R пропонує кращі характеристики саме THD.
CAP для використання в аудиооборудовании зазвичай класифікуються згідно із застосуванням, для якої вони використовуються. Три додатки: шлях проходження сигналу, функціональні завдання та програми підтримки напруги. Забезпечення використання оптимальних конденсатор MKT для звуку в цих трьох областях допомагає поліпшити вихідний тон і зменшити спотворення звуку. Поліпропіленові мають низький коефіцієнт розсіювання і підходять для всіх трьох областей. Хоча всі CAP, використовувані в аудіосистемі, що впливають на якість звуку, компоненти, що знаходяться на шляху проходження сигналу, надають найбільший вплив.
Використання високоякісних конденсаторів класу аудіо допомагає значно знизити погіршення якості звуку. З-за їх чудовою лінійності плівкові конденсатори зазвичай використовуються в аудиотракте. Ці неполярні конденсатори для звуку ідеально підходять для аудіотехніки преміум-класу. Діелектрики, зазвичай застосовувані в конструкціях плівкових конденсаторів з якістю звуку для використання на шляху проходження сигналу, включають поліефір, поліпропілен, полістирол і полифениленсульфид.
CAP для використання в попередніх підсилювачах, цифро-аналогових перетворювачів, аналого-цифрових перетворювачах та аналогічних програмах спільно класифікуються як функціональні конденсатори завдання. Хоча ці неполярні конденсатори для звуку не знаходяться на шляху проходження сигналу, вони теж можуть значно погіршити якість звуку.
Конденсатори, які використовуються для підтримання напруги в аудиооборудовании, надають мінімальний вплив на звуковий сигнал. Незважаючи на це, потрібно увагу при виборі CAP, які підтримують напругу для обладнання високого класу. Використання компонентів, оптимізованих для аудіо додатків, допомагає поліпшити продуктивність звукової схеми.
Полістирольний пластинчато-діелектричний блок
Полістирольні конденсатори виготовляються шляхом намотування пластинчато-діелектричного блоку, подібного електролітичному, або шляхом укладання в послідовні шари, наприклад, книгу (складена плівка-фольга). В основному вони використовуються в якості діелектриків з різних пластиків, таких як поліпропілен (MKP), поліефір / майлар (MKT), полістирол, полікарбонат (МКС) або тефлон. Для пластин використовують алюміній з високим ступенем чистоти.
Залежно від типу використовуваного діелектрика виробляються конденсатори різних розмірів і ємності з робочою напругою. Висока діелектрична міцність поліефіру дозволяє виготовляти кращі електролітичні конденсатори для звуку невеликого розміру і при відносно низьких витратах для повсякденного використання, коли особливі якості не потрібні. Можливі ємності від 1 000 пФ до 4,7 микрофарад при робочих напругах до 1 000 Ст.
Коефіцієнт діелектричних втрат в полиэфире відносно високий. Для аудіо поліпропілен або полістирол можуть значно знизити діелектричні втрати, але тут слід зазначити, що вони набагато дорожче. Полістирольні використовуються у фільтрах / кросоверах. Одним недоліком полістирольних конденсаторів є низька температура плавлення діелектрика. Ось чому поліпропіленові конденсатори для звуку зазвичай відрізняються один від одного, так як діелектрик захищений шляхом відділення паяних висновків від корпусу конденсатора.
Технологія FIM з високою щільністю енергії
Плівкові CAP великої потужності пропонують три категорії цього типу: TRAFIM (стандартна та спеціальна), FILFIM і PPX. Технологія FIM заснована на концепції контрольованих самовідновлюються властивостей сегментованих плівок металізації алюмінію.
Ємність розділена на кілька мільйонів елементарних елементів, об’єднаних і захищених плавкими запобіжниками. Слабкі діелектричні елементи ізольовані, а перед перфорацією запобіжників ізолюють пошкоджені елементи, з якими конденсатор продовжує працювати в звичайному режимі без короткого замикання або вибуху, як це може бути у випадку електролітичних конденсаторів для звуку.
При сприятливих умовах не слід очікувати, що очікуваний строк служби CAP цього типу перевищить 200 000 годин, а MTBF – 10 000 000 годин. Працюючи як батарея, ці конденсатори споживають невелику частину ємності з-за поступового руйнування окремих елементів протягом терміну служби компонента.
Серії TRAFIM і FILFIM пропонують безперервну фільтрацію для високих напруг / потужностей (до 1 кВ). Ємність варіюється:
- від 610 мкФ до 15 625 мкФ для стандартного TRAFIM;
- від 145 мкФ до 15 460 мкФ для спеціального TRAFIM;
- від 8,2 мкФ до 475 мкФ для FILFIM.
Діапазон постійної напруги становить:
- від 1,4 кВ до 4,2 кВ для стандартного TRAFIM;
- від 1,3 кВ до 5,3 кВ для персоналізованого TRAFIM;
- і від 5,9 кВ до 31,7 кВ для FILFIM.
Конденсатори серії PPX пропонують повний спектр мережевих рішень для захисту від перешкод в GTO тиристорах, а також для блокуючих CAP, пропонуючи ємність від 0,19 мкФ до 6,4 мкФ. Діапазон напруги для PPX коливається від 1 600 до 7 500 з дуже малою індуктивністю.
Плівкові конденсатори для звуку, як правило, мають відмінні високочастотні характеристики, але це часто компрометируется великими розмірами і компенсується великою довжиною дроту. Можна помітити, що у маленького радіального конденсатора Panasonic власний резонанс набагато вище (9,7 МГц), ніж у Audience (4,5 МГц). Це не з-за встановленою тефлонової кришки, а з-за того, що вона має довжину в кілька дюймів і не може бути приєднано до корпусу. Якщо розробнику потрібні високочастотні характеристики для підтримки стабільності в широкосмугових напівпровідниках, зменшують розмір і довжину проводу до абсолютного мінімуму.
Продуктивність звукових ланцюгів сильно залежить від пасивних компонентів, таких як конденсатори і резистори. Фактичні CAP містять небажані паразитні компоненти, які можуть значно спотворювати характеристики аудіосигналів. Конденсатори, використовувані в тракті сигналу, в значній мірі визначають якість звуку. В результаті потрібен ретельний вибір CAP, щоб мінімізувати погіршення сигналу.
Конденсатори класу аудіо оптимізовані для задоволення потреб сучасних високоякісних аудіосистем. Пластикові плівкові конденсатори для звуку використовуються у високоякісних аудіосистемах і мають широкий спектр застосування.
