Els condensadors (CAP) són components importants dels sistemes d'àudio. Tenen diferents factors de forma, tensió i corrent. Per triar quins condensadors són els millors per al so, els moderadors han d'entendre tots els paràmetres CAP. La integritat del senyal d'àudio depèn en gran mesura de l'elecció dels condensadors. Per tant, a l'hora de triar el dispositiu adequat, cal tenir en compte tots els factors importants.
Els paràmetres CAP d'àudio estan especialment optimitzats per a aplicacions d' alt rendiment i ofereixen canals d'àudio més eficients que els components estàndard. Els tipus de condensadors que s'utilitzen habitualment als canals d'àudio són els electrolítics d'alumini i els CAPs de pel·lícula, i quins condensadors són els millors per al so en condicions particulars depenen dels circuits i dispositius utilitzats: altaveus, reproductors de CD i instruments musicals, guitarres baixes i altres.
Història del condensador de so
El condensador és un dels components electrònics més antics. Els conductors elèctrics es van descobrir l'any 1729. El 1745, l'inventor alemany Ewald Georg von Kleist va descobrir el vaixell de Leiden que es va convertir en el primer CAP. El físic Pieter van Müssenbrook, físic de la Universitat de Leiden, va descobrir el pot de Leiden pel seu compte l'any 1746.
En l'actualitat, el pot de Leiden és un recipient de vidre cobert amb paper metàl·lic per dins i per fora. El CAP serveix com a mitjà per emmagatzemar electricitat, i quins condensadors són els millors per al so dependran de la capacitat, perquè com més gran sigui aquesta xifra, més electricitat emmagatzemarà. La capacitat depèn de la mida de les plaques oposades, de la distància entre les plaques i de la naturalesa de l'aïllant entre elles.
Els condensadors que s'utilitzen en els amplificadors d'àudio vénen de diversos tipus, com el CAP comú amb làmina metàl·lica per a les dues plaques i paper impregnat entre elles. Condensadors de paper metal·litzat (MP), també anomenats CAPs de paper d'oli i condensadors d'una sola capa de paper metal·litzat (MBGO) per a àudio, que s'utilitzen en circuits de CA, CC i polsos.
Més tard, el mylar (polièster) i altres aïllants sintètics es van fer més habituals. A la dècada de 1960, el CAP metàl·lic amb mylar es va fer molt popular. Dos punts forts d'aquests dispositius són la seva mida més petita i el fet que s'autocuran. Avui dia, aquests són els millors condensadors per al so, s'utilitzen en gairebé tots els dispositius electrònics. A causa de l'enorme volum de comerç i producció d'aquest tipus de condensadors, són bastant barats.
Un altre tipus de CAP és electrolític amb un disseny especial amb valors predominantment alts i molt alts que van des d'1 uF fins a diverses desenes de milers d'uF. S'utilitzen principalment per desacoblar o filtrar la font d'alimentació. Els més comuns en el disseny d'amplificadors són els condensadors de polièster o Mylar metalitzats (MKT). Els amplificadors de més qualitat utilitzen principalment polipropilè metalitzat (MPP).
Tecnologia de components
La tecnologia CAP determina en gran mesura les característiques dels dispositius, i quins condensadors són els millors per al so depèn de la classe d'equip. Els productes de gamma alta tenen toleràncies estrictes i són més cars que els condensadors d'ús general. A més, aquestes CAP d' alta qualitat poden ser reutilitzables. Els sistemes d'àudio d' alta qualitat requereixen CAP d' alta qualitat per oferir una qualitat de so de primer nivell.
El rendiment, o com afecten els condensadors al so, depèn molt de com es soldin a la PCB. La soldadura tensa els components passius, que poden provocar tensions piezoelèctriques i esquerdes de CAPs muntats a la superfície. Quan soldeu condensadors, heu d'utilitzar l'ordre de soldadura correcte i seguir les recomanacionsperfil.
Tots els condensadors d'àudio mylar no estan polaritzats, el que significa que no cal que estiguin etiquetats com a positius o negatius. La seva connexió a la cadena no importa. Es prefereixen en circuits d'àudio d' alta qualitat a causa de la seva baixa pèrdua i la seva distorsió reduïda quan la mida del producte ho permet.
El tipus de policarbonat metal·litzat MKC ja no s'utilitza. Se sap que els tipus ERO MKC encara s'utilitzen molt perquè tenen un so musical equilibrat amb molt poca coloració. Els tipus MKP tenen un so més brillant i un rang de so més ampli.
Un tipus poc conegut de condensador MKV és un CAP de polipropilè metal·litzat en oli. És el millor condensador per a àudio perquè té característiques més potents que el paper metal·litzat recobert d'oli.
Qualitat dels elements passius
Els condensadors, especialment quan estan a la línia del senyal de sortida, afecten molt la qualitat del so d'un sistema d'àudio.
Hi ha diversos factors que determinen la qualitat del CAP, sens dubte molt importants per a l'àudio:
- Tolerància i capacitat real necessària per utilitzar-los en filtres.
- Capacitat en funció de la freqüència, de manera que 1 microfarad a 1.000 Hz no vol dir 1 microfarad a 20 kHz.
- Resistència interna (ESR).
- Corrent de fuga.
- L'envelliment és un factor que evolucionarà amb el temps per a qualsevol producte.
La millor opció d'aplicacions de condensador depèn de l'aplicació del circuit i de la capacitat necessària:
- Interval d'1 pF a 1 nF: circuits de control i retroalimentació. Aquest rang s'utilitza principalment per eliminar el soroll d' alta freqüència al canal d'àudio o amb finalitats de retroalimentació, com ara el pont amplificador Quad 606. El condensador SGM d'àudio és la millor opció en aquesta gamma. Té una tolerància molt bona (fins a un 1%) i una distorsió i soroll molt baixa, però força car. ISS o MCP és una bona alternativa. S'han d'evitar els CAPs de ceràmica a la línia de senyal, ja que poden provocar una distorsió no lineal addicional fins a un 1%.
- De 1 nF a 1 uF - acoblament, desacoblament i supressió de vibracions. S'utilitzen més habitualment en sistemes d'àudio i també entre etapes on hi ha una diferència de nivell de CC, eliminació de vibracions i en circuits de retroalimentació. Normalment, s'utilitzaran condensadors de pel·lícula en aquest rang de fins a 4,7 microfarads. La millor opció de condensador per a so i àudio és el poliestirè (MKS), el polipropilè (MKP). El polietilè (MKT) és una alternativa de menor cost.
- 1 Ф i superior: fonts d'alimentació, condensadors de sortida, filtres, aïllament. L'avantatge és una capacitat molt alta (fins a 1 farad). Però hi ha alguns inconvenients. Els CAP electrolítics estan subjectes a l'envelliment i l'assecat. Després de 10 anys o més, l'oli s'asseca i canvien factors importants com l'ESR. Estan polaritzats i s'han de substituir cada 10 anys o afectaran negativament el so. Quan es dissenya el circuit de connexió d'electròlitsEls problemes de la línia de senyal sovint es poden evitar recalculant la constant de temps (RxC) per a una capacitat baixa per sota d'1 microfarad. Això ajudarà a determinar quins condensadors electrolítics són els millors per al so. Si això no és possible, és important que l'electròlit sigui inferior a 1V DC i s'utilitzi un CAP d' alta qualitat (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
En triar la millor solució per a cada programa, el desenvolupador pot aconseguir la millor qualitat de so. Invertir en CAP d' alta qualitat té un efecte positiu en la qualitat del so més que qualsevol altre component.
Prova d'elements CAP per a aplicacions
Hi ha una comprensió comuna que diferents CAP poden canviar la qualitat del so de les aplicacions d'àudio en diferents condicions. Quins condensadors instal·lar, en quins circuits i en quines condicions, segueixen sent els temes més discutits entre els especialistes. Per això, és millor no reinventar la roda en aquest tema complex, sinó utilitzar els resultats de proves provades. Alguns circuits d'àudio solen ser molt grans i la contaminació en entorns d'àudio com ara terres i xassís pot ser un gran problema de qualitat. Es recomana afegir no linealitat i distorsió natural a la prova provant els residus del pont des de zero.
| Dielèctric | Polestirè | Polestirè | Polipropilè | Polièster | Silver-mica | Ceramica | Polycarb |
| Temperatura | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Nivell de tensió | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerància % | 2,5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Error % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Dispersió | 0,000053 | 0,000028 | 0,000122 | 0,004739 | 0,000168 | 0,000108 | 0,000705 |
| Absorció | 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 / |
| Fase, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Resolució nativa, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| pont | baix | baix | molt baix | alt | baix | baix | alt |
Característiques dels models
En el cas ideal, el dissenyador esperaria que el condensador fos exactament el seu valor de disseny, mentre que la majoria dels altres paràmetres serien zero o infinits. Les mesures principals de la capacitat no són tan visibles aquí com les peces solen estar dins de les toleràncies. Tots els CAP de pel·lícula tenen un coeficient de temperatura important. Per tant, per determinar quins condensadors de pel·lícula són els millors per al so, es fan proves amb instruments de laboratori.
El coeficient de difusió és útil per avaluar l'eficiència d'una font d'alimentació electrolítica. Aquest efecte sobre el rendiment sonor dels CAP de senyalització no és coherent i pot ser força petit. El nombre representa pèrdues internes i es pot convertir en resistència en sèrie efectiva (ESR) si es desitja.
ESR no és un valor constant, però acostuma a ser tan baix en condensadors d' alta qualitat que no té gaire efecte en el rendiment del circuit. Si es construïssin circuits ressonants d' alta Q, llavors seria una història completament diferent. Tanmateix, un factor de dissipació baix és un segell distintiu d'un bon dielèctric, que pot servir com a bona pista en investigacions posteriors.
L'absorció dielèctrica pot ser més preocupant. Aquest va ser un problema important amb els primers ordinadors analògics. Es pot evitar una alta absorció dielèctrica, de manera que els condensadors d'àudio mica poden proporcionar a les xarxes RIAA un àudio molt bo.
Les mesures de fuites de CC no haurien d'afectar res, ja que la resistència de qualsevol condensador de senyal hauria de ser molt alta. Amb materials dielèctrics més alts, es requereix menys superfície i les fuites són pràcticament insignificants.
Per a materials amb una constant dielèctrica més baixa com el tefló, malgrat la seva alta resistivitat bàsica, pot ser necessarigran superfície. Aleshores, la fuita pot ser causada per la més mínima contaminació o impureses. Les fuites de corrent continu són probablement un bon control de qualitat, però no tenen res a veure amb la qualitat del so.
Components paràsits no desitjats
Els transistors, els circuits integrats i altres components actius tenen un impacte significatiu en la qualitat dels senyals d'àudio. Utilitzen l'energia de fonts actuals per canviar les característiques del senyal. A diferència dels components actius, els components passius ideals no consumeixen energia i no haurien de canviar els senyals.
En els circuits electrònics, les resistències, els condensadors i els inductors es comporten com a components actius i consumeixen energia. A causa d'aquests efectes falsos, poden alterar significativament els senyals d'àudio, i cal una selecció acurada dels components per millorar la qualitat. La demanda cada cop més gran d'equips d'àudio amb millor qualitat de so està obligant els fabricants de CAP a produir dispositius amb un millor rendiment. Com a resultat, els condensadors moderns per utilitzar-los en aplicacions d'àudio tenen un millor rendiment i una qualitat de so més alta.
Els efectes CAP espúris en un circuit acústic consisteixen en una resistència en sèrie equivalent (ESR), inductància en sèrie equivalent (ESL), fonts de tensió en sèrie a causa de l'efecte Seebeck i absorció dielèctrica (DA).
L'envelliment típic, els canvis en les condicions de funcionament i les característiques específiques fan que aquests components paràsits no desitjats siguin més difícils. Cada paràsitcomponent afecta el rendiment del circuit electrònic de diferents maneres. Per començar, l'efecte de resistència provoca fuites de corrent continu. En amplificadors i altres circuits que contenen components actius, aquesta fuita pot provocar un canvi significatiu en la tensió de polarització, que pot afectar diversos paràmetres, inclòs el factor de qualitat (Q).
La capacitat d'un condensador per gestionar la ondulació i passar senyals d' alta freqüència depèn del component ESR. Es crea una petita tensió en el punt on s'uneixen dos metalls diferents a causa d'un fenomen conegut com a efecte Seebeck. Les bateries petites a causa d'aquests termoparells paràsits poden afectar significativament el rendiment del circuit. Alguns materials dielèctrics són piezoelèctrics i el soroll que afegeixen al condensador es deu a la petita bateria dins del component. A més, els CAP electrolítics tenen díodes paràsits que poden provocar canvis en el biaix o en les característiques del senyal.
Paràmetres que afecten el camí del senyal
Als circuits electrònics, els components passius s'utilitzen per determinar el guany, establir bloqueig de CC, suprimir el soroll de la font d'alimentació i proporcionar biaix. En sistemes d'àudio portàtils s'utilitzen habitualment components econòmics amb dimensions reduïdes.
El rendiment dels condensadors d'àudio de polipropilè real és diferent del dels components ideals en termes d'ESR, ESL, absorció dielèctrica,corrent de fuga, propietats piezoelèctriques, coeficient de temperatura, tolerància i coeficient de tensió. Tot i que és important tenir en compte aquests paràmetres a l'hora de dissenyar un CAP per utilitzar-lo en el camí del senyal d'àudio, els dos que tenen un impacte més gran en el camí del senyal s'anomenen factor de tensió i efecte piezoelèctric invers.
Tant els condensadors com les resistències presenten un canvi en les característiques físiques a mesura que canvia la tensió aplicada. Aquest fenomen s'anomena habitualment el factor d'estrès i varia segons la química, el disseny i el tipus de CAP.
L'efecte piezoelèctric invers afecta la classificació elèctrica dels condensadors d'un amplificador de so. En els amplificadors d'àudio, aquest canvi en el valor elèctric d'un component provoca un canvi de guany en funció del senyal. Aquest efecte no lineal produeix una distorsió del so. L'efecte piezoelèctric invers provoca una distorsió significativa de l'àudio a freqüències més baixes i és la principal font del factor de tensió en els CAP ceràmics de classe II.
La tensió aplicada al CAP afecta el seu rendiment. En el cas dels CAP ceràmics de classe II, la capacitat del component disminueix a mesura que s'aplica una tensió continua positiva creixent. Si se li aplica una tensió alterna alta, la capacitat del component disminueix de la mateixa manera. Tanmateix, quan s'aplica una tensió de CA baixa, la capacitat del component tendeix a augmentar. Aquests canvis de capacitat poden afectar significativament la qualitatsenyals d'àudio.
Distorsió harmònica total THD
El THD dels condensadors d'àudio depèn del material dielèctric del component. Alguns d'ells poden donar un rendiment THD impressionant, mentre que altres poden degradar-lo seriosament. Els condensadors de polièster i els condensadors electrolítics d'alumini es troben entre els CAP que donen el THD més baix. En el cas dels materials dielèctrics de classe II, el X7R ofereix el millor rendiment de THD.
Les CAP per utilitzar-se en equips d'àudio es classifiquen generalment segons l'aplicació per a la qual s'utilitzen. Tres aplicacions: ruta del senyal, tasques funcionals i aplicacions de suport de tensió. Assegurar que s'utilitza el condensador MKT d'àudio òptim en aquestes tres àrees ajuda a millorar el to de sortida i reduir la distorsió de l'àudio. El polipropilè té un baix factor de dispersió i és adequat per a les tres àrees. Tot i que tots els CAP utilitzats en un sistema d'àudio afecten la qualitat del so, els components del camí del senyal tenen el major impacte.
L'ús de condensadors d'àudio d' alta qualitat pot reduir considerablement la degradació de la qualitat del so. A causa de la seva excel·lent linealitat, els condensadors de pel·lícula s'utilitzen habitualment en el camí d'àudio. Aquests condensadors d'àudio no polars són ideals per a aplicacions d'àudio premium. Dielèctrics utilitzats habitualment en dissenys de condensadors de pel·lícula amb qualitat de so perEls usos de la ruta de senyal inclouen polièster, polipropilè, poliestirè i sulfur de polifenilè.
CAP per utilitzar-los en preamplificadors, convertidors digital-analògic, convertidors analògic-digital i aplicacions similars es classifiquen col·lectivament com a condensadors de referència funcionals. Tot i que aquests condensadors d'àudio no polaritzats no es troben al camí del senyal, també poden degradar significativament la qualitat del senyal d'àudio.
Els condensadors, que s'utilitzen per mantenir la tensió als equips d'àudio, tenen un efecte mínim sobre el senyal d'àudio. Independentment, cal tenir cura a l'hora de seleccionar CAPs que mantenen la tensió per a equips de gamma alta. L'ús de components optimitzats per a aplicacions d'àudio ajuda a millorar el rendiment del circuit d'àudio.
Bloc dielèctric de placa de poliestirè
Els condensadors de poliestirè es fabriquen enrotllant un bloc lamel·lar-dielèctric, semblant a un electrolític, o col·locant-se en capes successives, com un llibre (pel·lícula plegada-folia). S'utilitzen principalment com a dielèctrics en diversos plàstics com el polipropilè (MKP), el polièster/mylar (MKT), el poliestirè, el policarbonat (MKC) o el tefló. Per a les plaques s'utilitza alumini d' alta puresa.
Depenent del tipus de dielèctric utilitzat, els condensadors es produeixen de diferents mides i capacitats amb tensió de funcionament. Alt dielèctricLa força del polièster permet fabricar els millors condensadors electrolítics per al so en mides petites i a un cost relativament baix per a l'ús diari on no es requereixen qualitats especials. Capacitàncies disponibles des de 1.000 pF fins a 4,7 microfaradis amb tensions de funcionament de fins a 1.000 V.
El factor de pèrdua dielèctrica del polièster és relativament alt. Per a l'àudio, el polipropilè o el poliestirè poden reduir molt la pèrdua dielèctrica, però cal tenir en compte aquí que són molt més cars. El poliestirè s'utilitza en filtres/creuaments. Un desavantatge dels condensadors de poliestirè és el baix punt de fusió del dielèctric. És per això que els condensadors d'àudio de polipropilè solen ser diferents entre si, ja que el dielèctric es protegeix separant els cables de soldadura del cos del condensador.
Tecnologia FIM d' alta densitat energètica
Les CAPS de pel·lícula d' alta potència ofereixen tres categories d'aquest tipus: TRAFIM (estàndard i especial), FILFIM i PPX. La tecnologia FIM es basa en el concepte de propietats d'autocuració controlades de les pel·lícules de metal·lització d'alumini segmentades.
La capacitat es divideix en diversos milions d'elements elementals, combinats i protegits per fusibles. S'aïllen els elements dielèctrics febles i, abans de punxar els fusibles, s'aïllen els elements danyats, amb la qual cosa el condensador continua funcionant amb normalitat sense curtcircuit ni explosió, com pot ser el cas de l'electrolític.condensadors per a so.
En condicions favorables, no s'ha d'esperar que l'esperança de vida d'aquest tipus de CAP superi les 200.000 hores i la MTBF de 10.000.000 hores. Funcionant com una bateria, aquests condensadors consumeixen una petita quantitat de capacitat a causa de la degradació gradual de les cèl·lules individuals durant la vida útil del component.
Les sèries TRAFIM i FILFIM ofereixen un filtrat continu per a altes tensions/potències (fins a 1 kV). La capacitat varia:
- 610uF a 15625uF per a TRAFIM estàndard;
- 145uF a 15460uF per a TRAFIM especial;
- 8.2uF a 475uF per a FILFIM.
El rang de tensió de CC és:
- 1,4KV a 4,2KV per a TRAFIM estàndard;
- 1,3 kV a 5,3 kV per a TRAFIM personalitzat;
- i de 5,9 kV a 31,7 kV per a FILFIM.
Els condensadors de la sèrie PPX ofereixen una gamma completa de solucions de xarxa per a la supressió de GTO, així com el bloqueig de CAP, oferint capacitats de 0,19 uF a 6,4 uF. El rang de tensió per a PPX oscil·la entre 1600V i 7500V amb una autoinductància molt baixa.
Els condensadors de pel·lícula per a àudio solen tenir un rendiment d' alta freqüència excel·lent, però sovint es veu compromès per la seva gran mida i la seva llarga longitud de cable. Es pot veure que el petit condensador radial de Panasonic té una auto-ressonància molt més gran (9,7 MHz) que el d'Audience (4,5 MHz). Això no és a causa de la tapa de tefló instal·lada, sinó perquè té unes quantes polzades de llarg.i no es pot enganxar al cos. Si un dissenyador necessita un rendiment d' alta freqüència per mantenir l'estabilitat en semiconductors d'amplada de banda alta, redueix la mida i la longitud del cable al mínim absolut.
El rendiment dels circuits d'àudio depèn molt de components passius com ara condensadors i resistències. Els CAP reals contenen components falsos no desitjats que poden distorsionar significativament les característiques dels senyals d'àudio. Els condensadors utilitzats en el camí del senyal determinen en gran mesura la qualitat del senyal d'àudio. Com a resultat, cal una selecció acurada de CAP per minimitzar la degradació del senyal.
Els condensadors de grau d'àudio estan optimitzats per satisfer les necessitats dels sistemes d'àudio d' alta qualitat actuals. Els condensadors de pel·lícula de plàstic per a àudio s'utilitzen en sistemes d'àudio d' alta qualitat i tenen una àmplia gamma d'aplicacions.
