I condensatori (CAP) sono componenti importanti nei sistemi audio. Hanno diversi fattori di tensione, corrente e forma. Per scegliere quali condensatori sono i migliori per il suono, i moderatori devono comprendere tutti i parametri CAP. L'integrità del segnale audio dipende in gran parte dalla scelta dei condensatori. Pertanto, quando si sceglie il dispositivo giusto, è necessario considerare tutti i fattori importanti.
I parametri della CAP audio sono appositamente ottimizzati per applicazioni ad alte prestazioni e offrono canali audio più efficienti rispetto ai componenti standard. I tipi di condensatori comunemente utilizzati nei canali audio sono elettrolitici in alluminio e CAP a pellicola, e quali condensatori sono i migliori per il suono in condizioni particolari dipende dai circuiti e dai dispositivi utilizzati: altoparlanti, lettori di CD e strumenti musicali, bassi e altri.
Storia del condensatore sonoro
Il condensatore è uno dei componenti elettronici più antichi. I conduttori elettrici furono scoperti nel 1729. Nel 1745, l'inventore tedesco Ewald Georg von Kleist scoprì la nave Leiden che divenne la prima CAP. Il fisico Pieter van Müssenbrook, fisico dell'Università di Leiden, scoprì da solo il vaso di Leiden nel 1746.
Attualmente, il vaso di Leiden è un vaso di vetro ricoperto da un foglio di metallo dentro e fuori. La PAC serve come mezzo per immagazzinare elettricità e quali condensatori sono i migliori per il suono dipenderanno dalla capacità, perché maggiore è questa cifra, maggiore sarà l'elettricità che immagazzinerà. La capacità dipende dalle dimensioni delle piastre opposte, dalla distanza tra le piastre e dalla natura dell'isolante tra di esse.
I condensatori utilizzati negli amplificatori audio sono di diversi tipi, come il comune CAP con lamina metallica per entrambe le piastre e carta impregnata tra di loro. Condensatori in carta metallizzata (MP), chiamati anche CAP in carta oleata e condensatori in carta metallizzata a strato singolo (MBGO) per l'audio, utilizzati nei circuiti CA, CC e a impulsi.
Più tardi, il mylar (poliestere) e altri isolanti sintetici divennero più comuni. Negli anni '60, il CAP in metallo con mylar divenne molto popolare. Due punti di forza di questi dispositivi sono le loro dimensioni ridotte e il fatto che sono autorigeneranti. Oggi questi sono i migliori condensatori per il suono, sono usati in quasi tutti i dispositivi elettronici. A causa dell'enorme volume di scambi e produzione di questi tipi di condensatori, sono piuttosto economici.
Un altro tipo di CAP è elettrolitico con un design speciale con valori prevalentemente alti e molto alti che vanno da 1 uF a diverse decine di migliaia di uF. Sono utilizzati principalmente per il disaccoppiamento o il filtraggio nell'alimentazione. I più comuni nella progettazione di amplificatori sono i condensatori in Mylar o poliestere (MKT) metallizzati. Gli amplificatori di qualità superiore utilizzano principalmente polipropilene metallizzato (MPP).
Tecnologia dei componenti
La tecnologia CAP determina in gran parte le caratteristiche dei dispositivi e quali condensatori sono i migliori per il suono dipende dalla classe dell'apparecchiatura. I prodotti di fascia alta hanno tolleranze strette e sono più costosi dei condensatori per uso generico. Inoltre, tali CAP di alta qualità possono essere riutilizzabili. I sistemi audio di alta qualità richiedono CAP di alta qualità per offrire una qualità del suono di prima classe.
Le prestazioni, o come i condensatori influenzano il suono, dipendono molto da come sono saldati al PCB. La saldatura sollecita i componenti passivi, che possono causare sollecitazioni piezoelettriche e la rottura dei CAP montati in superficie. Quando si saldano i condensatori, è necessario utilizzare l'ordine di saldatura corretto e seguire le raccomandazioniprofilo.
Tutti i condensatori audio in mylar non sono polarizzati, il che significa che non hanno bisogno di essere etichettati come positivi o negativi. La loro connessione nella catena non ha importanza. Sono preferiti nei circuiti audio di alta qualità a causa della loro bassa perdita e distorsione ridotta quando le dimensioni del prodotto lo consentono.
Il tipo in policarbonato metallizzato MKC non viene più utilizzato. È noto che i tipi ERO MKC sono ancora ampiamente utilizzati perché hanno un suono musicale equilibrato con pochissima colorazione. I tipi MKP hanno un suono più brillante e una gamma sonora più ampia.
Un tipo poco conosciuto di condensatore MKV è un CAP in polipropilene metallizzato in olio. È il miglior condensatore per l'audio perché ha caratteristiche più potenti della carta metallizzata rivestita di olio.
Qualità degli elementi passivi
I condensatori, specialmente quando sono sulla linea del segnale di uscita, influiscono notevolmente sulla qualità del suono di un sistema audio.
Ci sono diversi fattori che determinano la qualità del CAP, senza dubbio molto importanti per l'audio:
- Tolleranza e capacità effettiva richieste per l'uso nei filtri.
- Capacità rispetto alla frequenza, quindi 1 microfarad a 1.000 Hz non significa 1 microfarad a 20 kHz.
- Resistenza interna (VES).
- Corrente di dispersione.
- L'invecchiamento è un fattore che evolverà nel tempo per qualsiasi prodotto.
La migliore scelta di applicazioni per condensatori dipende dall'applicazione nel circuito e dalla capacità richiesta:
- Range da 1 pF a 1 nF - circuiti di controllo e feedback. Questa gamma viene utilizzata principalmente per eliminare il rumore ad alta frequenza sul canale audio o per scopi di feedback come il ponte dell'amplificatore Quad 606. Il condensatore SGM nell'audio è la scelta migliore in questa gamma. Ha un'ottima tolleranza (fino all'1%) e distorsione e rumore molto bassi, ma piuttosto costoso. ISS o MCP è una buona alternativa. I CAP in ceramica dovrebbero essere evitati sulla linea del segnale in quanto possono causare una distorsione non lineare aggiuntiva fino all'1%.
- Da 1 nF a 1 uF - accoppiamento, disaccoppiamento e soppressione delle vibrazioni. Sono più comunemente usati nei sistemi audio e anche tra gli stadi dove c'è una differenza nel livello DC, nell'eliminazione delle vibrazioni e nei circuiti di feedback. Tipicamente, i condensatori a film verranno utilizzati in questa gamma fino a 4,7 microfarad. La migliore scelta di condensatori per suono e audio è il polistirene (MKS), il polipropilene (MKP). Il polietilene (MKT) è un' alternativa a basso costo.
- 1 Ф e oltre - alimentatori, condensatori di uscita, filtri, isolamento. Il vantaggio è una capacità molto elevata (fino a 1 farad). Ma ci sono alcuni aspetti negativi. I CAP elettrolitici sono soggetti ad invecchiamento e essiccazione. Dopo 10 anni o più, l'olio si asciuga e fattori importanti come la VES cambiano. Sono polarizzati e devono essere sostituiti ogni 10 anni o influiranno negativamente sul suono. Durante la progettazione del circuito di collegamento degli elettrolitiI problemi di linea del segnale possono essere spesso evitati ricalcolando la costante di tempo (RxC) per una bassa capacità inferiore a 1 microfarad. Questo aiuterà a determinare quali condensatori elettrolitici sono i migliori per il suono. Se ciò non è possibile, è importante che l'elettrolito sia inferiore a 1 V CC e venga utilizzato un CAP di alta qualità (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Scegliendo la soluzione migliore per ogni programma, lo sviluppatore può ottenere la migliore qualità del suono. Investire in CAP di alta qualità ha un effetto positivo sulla qualità del suono più di qualsiasi altro componente.
Test degli elementi CAP per le applicazioni
C'è un'opinione comune sul fatto che CAP diversi possono modificare la qualità del suono delle applicazioni audio in condizioni diverse. Quali condensatori installare, in quali circuiti e in quali condizioni rimangono gli argomenti più discussi tra gli specialisti. Ecco perché è meglio non reinventare la ruota in questo argomento complesso, ma utilizzare i risultati di test collaudati. Alcuni circuiti audio tendono ad essere molto grandi e la contaminazione in ambienti audio come il terreno e lo chassis può essere un grosso problema di qualità. Si consiglia di aggiungere non linearità e distorsione naturale al test testando da zero i residui del ponte.
| Dielettrico | Polistirene | Polistirene | Polipropilene | Poliestere | Silver-mica | Ceramica | Policarburi |
| Temperatura | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Livello di tensione | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolleranza % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Errore % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Dispersione | 0.000053 | 0.000028 | 0.000122 | 0.004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
| Assorbimento | 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 / |
| Risoluzione nativa, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Ponte | basso | basso | molto basso | alto | basso | basso | alto |
Caratteristiche dei modelli
Nel caso ideale, il progettista si aspetterebbe che il condensatore sia esattamente il suo valore di progetto, mentre la maggior parte degli altri parametri sarebbe zero o infinito. Le misurazioni della capacità principale non sono così visibili qui poiché le parti sono generalmente entro le tolleranze. Tutti i CAP in film hanno un coefficiente di temperatura significativo. Pertanto, al fine di determinare quali condensatori a film sono i migliori per il suono, vengono eseguiti test con strumenti di laboratorio.
Il coefficiente di diffusione è utile per valutare l'efficienza di un alimentatore elettrolitico. Questo effetto sulle prestazioni sonore dei CAP di segnalazione non è coerente e può essere piuttosto piccolo. Il numero rappresenta le perdite interne e può essere convertito in resistenza in serie effettiva (ESR) se lo si desidera.
ESR non è un valore costante, ma tende ad essere così basso nei condensatori di alta qualità che non ha molto effetto sulle prestazioni del circuito. Se venissero costruiti circuiti risonanti ad alto Q, sarebbe una storia completamente diversa. Tuttavia, un basso fattore di dissipazione è un segno distintivo di un buon dielettrico, che può servire come un buon indizio per ulteriori ricerche.
L'assorbimento dielettrico potrebbe essere più preoccupante. Questo era un grosso problema con i primi computer analogici. È possibile evitare un elevato assorbimento dielettrico, quindi i condensatori audio in mica possono fornire alle reti RIAA un audio molto buono.
Le misurazioni della dispersione CC non dovrebbero influire su nulla, poiché la resistenza di qualsiasi condensatore di segnale dovrebbe essere molto alta. Con materiali dielettrici più elevati, è necessaria una superficie inferiore e le perdite sono praticamente trascurabili.
Per materiali con costante dielettrica inferiore come il Teflon, nonostante la sua elevata resistività di base, potrebbe essere necessarioampia superficie. Quindi la perdita può essere causata dalla minima contaminazione o impurità. La dispersione CC è probabilmente un buon controllo di qualità, ma non ha nulla a che fare con la qualità del suono.
Componenti parassiti indesiderati
Transistor, circuiti integrati e altri componenti attivi hanno un impatto significativo sulla qualità dei segnali audio. Usano l'energia dalle sorgenti di corrente per cambiare le caratteristiche del segnale. A differenza dei componenti attivi, i componenti passivi ideali non consumano energia e non dovrebbero cambiare i segnali.
Nei circuiti elettronici, resistori, condensatori e induttori si comportano effettivamente come componenti attivi e consumano energia. A causa di questi effetti spuri, possono alterare in modo significativo i segnali audio ed è necessaria un'attenta selezione dei componenti per migliorare la qualità. La domanda sempre crescente di apparecchiature audio con una migliore qualità del suono sta costringendo i produttori di CAP a produrre dispositivi con prestazioni migliori. Di conseguenza, i moderni condensatori per l'uso in applicazioni audio hanno prestazioni migliori e una qualità del suono superiore.
Gli effetti CAP spuri in un circuito acustico sono costituiti da resistenza in serie equivalente (ESR), induttanza in serie equivalente (ESL), sorgenti di tensione in serie dovute all'effetto Seebeck e assorbimento dielettrico (DA).
Il tipico invecchiamento, i cambiamenti nelle condizioni operative e le caratteristiche specifiche rendono più difficili questi componenti parassiti indesiderati. Ogni parassitacomponente influisce sulle prestazioni del circuito elettronico in modi diversi. Per cominciare, l'effetto di resistenza provoca una dispersione CC. Negli amplificatori e in altri circuiti contenenti componenti attivi, questa dispersione può portare a una variazione significativa della tensione di polarizzazione, che può influenzare vari parametri, incluso il fattore di qualità (Q).
La capacità di un condensatore di gestire l'ondulazione e il passaggio di segnali ad alta frequenza dipende dalla componente ESR. Una piccola tensione viene creata nel punto in cui due metalli dissimili sono legati a causa di un fenomeno noto come effetto Seebeck. Le piccole batterie dovute a queste termocoppie parassite possono influire in modo significativo sulle prestazioni del circuito. Alcuni materiali dielettrici sono piezoelettrici e il rumore che aggiungono al condensatore è dovuto alla piccola batteria all'interno del componente. Inoltre, i CAP elettrolitici hanno diodi parassiti che possono causare cambiamenti nella distorsione o nelle caratteristiche del segnale.
Parametri che influiscono sul percorso del segnale
Nei circuiti elettronici, i componenti passivi vengono utilizzati per determinare il guadagno, stabilire il blocco CC, sopprimere il rumore dell'alimentazione e fornire la polarizzazione. I componenti economici e di piccole dimensioni sono comunemente usati nei sistemi audio portatili.
Le prestazioni dei veri condensatori audio in polipropilene sono diverse da quelle dei componenti ideali in termini di ESR, ESL, assorbimento dielettrico,corrente di dispersione, proprietà piezoelettriche, coefficiente di temperatura, tolleranza e coefficiente di tensione. Sebbene sia importante considerare questi parametri quando si progetta un CAP da utilizzare nel percorso del segnale audio, i due che hanno il maggiore impatto sul percorso del segnale sono indicati come fattore di tensione ed effetto piezoelettrico inverso.
Sia i condensatori che i resistori mostrano un cambiamento nelle caratteristiche fisiche al variare della tensione applicata. Questo fenomeno è comunemente indicato come il fattore di stress e varia a seconda della chimica, del design e del tipo di CAP.
L'effetto piezoelettrico inverso influisce sulla potenza elettrica dei condensatori per un amplificatore del suono. Negli amplificatori audio, questa variazione del valore elettrico di un componente determina una variazione del guadagno a seconda del segnale. Questo effetto non lineare provoca una distorsione del suono. L'effetto piezoelettrico inverso provoca una distorsione audio significativa alle frequenze più basse ed è la principale fonte di fattore di tensione nei CAP ceramici di Classe II.
La tensione applicata al CAP ne influenza le prestazioni. Nel caso dei CAP in ceramica di classe II, la capacità del componente diminuisce quando viene applicata una tensione continua positiva crescente. Se viene applicata un'elevata tensione CA, la capacità del componente diminuisce allo stesso modo. Tuttavia, quando viene applicata una bassa tensione CA, la capacità del componente tende ad aumentare. Questi cambiamenti di capacità possono influire in modo significativo sulla qualitàsegnali audio.
Distorsione armonica totale THD
Il THD dei condensatori audio dipende dal materiale dielettrico del componente. Alcuni di essi possono fornire prestazioni THD impressionanti, mentre altri possono seriamente degradarlo. I condensatori in poliestere e i condensatori elettrolitici in alluminio sono tra i CAP che danno il THD più basso. Nel caso di materiali dielettrici di classe II, l'X7R offre le migliori prestazioni THD.
I CAP per l'uso in apparecchiature audio sono generalmente classificati in base all'applicazione per cui vengono utilizzati. Tre applicazioni: percorso del segnale, compiti funzionali e applicazioni di supporto della tensione. Garantire che il condensatore MKT audio ottimale sia utilizzato in queste tre aree aiuta a migliorare il tono di uscita e ridurre la distorsione audio. Il polipropilene ha un basso fattore di dispersione ed è adatto a tutte e tre le aree. Sebbene tutti i CAP utilizzati in un sistema audio influiscano sulla qualità del suono, i componenti nel percorso del segnale hanno l'impatto maggiore.
L'uso di condensatori di qualità audio di alta qualità può ridurre notevolmente il degrado della qualità del suono. A causa della loro eccellente linearità, i condensatori a film sono comunemente usati nel percorso audio. Questi condensatori audio non polari sono ideali per applicazioni audio premium. Dielettrici comunemente usati nei progetti di condensatori a film con qualità del suono pergli usi del percorso del segnale includono poliestere, polipropilene, polistirene e polifenilensolfuro.
CAP per l'uso in preamplificatori, convertitori da digitale ad analogico, convertitori da analogico a digitale e applicazioni simili sono classificati collettivamente come condensatori di riferimento funzionali. Sebbene questi condensatori audio non polarizzati non si trovino nel percorso del segnale, possono anche degradare significativamente la qualità del segnale audio.
I condensatori, utilizzati per mantenere la tensione nelle apparecchiature audio, hanno un effetto minimo sul segnale audio. Indipendentemente da ciò, è necessario prestare attenzione quando si selezionano i CAP che mantengono la tensione per apparecchiature di fascia alta. L'utilizzo di componenti ottimizzati per applicazioni audio aiuta a migliorare le prestazioni del circuito audio.
Blocco dielettrico con piastra in polistirene
I condensatori in polistirene sono realizzati avvolgendo un blocco dielettrico lamellare, simile a uno elettrolitico, o posando in strati successivi, come un libro (foglio di pellicola piegato). Sono utilizzati principalmente come dielettrici in varie materie plastiche come polipropilene (MKP), poliestere/mylar (MKT), polistirene, policarbonato (MKC) o teflon. Per le piastre viene utilizzato alluminio ad alta purezza.
A seconda del tipo di dielettrico utilizzato, i condensatori vengono prodotti in diverse dimensioni e capacità con tensione di esercizio. Alto dielettricoLa robustezza del poliestere consente di realizzare i migliori condensatori elettrolitici per il suono in piccole dimensioni ea costi relativamente bassi per l'uso quotidiano dove non sono richieste qualità speciali. Capacità disponibili da 1.000 pF a 4,7 microfarad con tensioni di esercizio fino a 1.000 V.
Il fattore di perdita dielettrica del poliestere è relativamente alto. Per l'audio, il polipropilene o il polistirene possono ridurre notevolmente la perdita dielettrica, ma va notato che sono molto più costosi. Il polistirene è utilizzato nei filtri/crossover. Uno svantaggio dei condensatori in polistirene è il basso punto di fusione del dielettrico. Questo è il motivo per cui i condensatori audio in polipropilene di solito differiscono l'uno dall' altro, poiché il dielettrico è protetto separando i fili di saldatura dal corpo del condensatore.
Tecnologia FIM ad alta densità di energia
I CAP a film ad alta potenza offrono tre categorie di questo tipo: TRAFIM (standard e speciali), FILFIM e PPX. La tecnologia FIM si basa sul concetto di proprietà autoriparanti controllate dei film di metallizzazione segmentati in alluminio.
La capacità è suddivisa in diversi milioni di elementi elementari, combinati e protetti da fusibili. Gli elementi dielettrici deboli vengono isolati e prima di punzonare i fusibili vengono isolati gli elementi danneggiati, con i quali il condensatore continua a funzionare normalmente senza cortocircuito o esplosione, come potrebbe essere il caso dell'elettroliticocondensatori per il suono.
In condizioni favorevoli, l'aspettativa di vita per questo tipo di CAP non dovrebbe superare le 200.000 ore e MTBF 10.000.000 di ore. Funzionando come una batteria, questi condensatori consumano una piccola quantità di capacità a causa del graduale degrado delle singole celle nel corso della vita del componente.
Le serie TRAFIM e FILFIM offrono un filtraggio continuo per tensioni/potenze elevate (fino a 1kV). La capacità varia:
- 610uF a 15625uF per TRAFIM standard;
- 145uF a 15460uF per TRAFIM speciale;
- 8.2uF a 475uF per FILFIM.
L'intervallo di tensione CC è:
- 1.4KV a 4.2KV per TRAFIM standard;
- 1,3kV a 5,3kV per TRAFIM personalizzato;
- e da 5,9 kV a 31,7 kV per FILFIM.
I condensatori della serie PPX offrono una gamma completa di soluzioni di rete per la soppressione del GTO e il blocco dei CAP, offrendo capacità da 0,19 uF a 6,4 uF. La gamma di tensione per PPX varia da 1600V a 7500V con autoinduttanza molto bassa.
I condensatori a film per l'audio generalmente hanno eccellenti prestazioni ad alta frequenza, ma questo è spesso compromesso dalle loro grandi dimensioni e dalla lunga lunghezza del cavo. Si può vedere che il piccolo condensatore radiale di Panasonic ha un'autorisonanza molto più alta (9,7 MHz) rispetto a quella del pubblico (4,5 MHz). Ciò non è dovuto al cappuccio in teflon installato, ma perché è lungo diversi pollici.e non può essere attaccato al corpo. Se un progettista ha bisogno di prestazioni ad alta frequenza per mantenere la stabilità nei semiconduttori ad alta larghezza di banda, ridurre le dimensioni e la lunghezza dei cavi al minimo assoluto.
Le prestazioni dei circuiti audio dipendono fortemente da componenti passivi come condensatori e resistori. I CAP effettivi contengono componenti spuri indesiderati che possono distorcere in modo significativo le caratteristiche dei segnali audio. I condensatori utilizzati nel percorso del segnale determinano in gran parte la qualità del segnale audio. Di conseguenza, è necessaria un'attenta selezione della CAP per ridurre al minimo la degradazione del segnale.
I condensatori di qualità audio sono ottimizzati per soddisfare le esigenze degli odierni sistemi audio di alta qualità. I condensatori a film plastico per l'audio sono utilizzati in sistemi audio di alta qualità e hanno un'ampia gamma di applicazioni.
