Condensatoren (CAP's) zijn belangrijke componenten in audiosystemen. Ze hebben verschillende spannings-, stroom- en vormfactoren. Om te kiezen welke condensatoren het beste zijn voor geluid, moeten moderators alle CAP-parameters begrijpen. De integriteit van het audiosignaal hangt grotendeels af van de keuze van condensatoren. Daarom moeten bij het kiezen van het juiste apparaat alle belangrijke factoren in overweging worden genomen.
De audio CAP-parameters zijn speciaal geoptimaliseerd voor hoogwaardige toepassingen en bieden efficiëntere audiokanalen dan standaardcomponenten. De typen condensatoren die vaak worden gebruikt in audiokanalen zijn aluminium elektrolytische en film CAP's, en welke condensatoren het beste zijn voor geluid in bepaalde omstandigheden, hangt af van de gebruikte circuits en apparaten: luidsprekers, cd- en muziekinstrumentspelers, basgitaren enanderen.
Geschiedenis van de geluidscondensator
De condensator is een van de oudste elektronische componenten. Elektrische geleiders werden ontdekt in 1729. In 1745 ontdekte de Duitse uitvinder Ewald Georg von Kleist het Leidse schip dat het eerste CAP werd. Natuurkundige Pieter van Müssenbrook, een natuurkundige aan de Universiteit van Leiden, ontdekte de Leidse kruik zelf in 1746.
Op dit moment is de Leidse pot een glazen vat dat van binnen en van buiten is bedekt met metaalfolie. De CAP dient als een middel om elektriciteit op te slaan, en welke condensatoren het beste zijn voor geluid, hangt af van de capaciteit, want hoe groter dit getal, hoe meer elektriciteit het zal opslaan. De capaciteit hangt af van de grootte van de tegenoverliggende platen, de afstand tussen de platen en de aard van de isolator ertussen.
condensatoren die in audioversterkers worden gebruikt, zijn er in verschillende soorten, zoals de gewone CAP met metaalfolie voor beide platen en geïmpregneerd papier ertussen. Gemetalliseerd papier (MP) condensatoren, ook wel oliepapier CAP's en gemetalliseerd papier enkellaags condensatoren (MBGO's) voor audio, die worden gebruikt in AC-, DC- en pulscircuits.
Later kwamen mylar (polyester) en andere synthetische isolatoren vaker voor. In de jaren 60 werd metalen CAP met mylar erg populair. Twee sterke punten van deze apparaten zijn hun kleinere formaat en het feit dat ze zelfherstellend zijn. Tegenwoordig zijn dit de beste condensatoren voor geluid, ze worden in bijna elk elektronisch apparaat gebruikt. Vanwege het enorme handelsvolume en de productie van dit soort condensatoren zijn ze vrij goedkoop.
Een ander type CAP is elektrolytisch met een speciaal ontwerp met overwegend hoge en zeer hoge waarden variërend van 1 uF tot enkele tienduizenden uF. Ze worden voornamelijk gebruikt voor ontkoppeling of filtering in de voeding. De meest voorkomende in versterkerontwerp zijn gemetalliseerde Mylar- of polyestercondensatoren (MKT). Versterkers van hogere kwaliteit gebruiken meestal gemetalliseerd polypropyleen (MPP).
Componententechnologie
CAP-technologie bepa alt grotendeels de kenmerken van apparaten, en welke condensatoren het beste zijn voor geluid, hangt af van de klasse van apparatuur. Hoogwaardige producten hebben nauwe toleranties en zijn duurder dan condensatoren voor algemeen gebruik. Bovendien kunnen dergelijke hoogwaardige CAP's herbruikbaar zijn. Audiosystemen van hoge kwaliteit vereisen CAP's van hoge kwaliteit om topklasse geluidskwaliteit te leveren.
De prestatie, of hoe de condensatoren het geluid beïnvloeden, hangt sterk af van hoe ze op de printplaat zijn gesoldeerd. Solderen belast passieve componenten, wat piëzo-elektrische spanningen en scheuren van op het oppervlak gemonteerde CAP's kan veroorzaken. Bij het solderen van condensatoren moet u de juiste soldeervolgorde gebruiken en de aanbevelingen opvolgenprofiel.
Alle mylar-audiocondensatoren zijn niet-gepolariseerd, wat betekent dat ze niet positief of negatief hoeven te worden gelabeld. Hun verbinding in de keten doet er niet toe. Ze hebben de voorkeur in audiocircuits van hoge kwaliteit vanwege hun lage verlies en verminderde vervorming wanneer de productgrootte dit toelaat.
MKC gemetalliseerd polycarbonaat type wordt nauwelijks meer gebruikt. Het is bekend dat de ERO MKC-types nog steeds veel worden gebruikt omdat ze een uitgebalanceerd muzikaal geluid hebben met zeer weinig kleuring. De MKP-types hebben een helderder geluid en een breder geluidsbereik.
Een weinig bekend type MKV-condensator is een gemetalliseerde polypropyleen CAP in olie. Het is de beste condensator voor audio omdat het krachtigere eigenschappen heeft dan met olie bekleed gemetalliseerd papier.
Kwaliteit van passieve elementen
condensatoren, vooral wanneer ze zich op de uitgangssignaallijn bevinden, hebben een grote invloed op de geluidskwaliteit van een audiosysteem.
Er zijn verschillende factoren die de kwaliteit van CAP bepalen, ongetwijfeld erg belangrijk voor audio:
- Tolerantie en werkelijke capaciteit vereist voor gebruik in filters.
- Capaciteit versus frequentie, dus 1 microfarad bij 1.000 Hz betekent niet 1 microfarad bij 20 kHz.
- Interne weerstand (ESR).
- Lekstroom.
- Veroudering is een factor die in de loop van de tijd zal evolueren voor elk product.
De beste keuze van condensatortoepassingen hangt af van de toepassing in het circuit en de vereiste capaciteit:
- Bereik van 1 pF tot 1 nF - besturings- en feedbackcircuits. Dit bereik wordt voornamelijk gebruikt om hoogfrequente ruis op het audiokanaal te elimineren of voor feedbackdoeleinden zoals de Quad 606 versterkerbrug. De SGM-condensator in audio is de beste keuze in dit bereik. Het heeft een zeer goede tolerantie (tot 1%) en een zeer lage vervorming en ruis, maar vrij duur. ISS of MCP is een goed alternatief. Keramische CAP's op de signaallijn moeten worden vermeden, omdat ze extra niet-lineaire vervorming tot 1% kunnen veroorzaken.
- Van 1 nF tot 1 uF - koppelen, ontkoppelen en trillingsonderdrukking. Ze worden het meest gebruikt in audiosystemen en ook tussen podia waar er een verschil is in DC-niveau, trillingseliminatie en in feedbackcircuits. Meestal worden filmcondensatoren gebruikt in dit bereik tot 4,7 microfarad. De beste condensatorkeuze voor geluid en audio is polystyreen (MKS), polypropyleen (MKP). Polyethyleen (MKT) is een goedkoper alternatief.
- 1 Ф en hoger - voedingen, uitgangscondensatoren, filters, isolatie. Het voordeel is een zeer hoge capaciteit (tot 1 farad). Maar er zijn een paar nadelen. Elektrolytische CAP's zijn onderhevig aan veroudering en droging. Na 10 jaar of meer droogt de olie uit en veranderen belangrijke factoren zoals ESR. Ze zijn gepolariseerd en moeten elke 10 jaar worden vervangen, anders hebben ze een negatief effect op het geluid. Bij het ontwerpen van het aansluitcircuit van elektrolyten opsignaallijnproblemen kunnen vaak worden vermeden door de tijdconstante (RxC) voor een lage capaciteit onder 1 microfarad opnieuw te berekenen. Dit zal helpen bepalen welke elektrolytische condensatoren het beste zijn voor geluid. Als dit niet mogelijk is, is het belangrijk dat de elektrolyt lager is dan 1V DC en een hoogwaardige CAP (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic) wordt gebruikt.
Door de beste oplossing voor elk programma te kiezen, kan de ontwikkelaar de beste geluidskwaliteit bereiken. Investeren in CAP's van hoge kwaliteit heeft meer dan enig ander onderdeel een positief effect op de geluidskwaliteit.
CAP-elementen testen voor toepassingen
Er is een algemene opvatting dat verschillende CAP's de geluidskwaliteit van audiotoepassingen onder verschillende omstandigheden kunnen veranderen. Welke condensatoren moeten worden geïnstalleerd, in welke circuits en onder welke omstandigheden - blijven de meest besproken onderwerpen onder specialisten. Daarom is het beter om in dit complexe onderwerp niet het wiel opnieuw uit te vinden, maar gebruik te maken van de resultaten van bewezen testen. Sommige audiocircuits zijn meestal erg groot en vervuiling in audio-omgevingen zoals terreinen en chassis kan een groot kwaliteitsprobleem zijn. Het wordt aanbevolen om niet-lineariteit en natuurlijke vervorming aan de test toe te voegen door de brugresten helemaal opnieuw te testen.
| Diëlektrisch | Polystyreen | Polystyreen | Polypropyleen | Polyester | Zilver-mica | Keramische | Polycarb |
| Temperatuur | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Spanningsniveau | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerantie % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Fout % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Verstrooiing | 0.000053 | 0.000028 | 0.000122 | 0.004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
| Absorptie | 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 / |
| Native resolutie, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Brug | laag | laag | zeer laag | high | laag | laag | high |
Kenmerken van modellen
In het ideale geval zou de ontwerper verwachten dat de condensator precies zijn ontwerpwaarde heeft, terwijl de meeste andere parameters nul of oneindig zouden zijn. De belangrijkste capaciteitsmetingen zijn hier niet zo zichtbaar omdat de onderdelen meestal binnen toleranties vallen. Alle film CAP's hebben een significante temperatuurcoëfficiënt. Om te bepalen welke filmcondensatoren het beste zijn voor geluid, wordt daarom getest met laboratoriuminstrumenten.
De diffusiecoëfficiënt is nuttig bij het evalueren van de efficiëntie van een elektrolytische voeding. Dit effect op de geluidsprestaties van signalerings-CAP's is niet consistent en kan vrij klein zijn. Het getal staat voor interne verliezen en kan indien gewenst worden omgezet in effectieve serieweerstand (ESR).
ESR is geen constante waarde, maar is meestal zo laag in condensatoren van hoge kwaliteit dat het niet veel effect heeft op de circuitprestaties. Als er hoge-Q resonantiecircuits zouden worden gebouwd, dan zou het een heel ander verhaal zijn. Een lage dissipatiefactor is echter een kenmerk van goede diëlektrica, wat een goede aanwijzing kan zijn voor verder onderzoek.
Diëlektrische absorptie kan zorgwekkender zijn. Dit was een groot probleem met vroege analoge computers. Hoge diëlektrische absorptie kan worden vermeden, dus mica-audiocondensatoren kunnen RIAA-netwerken van zeer goede audio voorzien.
DC-lekkagemetingen mogen nergens van invloed zijn, omdat de weerstand van een signaalcondensator erg hoog moet zijn. Bij hogere diëlektrische materialen is minder oppervlakte nodig en is lekkage vrijwel verwaarloosbaar.
Voor materialen met een lagere diëlektrische constante zoals teflon, kan het, ondanks zijn hoge basisweerstand, nodig zijn omgrote oppervlakte. Dan kan het lek al worden veroorzaakt door de minste vervuiling of onzuiverheden. DC-lekkage is waarschijnlijk een goede kwaliteitscontrole, maar het heeft niets te maken met de geluidskwaliteit.
Ongewenste parasitaire componenten
Transistors, geïntegreerde schakelingen en andere actieve componenten hebben een aanzienlijke invloed op de kwaliteit van audiosignalen. Ze gebruiken stroom van stroombronnen om de signaalkarakteristieken te veranderen. In tegenstelling tot actieve componenten, verbruiken ideale passieve componenten geen stroom en zouden signalen niet moeten veranderen.
In elektronische circuits gedragen weerstanden, condensatoren en inductoren zich eigenlijk als actieve componenten en verbruiken ze stroom. Vanwege deze onechte effecten kunnen ze audiosignalen aanzienlijk veranderen en is een zorgvuldige selectie van componenten vereist om de kwaliteit te verbeteren. De steeds toenemende vraag naar audioapparatuur met een betere geluidskwaliteit dwingt CAP-fabrikanten om apparaten met betere prestaties te produceren. Als gevolg hiervan hebben moderne condensatoren voor gebruik in audiotoepassingen betere prestaties en een hogere geluidskwaliteit.
Spurious CAP-effecten in een akoestisch circuit bestaan uit equivalente serieweerstand (ESR), equivalente serie-inductantie (ESL), seriespanningsbronnen vanwege het Seebeck-effect en diëlektrische absorptie (DA).
Typische veroudering, veranderingen in bedrijfsomstandigheden en specifieke kenmerken maken deze ongewenste parasitaire componenten moeilijker. elke parasitairecomponent beïnvloedt de prestaties van het elektronische circuit op verschillende manieren. Om te beginnen veroorzaakt het weerstandseffect DC-lekkage. In versterkers en andere circuits die actieve componenten bevatten, kan deze lekkage leiden tot een significante verandering in de voorspanning, die verschillende parameters kan beïnvloeden, waaronder de kwaliteitsfactor (Q).
Het vermogen van een condensator om rimpeling te verwerken en hoogfrequente signalen door te laten, hangt af van de ESR-component. Er wordt een kleine spanning gecreëerd op het punt waar twee ongelijke metalen zijn verbonden door een fenomeen dat bekend staat als het Seebeck-effect. Kleine batterijen als gevolg van deze parasitaire thermokoppels kunnen de prestaties van het circuit aanzienlijk beïnvloeden. Sommige diëlektrische materialen zijn piëzo-elektrisch en het geluid dat ze aan de condensator toevoegen, is te wijten aan de kleine batterij in het onderdeel. Bovendien hebben elektrolytische CAP's parasitaire diodes die veranderingen in signaalbias of kenmerken kunnen veroorzaken.
Parameters die het signaalpad beïnvloeden
In elektronische circuits worden passieve componenten gebruikt om de versterking te bepalen, DC-blokkering tot stand te brengen, voedingsruis te onderdrukken en vooringenomenheid te bieden. Goedkope componenten met kleine afmetingen worden vaak gebruikt in draagbare audiosystemen.
De prestaties van echte polypropyleen audiocondensatoren verschillen van die van ideale componenten in termen van ESR, ESL, diëlektrische absorptie,lekstroom, piëzo-elektrische eigenschappen, temperatuurcoëfficiënt, tolerantie en spanningscoëfficiënt. Hoewel het belangrijk is om met deze parameters rekening te houden bij het ontwerpen van een CAP voor gebruik in het audiosignaalpad, worden de twee die de grootste invloed hebben op het signaalpad aangeduid als spanningsfactor en omgekeerd piëzo-elektrisch effect.
Zowel condensatoren als weerstanden vertonen een verandering in fysieke kenmerken als de aangelegde spanning verandert. Dit fenomeen wordt gewoonlijk de stressfactor genoemd en varieert afhankelijk van de chemie, het ontwerp en het type CAP.
Het omgekeerde piëzo-effect beïnvloedt de elektrische classificatie van condensatoren voor een geluidsversterker. In audioversterkers resulteert deze verandering in de elektrische waarde van een component in een verandering in versterking, afhankelijk van het signaal. Dit niet-lineaire effect resulteert in geluidsvervorming. Het omgekeerde piëzo-elektrische effect veroorzaakt aanzienlijke audiovervorming bij lagere frequenties en is de belangrijkste bron van spanningsfactor in keramische CAP's van klasse II.
De spanning die op de CAP wordt toegepast, heeft invloed op de prestaties. In het geval van klasse II keramische CAP's neemt de capaciteit van de component af naarmate een toenemende positieve gelijkspanning wordt aangelegd. Als er een hoge wisselspanning op wordt gezet, neemt de capaciteit van het onderdeel op dezelfde manier af. Wanneer echter een lage wisselspanning wordt toegepast, heeft de capaciteit van het onderdeel de neiging toe te nemen. Deze capaciteitsveranderingen kunnen de kwaliteit aanzienlijk beïnvloedenaudiosignalen.
THD totale harmonische vervorming
De THD van audiocondensatoren hangt af van het diëlektrische materiaal van het onderdeel. Sommige kunnen indrukwekkende THD-prestaties leveren, terwijl andere deze ernstig kunnen verslechteren. Polyester condensatoren en aluminium elektrolytische condensatoren behoren tot de CAP's die de laagste THD geven. In het geval van klasse II diëlektrische materialen biedt de X7R de beste THD-prestaties.
CAP's voor gebruik in audioapparatuur worden over het algemeen geclassificeerd volgens de toepassing waarvoor ze worden gebruikt. Drie toepassingen: signaalpad, functionele taken en toepassingen voor spanningsondersteuning. Door ervoor te zorgen dat de optimale MKT-audiocondensator in deze drie gebieden wordt gebruikt, wordt de uitgangstoon verbeterd en de audiovervorming verminderd. Polypropyleen heeft een lage verstrooiingsfactor en is geschikt voor alle drie de gebieden. Hoewel alle CAP's die in een audiosysteem worden gebruikt van invloed zijn op de geluidskwaliteit, hebben de componenten in het signaalpad de grootste impact.
Het gebruik van hoogwaardige condensatoren van audiokwaliteit kan de verslechtering van de geluidskwaliteit aanzienlijk verminderen. Vanwege hun uitstekende lineariteit worden filmcondensatoren vaak gebruikt in het audiopad. Deze niet-polaire audiocondensatoren zijn ideaal voor premium audiotoepassingen. Diëlektrica die vaak worden gebruikt in filmcondensatorontwerpen met geluidskwaliteit voor:Gebruik van signaalpaden omvat polyester, polypropyleen, polystyreen en polyfenyleensulfide.
CAP voor gebruik in voorversterkers, digitaal-naar-analoog-omzetters, analoog-naar-digitaal-omzetters en soortgelijke toepassingen worden gezamenlijk geclassificeerd als functionele referentiecondensatoren. Hoewel deze niet-gepolariseerde audiocondensatoren zich niet in het signaalpad bevinden, kunnen ze ook de kwaliteit van het audiosignaal aanzienlijk verminderen.
Condensatoren, die worden gebruikt om de spanning in audioapparatuur op peil te houden, hebben een minimaal effect op het audiosignaal. Hoe dan ook, voorzichtigheid is geboden bij het selecteren van CAP's die spanning behouden voor hoogwaardige apparatuur. Het gebruik van componenten die zijn geoptimaliseerd voor audiotoepassingen helpt de prestaties van het audiocircuit te verbeteren.
Polystyreen plaat diëlektrisch blok
Polystyreencondensatoren worden gemaakt door een lamellair-diëlektrisch blok op te winden, vergelijkbaar met een elektrolytisch blok, of door in opeenvolgende lagen te leggen, zoals een boek (gevouwen filmfolie). Ze worden voornamelijk gebruikt als diëlektrica in verschillende kunststoffen zoals polypropyleen (MKP), polyester/mylar (MKT), polystyreen, polycarbonaat (MKC) of teflon. Voor de platen wordt aluminium van hoge zuiverheid gebruikt.
Afhankelijk van het type diëlektricum dat wordt gebruikt, worden condensatoren geproduceerd in verschillende maten en capaciteiten met bedrijfsspanning. Hoge diëlektrischeDe sterkte van polyester maakt het mogelijk om de beste elektrolytische condensatoren voor geluid te maken in kleine maten en tegen relatief lage kosten voor dagelijks gebruik waar speciale kwaliteiten niet vereist zijn. Capaciteiten beschikbaar van 1.000 pF tot 4,7 microfarad bij bedrijfsspanningen tot 1.000 V.
De diëlektrische verliesfactor van polyester is relatief hoog. Voor audio kan polypropyleen of polystyreen diëlektrisch verlies aanzienlijk verminderen, maar hier moet worden opgemerkt dat ze veel duurder zijn. Polystyreen wordt gebruikt in filters/crossovers. Een nadeel van polystyreencondensatoren is het lage smeltpunt van het diëlektricum. Dit is de reden waarom polypropyleen audiocondensatoren meestal van elkaar verschillen, omdat het diëlektricum wordt beschermd door de soldeerkabels van het condensatorlichaam te scheiden.
High Energy Density FIM-technologie
High power film CAP's bieden drie categorieën van dit type: TRAFIM (standaard en speciaal), FILFIM en PPX. FIM-technologie is gebaseerd op het concept van gecontroleerde zelfherstellende eigenschappen van gesegmenteerde aluminium metallisatiefilms.
De capaciteit is verdeeld in enkele miljoenen elementaire elementen, gecombineerd en beveiligd door zekeringen. Zwakke diëlektrische elementen worden geïsoleerd en voordat de zekeringen worden doorgeslagen, worden de beschadigde elementen geïsoleerd, waarmee de condensator normaal blijft werken zonder kortsluiting of explosie, zoals het geval kan zijn bij elektrolytischecondensatoren voor geluid.
Onder gunstige omstandigheden mag verwacht worden dat de levensverwachting voor dit type CAP niet hoger zal zijn dan 200.000 uur en MTBF 10.000.000 uur. Deze condensatoren werken als een batterij en verbruiken een kleine hoeveelheid capaciteit vanwege de geleidelijke degradatie van individuele cellen gedurende de levensduur van het onderdeel.
De TRAFIM- en FILFIM-serie bieden continue filtering voor hoge spanningen/vermogens (tot 1 kV). Capaciteit varieert:
- 610uF tot 15625uF voor standaard TRAFIM;
- 145uF tot 15460uF voor speciale TRAFIM;
- 8.2uF tot 475uF voor FILFIM.
DC-spanningsbereik is:
- 1.4KV tot 4.2KV voor standaard TRAFIM;
- 1.3kV tot 5.3kV voor gepersonaliseerde TRAFIM;
- en van 5,9 kV tot 31,7 kV voor FILFIM.
De condensatoren van de PPX-serie bieden een compleet assortiment netwerkoplossingen voor GTO-onderdrukking en het blokkeren van CAP's, met capaciteiten van 0,19 uF tot 6,4 uF. Het spanningsbereik voor PPX varieert van 1600V tot 7500V met een zeer lage zelfinductie.
filmcondensatoren voor audio hebben over het algemeen uitstekende prestaties bij hoge frequenties, maar dit wordt vaak aangetast door hun grote formaat en lange draadlengte. Het is te zien dat de kleine radiale condensator van Panasonic een veel hogere zelfresonantie (9,7 MHz) heeft dan die van Audience (4,5 MHz). Dit komt niet door de geïnstalleerde Teflon-dop, maar omdat deze enkele centimeters lang is.en kan niet aan het lichaam worden vastgemaakt. Als een ontwerper hoogfrequente prestaties nodig heeft om de stabiliteit in halfgeleiders met hoge bandbreedte te behouden, verminder dan de draadafmetingen en -lengte tot het absolute minimum.
De prestaties van audiocircuits zijn sterk afhankelijk van passieve componenten zoals condensatoren en weerstanden. Werkelijke CAP's bevatten ongewenste onechte componenten die de kenmerken van audiosignalen aanzienlijk kunnen vervormen. De condensatoren die in het signaalpad worden gebruikt, bepalen grotendeels de kwaliteit van het audiosignaal. Als gevolg hiervan is een zorgvuldige CAP-selectie vereist om signaalverslechtering te minimaliseren.
Audio-grade condensatoren zijn geoptimaliseerd om te voldoen aan de behoeften van de hedendaagse hoogwaardige audiosystemen. Kunststoffilmcondensatoren voor audio worden gebruikt in hoogwaardige audiosystemen en hebben een breed scala aan toepassingen.
