Оценка влияния переходных конденсаторов на звучание усилителей

Конденсаторы (Capacitors, CAP) являются важными компонентами в аудиосистемах. Они имеют различные показатели напряжения, тока и форм-факторов. Для того чтобы выбрать, какие конденсаторы лучше для звука, модераторам нужно разбираться во всех параметрах CAP. Целостность аудиосигнала во многом зависит от выбора конденсаторов. Поэтому при выборе правильного устройства необходимо учитывать все важные факторы.

Параметры CAP аудиосигнала специально оптимизированы для высокопроизводительных приложений и предлагают более эффективные аудиоканалы, чем стандартные компоненты. Типы конденсаторов, которые обычно используются в аудиоканалах, представляют собой алюминиевые электролитические и пленочные CAP, а какие конденсаторы лучше для звука в конкретных условиях, зависит от используемых схем и устройств: громкоговорителей, проигрывателей компакт-дисков и музыкальных инструментов, бас-гитар и других.

История звукового конденсатора

Конденсатор является одним из старейших электронных компонентов. Электрические проводники были обнаружены в 1729 году. В 1745 году немецкий изобретатель Эвальд Георг фон Клейст обнаружил лейденский сосуд, который стал первым CAP. Физик Питер ван Мюссенбрук — физик из Лейденского университета открыл лейденскую банку самостоятельно в 1746 году.

В настоящее время лейденская банка представляет собой стеклянный сосуд, покрытый металлической фольгой внутри и снаружи. CAP служит средством хранения электричества, а какие конденсаторы лучше для звука будет зависеть от емкости, ведь чем больше этот показатель, тем больше электроэнергии он будет хранить. Емкость зависит от размера противоположных пластин, расстояния между пластинами и характера изолятора между ними.

Конденсаторы, используемые в усилителях звука, бывают нескольких типов, например, обычный CAP с металлической фольгой для обеих пластин и пропитанной бумагой между ними. Конденсаторы с металлизированной бумагой (MP), также называемые бумажно-масляными CAP и металлизированные бумажные однослойные конденсаторы (МБГО) для звука, которые используются в цепях переменного, постоянного и импульсного тока.

Позже майлар (полиэстер) и другие синтетические изоляторы стали более распространенными. В шестидесятые годы прошлого века металлический CAP с майларом стал очень популярным. Две сильные стороны этих устройств — меньший размер и тот факт, что они являются самовосстанавливающимися. Сегодня это лучшие конденсаторы для звука, они используются практически в каждом электронном устройстве. Из-за огромных объемов торговли и производства таких типов конденсаторов они довольно дешевы.

Другой тип CAP — электролитический со специальной конструкцией с преимущественно высокими и очень высокими значениями в диапазоне от 1 мкФ до нескольких десятков тысяч мкФ. Они в основном используются для развязки или фильтрации в блоке питания. Наиболее распространенными в конструкции усилителей являются металлизированные майларовые или полиэфирные конденсаторы (МКТ). В усилителях более высокого качества в основном используется металлизированный полипропилен (МКП).

Формализация терминологии пленочных конденсаторов в отечественных стандартах.

Действующая редакция ГОСТ 21415-75 «Конденсаторы. Термины и определения» формализовала пленочные конденсаторы, как конденсаторную сборку из нескольких конденсаторов (или единичный конденсатор) в одном корпусе с диэлектриком из органической синтетической пленки (полистирола, фторопласта, полиэтилентерефталата, поликарбоната, полипропилена), что по факту было недостаточно информативно и не гармонично с международными техническими регламентами и стандартами. Первая и не вполне удачная попытка гармонизировать отечественную терминологию с международной была предпринята в ГОСТ Р МЭК 60252-1—2005 «конденсаторы для двигателей переменного тока», где в пп. 1.3.3 – 1.3.5 ввели термины/обозначения металлофольгового конденсатора (metal foil capacitor) с разделенными диэлектриком электродами из металлической фольги (или полосок), металлизированного конденсатора (metallized capacitor) с электродами в виде осажденного на диэлектрике металла и самовосстанавливающегося конденсатора (self-healing capacitor), электрические свойства которого после локального пробоя диэлектрика самостоятельно восстанавливаются.

Рис. Самовосстановление пленочного конденсатора с двухсторонней металлизацией диэлектрика, где: 1 – диэлектрик; 2 – диэлектрик с двухсторонним покрытием токопроводящим металлом; 3 – зона пробоя; 4 – «развязывающая» зона, заполненная расплавленным при коротком замыкании полимером.

Значительный шаг в формализации унифицированной международной терминологии в РФ был сделан Решением № 295 Коллегии Евразийской экономической комиссии (от 25.12.2012), утвердившим Программу по разработке (внесению изменений, пересмотру) межгосударственных стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований технического регламента Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования» (ТР ТС 004/2011), а также межгосударственных стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения требований технического регламента Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования» (ТР ТС 004/2011) и осуществления оценки (подтверждения) соответствия продукции.

В выполнение этой программы Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии были разработаны и введены в действие гармонизированные с международными техническими регламентами стандарты:

• ГОСТ IEC 61921-2013 «Конденсаторы силовые. Конденсаторные батареи для коррекции коэффициента мощности при низком напряжении»,
• ГОСТ IEC 60931-1-2013 «Конденсаторы шунтирующие силовые несамовосстанавливающегося типа для систем переменного тока на номинальное напряжение до 1000 В включительно. Часть 1. Общие положения. Рабочие характеристики, испытания и номинальные параметры. Требования техники безопасности. Руководство по установке и эксплуатации»,
• ГОСТ IEC 60931-3-2013 «Конденсаторы шунтирующие силовые несамовосстанавливающиеся для систем переменного тока с номинальным напряжением до 1000 В включительно. Част ь 3. Внутренние плавкие предохранители»,
• ГОСТ IEC 60931-2-2013 «Конденсаторы шунтирующие силовые несамовосстанавливающиеся для систем с переменным током и номинальным напряжением до 1000 В включительно. Часть 2. Испытание на старение и испытание на разрушение»,
• ГОСТ IEC 60110-1-2013 «Конденсаторы силовые для установок индукционного нагрева. Часть 1. Общие положения»,
• ГОСТ IEC 60143-2-2013 «Конденсаторы, включаемые последовательно, для энергосистем. Часть 2. Аппаратура защиты для последовательно включаемых конденсаторных батарей»,
• а также идентичный IEC 61071(2007) ГОСТ IEC 61071-2014 «Конденсаторы силовые электронные» (введен в действие с 01.01.2015 приказом N 640-ст Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии РФ), в котором формализованы ключевые параметры эксплуатационных свойств конденсаторов и даны определения: конденсаторного элемента (capacitor element) – устройство из двух, разделенных диэлектриком электродов;
• конденсаторного устройства (capacitor unit) – один или более конденсаторных элементов в одном общем контейнере (корпусе);
• конденсаторной батареи (capacitor bank) – нескольких конденсаторных устройств, объединенных и соединенных для совместной работы;
• конденсатора для силового электронного оборудования (capacitor for power electronics) – конденсаторного устройства для непрерывной работы на синусоидальном и несинусоидальном токе и напряжении;
• конденсатора на металлической фольге (несамовосстанавливающийся) (metal-foil capacitor (non-self-healing)) – конденсаторного устройства с разделенными диэлектриком электродами из металлической фольги (или полосок);
• самовосстанавливающегося конденсатора с металлизированным диэлектриком (self-healing metallized dielectric capacitor) – конденсаторного устройства, у которого по меньшей мере один электрод состоит из металлического напыления на диэлектрике; Важно:
  По факту действующий с 1 января 2020 года ГОСТ IEC 61071-2014 нивелировал термин «комбинированные» конденсаторы с электродами – слоями фольги и покрытием из токопроводящего металла на диэлектрике, и сегодня любой конденсатор такого типа, как и конденсатор с электродом только в виде металлического покрытия на диэлектрике является самовосстанавливающимся конденсатором (конденсаторным устройством) с металлизированным диэлектриком.
• особой сегментной металлизированной конструкции (segmented metallization design) — с помещением слоя металла поверх диэлектрика в форме, позволяющей изолировать его небольшую часть в случае локального короткого замыкания/пробоя для восстановления полной работоспособности при крайне малой потере емкости;
• особой бессегментной металлизированной конструкции (special unsegmented metallization design) — с помещением слоя металла поверх диэлектрика в форме, позволяющей сохранить самовосстанавливающиеся свойства при работе на напряжении и гарантирующая работоспособность при крайне малой потере емкости и т.д.

Справка:

Согласно ГОСТ IEC 60252-1-2011: металлофольговый конденсатор (metal foil capacitor) имеет электроды из металлической фольги или полосок, разделенных диэлектриком; металлизированный конденсатор (metallized capacitor) имеет электроды — металл, осажденный на диэлектрике; самовосстанавливающийся конденсатор (self-healing capacitor) отличается быстрым и самостоятельным восстановлением электрических свойств после пробоя диэлектрика. Согласно ГОСТ IEC 61921-2013 конденсаторная батарея переменного тока (а.с. capacitor bank) — комбинация одной или более конденсаторных сборок шунтирующих конденсаторных устройств совместно с ассоциированными с ними коммутационными устройствами и оборудованием (контроля, измерения, сигнализации, защиты, регулировки и т. д.), полностью собранная под ответственность изготовителя со всеми внутренними электрическими и механическими коммутациями.

Важно:

Согласно ГОСТ IEC 61921-2013 в маркировке конденсаторной батареи должны присутствовать: имя или торговая марка изготовителя; идентифицирующий номер или обозначение типа; дата изготовления в непосредственной или кодовой форме; значение номинальной реактивной мощности в киловарах (кВАр); значение номинального напряжения в вольтах (В); значение номинальной частоты в герцах (Гц); значения минимальной и максимальной окружающей температуры в градусах Цельсия (*С); данные о степени защиты; значение выдерживаемого усилия при коротком замыкании в амперах (А).

Технология изготовления компонентов

Технология CAP во многом определяет характеристики устройств, а какие конденсаторы лучше для звука зависит от класса оборудования. Высококлассные изделия имеют жесткие допуски и стоят дороже, чем конденсаторы широкого применения. Кроме того, такие высококачественные CAP могут быть многоразовыми. Высококачественные аудиосистемы требуют высококачественных CAP для обеспечения высшего класса качества звука.

Производительность или то, как влияют конденсаторы на звук, во многом зависит от того, как они припаиваются к печатной плате. Пайка вызывает напряжение в пассивных компонентах, что может привести к появлению пьезоэлектрических напряжений и растрескиванию поверхностно установленных CAP. При пайке конденсаторов необходимо использовать правильный порядок пайки и следовать рекомендациям профиля.

Все лавсановые конденсаторы для звука неполяризованные, то есть им не нужно маркировать вывод как положительный, так и отрицательный. Их соединение в цепи не имеет значения. Они предпочтительны в высококачественных звуковых цепях из-за низких потерь и уменьшенных искажений, если при этом позволяет размер изделия.

MKC металлизированный поликарбонатный тип уже практически не используется. Известно, что типы ERO MKC все еще широко применяются, потому что имеют сбалансированный музыкальный звук с очень небольшой окраской. Типы MKP имеют более яркий звук, а также отличаются большим диапазоном звучания.

Малоизвестный тип конденсатора MKV — это металлизированный полипропиленовый CAP в масле. Это лучший конденсатор для звука, поскольку обладает более мощными характеристиками, чем металлизированная бумага в масле.

Керамические конденсаторы

ОЧЕНЬ дешевые конденсаторы. Практически любая керамика на 50 вольт (а больше нам и не надо обычно) стоит копейки в буквальном смысле. В радиомагазинах обычно округляют до рубля, но если будете брать много, то почувствуете разницу. Но, есть у них один серьезный минус. И нет, они не делают звук холодным, или безжизненным, или что там вам в голову взбредет. Самый главный недостаток керамических конденсаторов — они заводятся. Рок-н-ролл ребята.

По сути каждый такой конденсатор это маленький конденсаторный микрофончик. Что бывает с микрофонами когда вы выкручиваете гейн на максимум? Они начинают пищать, а кровь из ушей начинает вытекать. А теперь, представьте сколько гейна в каком-нибудь металзоне — тут даже в бревно петь можно будет.

Казалось бы выкинуть всю керамику к чертям, делов-то. Но, не все так просто, конденсаторы других типов дороги и громоздки. И если потратить на пару сотен рублей больше — не беда, то раздувать свое изделие до размеров биг-мафа ой как не хочется. Ну и деньги то лишними не будут.

В общем, применяйте с осторожностью и знанием дела. Самое главное — микрофонный эффект возрастает с ростом емкости и размера конденсатора. Маленькие диски меньше 1нФ скорее всего не скажутся на звуке. Если только они не стоят перед очень мощным дистом.

Плюсы:

Дешевые. Очень маленький размер, меньше других конденсаторов. Не стареют.

Минусы:

Микрофонный эффект. Изменяют емкость от температуры.

Как не напортачить:

Не ставьте на входе хайгейновых примочек. В них сигнал усиливается многократно, и даже самый маленький конденсатор может прилично завыть. На входе компрессора тоже ставить не стоит. В обоих случаях можно поставить их ближе к выходу, там они особого влияния не окажут. НЕ ставьте их в усилки, там они слишком близко к динамику, либо заливайте их каким-нибудь герметиком, клеевым пистолетом там, чтобы звукоизолировать их, и сгладить возможные вибрации.

Качество пассивных элементов

Конденсаторы, особенно когда они находятся на выходной сигнальной линии, сильно влияют на качество звука аудиосистемы.

Есть несколько факторов, которые определяют качество CAP, несомненно, очень важные для аудио:

1. Толерантность и фактическая емкость, необходимые для использования в фильтрах.
2. Зависимость емкости от частоты, так 1 микрофарад на 1 000 Гц не означает 1 микрофарад при 20 кГц.
3. Внутреннее сопротивление (ESR).
4. Ток утечки.
5. Старение — фактор, который со временем будет развиваться для любого продукта.

Лучший выбор приложений конденсатора зависит от применения в цепи и необходимой емкости:

1. Диапазон от 1 пФ до 1 нФ — схемы управления и обратной связи. Этот диапазон в основном используется для устранения высокочастотного шума на аудиоканале или для целей обратной связи, таких как мост усилителя Quad 606. Конденсатор СГМ в звуке является лучшим выбором в этом диапазоне. Он имеет очень хорошую толерантность (до 1 %) и очень низкие искажения и шум, но довольно дорогой. МКС или МКП — это хорошая альтернатива. На сигнальной линии следует избегать керамических CAP, поскольку они могут вызвать дополнительные нелинейные искажения до 1 %.
2. От 1 нФ до 1 мкФ — сцепление, развязка и подавления колебаний. Они чаще всего используются в аудиосистемах, а также между этапами, когда существует разница в уровне постоянного тока, устранение вибраций и в схемах обратной связи. Как правило, пленочные конденсаторы будут использоваться в этом диапазоне до 4,7 микрофарад. Лучшим выбором конденсатора для звука и аудио является полистирол (МКС), полипропилен (МКП). Полиэтилен (МКТ) является альтернативой с более низкой ценой.
3. 1 Ф и выше — источники питания, выходные конденсаторы, фильтры, изоляция. Преимущество очень высокая емкость (до 1 Farad). Но есть несколько недостатков. Электролитические CAP подлежат старению и сушке. Через 10 или более лет масло высыхает, а важные факторы, такие как СОЭ, меняются. Они поляризованы и должны быть заменены каждые 10 лет, иначе негативно повлияют на звук. При проектировании соединительного контура электролитов на сигнальной линии часто можно избежать проблем путем пересчета константы времени (RxC) для низкой емкости ниже 1 микрофарада. Это поможет определить, какие электролитические конденсаторы лучше для звука. Если это невозможно, важно, чтобы электролит имел менее 1 В постоянного тока и использовался CAP высокого качества (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).

Выбрав лучшее решение для каждой программы, разработчик может достичь наилучшего качества звука. Инвестирование в высококачественные CAP оказывает положительное влияние на качество звука, больше чем в любой другой компонент.

Разборки с керамикой

Керамические конденсаторы – самые “противные” из всех. Про них заранее ничего неизвестно – ведь конденсаторы одного и того же типа могут быть изготовлены из разной керамики с совершенно различными свойствами! Существует “закон рычага мироздания”: выигрывая в чем-то одном, обычно проигрываешь в чем-то другом. В керамических конденсаторах выигрывая в размерах, проигрывают в термостабильности и линейности, т.к. в качестве диэлектрика используется сегнетокерамика. Причем по техническим условиям нормируется только ТКЕ (температурный коэффициент емкости), а вот линейность похоже никого не интересует. И распространено мнение, что термостабильные конденсаторы линейны, а вот нетермостабильные…

Только вот выходит, что и термостабильные керамические конденсаторы весьма и весьма нелинейны. Я наскреб по сусекам горсть конденсаторов и продолжаю их измерять. На это раз я попытаюсь найти связь между линейностью конденсатора и его остальными свойствами. К сожалению, тип конденсаторов продолжает оставаться неизвестным (за исключением К10-17а), поэтому вот их групповой портрет (рядом с каждым – порядковый номер, а конденсаторы одинаковой емкости разных типов имеют двойную нумерацию). Емкости от 1 мкФ до 750 пФ.

Я предположил, что линейность конденсаторов должна зависеть от их емкости (ведь маленькую емкость при маленьких габаритах получить легко, это для большой емкости приходится изворачиваться, запихивая ее в маленький корпус), типа и размера (ну тут тоже понятно: если не нужно миниатюрить – ставим качественную керамику). Особенно это относится к конденсаторам К10-17а – у них в одинаковых корпусах “помещаются” емкости от 100 пФ до 1 мкФ!!! А в корпусах разного размера сами “кристаллы” конденсаторов тоже разные (оба конденсатора по 0,1 мкФ; точно такие здесь исследуются, их номера 2-5 и 2-3):

Кроме того, конденсаторы разных типов (а типов этих промышленность выпускает немеряно! причем непонятно, в чем между ними разница, в справочниках – на эту тему ни гу-гу) могут иметь разные свойства.

Важно! Все конденсаторы измерены практически в одинаковых условиях (напряжение/частота)!

Поэтому все измерения сводим в общую таблицу (Внимание! на фото в таблице масштаб не соблюден! Реальные размеры – см. общее фото!).

Значения ТКЕ я измерил не для всех конденсаторов, но и этих чисел достаточно для предварительных выводов. Знак “минус” означает, что с ростом температуры емкость падает.

Тестирование CAP-элементов для приложений

Существует общее понимание о том, что различные CAP могут изменять качество звука в аудиоприкладных программах в различных условиях. Какие конденсаторы установить, в каких схемах и в каких условиях — остаются самыми обсуждаемыми темами у специалистов. Именно поэтому лучше не изобретать велосипед в этой сложной теме, а использовать результаты проверенных испытаний. Некоторые звуковые схемы, как правило, очень большие, а загрязнение в звуковой окружающей среде, например, в таких как заземления и шасси, может быть большой проблемой для качества. Рекомендуется добавлять нелинейность и природные искажения к тесту, проверяя остатки моста с нуля.

Срезы динамиков конденсатором

Вступление

Покупая динамики и подключая без процессора, либо не имея усилителя не спешите с выбором конденсатора.

Приведем пример:

Возьмем две 4 Ом пищалки и сделаем замер импеданса, скажем на частоте среза 5 кГц, то по факту может получиться что у одной пищалки на этой частоте импеданс 5 Ом а у другой 7 Ом. Согласно таблице ниже, пытаемся их порезать на 5 кГц конденсатором на 8 мкф. В итоге у нас первая порежется на 4 кГц, а вторая с этим же конденсатором порежется на 3 кГц. Итог первая просто будет валить ужасный звук, вторая начнет подгорать.

Таблица срезов динамиков

Заключение

Если делать все по таблицам и верить значениям, не пользуясь головой то получите плохой звук и много спаленных динамиков.

1. Ставьте только неполярные конденсаторы.
2. Не ставьте электролитические конденсаторы. В большинстве случаем они установлены на дешевых китайских динамиках.
3. Купить разной емкости конденсаторы. Чем больше емкость, тем ниже он порежет вашу пищалку.
4. Припаивайте конденсатор ближе к клемме. При этом абсолютно не важно на какой из клемм будет висеть конденсатор. Но если начали паять на плюсовую клемму то вешайте на плюсовые на всех остальных пищалках.

ВАЖНО!

Срез динамиков по рекомендации не дает точных значений.

Характеристики моделей

В идеальном случае разработчик ожидает, что конденсатор будет точно соответствовать его проектному значению, в то время как большинство других параметров будут нулевыми или бесконечными. Основные измерения емкости здесь не так заметны, поскольку детали обычно соответствуют допускам. Все пленочные CAP имеют значительный температурный коэффициент. Поэтому, чтобы определить, какие пленочные конденсаторы лучше для звука, проводят тестирование лабораторными приборами.

Коэффициент диффузии полезен при оценке эффективности электролитического источника питания. Это влияние на звуковые характеристики сигнальных CAP не согласовано и может быть весьма незначительным. Число представляет внутренние потери и при желании может быть преобразовано в эффективное последовательное сопротивление (ESR).

ESR не является постоянной величиной, но имеет тенденцию быть настолько низким в высококачественных конденсаторах, что не оказывает большого влияния на производительность схемы. Если бы были построены резонансные схемы с высоким Q, то это была бы совершенно другая история. Однако низкий коэффициент рассеяния является отличительной чертой хороших диэлектриков, что может служить хорошей подсказкой в дальнейших исследованиях.

Диэлектрическое поглощение может быть более тревожным. Это было серьезной проблемой с ранними аналоговыми компьютерами. Высокого диэлектрическое поглощения можно избежать, так слюдяные конденсаторы для звука могут обеспечить сети RIAA очень хорошим звуком.

Измерения утечки постоянного тока не должны влиять на что-либо, так как сопротивление любого сигнального конденсатора должно быть очень высоким. При использовании материалов с более высокой диэлектрической проницаемостью требуется меньшая площадь поверхности, тогда утечка будет практически несущественной.

Для материалов с более низкой диэлектрической проницаемостью, таких как тефлон, несмотря на его основное высокое удельное сопротивление, может потребоваться большая площадь поверхности. Тогда утечка может быть вызвана малейшим загрязнением или примесями. Утечка постоянного тока, вероятно, является хорошим средством контроля качества, но она не связана с качеством звука.

Прослушивание проводилось на комплекте аппаратуры стоимостью около 4000 USD следующим образом. Трое моих друpей, далеких от технических подробностей, но любящих и ценящих музыку (отдельное им спасибо за то время, что они потратили!), отдельно записывали свои впечатления от звучания, причем в момент прослушивания они не знали, подключен ли Multi Сар за 16 USD, или К78-2 за 3 одеревеневших RusRubl. Обобщенные результаты субъективных экспертиз я привожу в табл. 2.
Что же можно сказать по результатам измерений и прослушивания? С моей точки зрения, наибольший интерес в качестве разделительных представляют бумагомасленные фольговые К40у-9 и фторопластовые ФТ, К72п~6 конденсаторы, которые ни в чем не уступают своим именитым аналогам. Примечательно, что у конденсаторов К40у-9 и ФТЗ тангенс угла потерь снижается с уменьшение уровня сигнала и достигает у ФТЗ Dx = 0,0005, что, по-видимому, благоприятно сказывается на звуке. Конденсаторы MIT Multi Сар оправ¬дали свою популярность, а вот изделия французской фирмы Solen я бы не рекомендовал использовать в слабосигнальных цепях, тогда как их применение в сильноточных цепях — в раз¬делительных фильтрах акустических систем и в блоках питания дает прекрасные результаты. Заслуживают внимания и поликарбонатные конденсаторы К77, имеющие достаточно большую емкость при небольших габаритах, а также и полистирольные К71. Комбинированные К75 и лакопленочные К76, несмотря на тенденцию снижения Dx при уменьшении амплитуды сигнала лучше использовать в блоках питания, тем более, что для этого они и разрабатывались. В конце табл.1 приведены результаты измерения электролитических конденсаторов (начиная с южнокорейских SHOEI), выводы делайте сами. Не смотря на хорошие показатели оксидно-полупроводниковых конденсаторов К53-28, их применение для шунтирования катодных резисторов приводит к появлению резкости, «механистичности» в звуке. Если есть возможность, применяйте в блоках питания усилителя конденсаторы КБГ-МН, К75-24 и т. п. (если только потом сможете такой усилитель поднять…) Какие выводы я хочу сделать? Итак: 1. Измерение параметров не дает полной информации, будет «звучать» данный конденсатор или нет; хотя стабильность характеристик в широком диапазоне и снижение потерь при уменьшении сигнала является обнадеживающим фактором. 2. Чем слабее сигнал, тем большее влияние на него может оказать диэлектрик разделительного конденсатора. Влияние конденсаторов в фильтрах акустических систем и на выходе драйверных каскадов менее ощутимо, чем во входных. В последних это влияние особенно заметно при больших значениях сеточного сопротивления утечки, что оправдывает применение схем с гальванической связью, то есть без разделительного конденсатора. 3. Верно, конденсаторы оказывают влияние на звук, но не стоит это влияние переоценивать, так как оно несоизмеримо слабее, чем влияние выходных и прочих трансформаторов, схемотехники (в частности, выбор режимов ламп, тип ламп и экземпляров ламп). Как показывает опыт, изменение режима работы лампы входного каскада кардинально меняет звук всего усилителя, тогда как замена разделительных конденсаторов в посредственном усилителе не изменит практически ничего, пусть даже и стоимость такого «чуда» возрастет вдвое. 4. Ламповый усилитель, при внешней простоте схемы, является устройством, где все узлы, элементы, конструкция комп¬лексно взаимодействуют как между собою, так и с внешними устройствами: источником сигнала, акустическими системами (а через них и с помещением прослушивания), электрической сетью. Причем чувствительность к типу применяемых радиоэлементов разных узлов усилителя так же может изменяться с учетом изложенных факторов*. Поэтому определять, какой тип конденсаторов (резисторов, проводников) предпочтителен в данной конкретной конструкции, необходимо уже после того, как отработана схемотехника, конструкция усилителя. При этом не отменяются личные пристрастия разработчика и то, с какой другой аппаратурой и для прослушивания каких музыкальных жанров усилитель будет использоваться и, что немаловажно, какова планируемая себестоимость Вашего создания (или возможности Вашего кошелька). Хочу пожелать самодельщикам успехов в их таком прекрасном хобби! Побольше экспериментируйте, пробуйте различные радиоэлементы, лампы, схемы (не отрицая огульно при этом классические), и это поможет вам понастоящему почувствовать музыку! Смею надеяться, что вышеизложенный материал окажется Вам полезен. Список литературы: 1. Справочник по электрическим конденсаторам / Под ред. И. И. Четверткова, В. Ф. Смирнова. М., 1983. 2. The Parts Connection. (Каталог радиодеталей, 1997 г.) 3. Фрунджян Артур. Маленькие секреты конденсаторов / / Класс А. — 1996. — спецвыпуск — с. 12-15. 4. Е7-14. Измеритель. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Аппаратура, используемая при прослушивании: Проигрыватель CD Exposure CD Player, усилители MARANTZ PM16, Arion Nereus 300B (редкая недоделка, даром что от П. Квортрупа!), колонки переделанные Cerwin Vega DX9, шнуры все TARA Labs Reference, диски Focal, Pope Music.

Нежелательные паразитарные компоненты

Транзисторы, интегральные схемы и другие активные компоненты оказывают существенное влияние на качество аудиосигналов. Они используют питание от источников тока для изменения характеристик сигнала. В отличие от активных компонентов, идеальные пассивные не потребляют энергию и не должны изменять сигналы.

В электронных схемах резисторы, конденсаторы и индукторы фактически ведут себя, как активные компоненты и потребляют энергию. Из-за этих паразитных эффектов они могут значительно изменить звуковые сигналы, и для повышения качества требуется тщательный выбор компонентов. Постоянно растущий спрос на аудиооборудование с лучшим качеством звука заставляет производителей CAP выпускать устройства с лучшими характеристиками. В результате чего современные конденсаторы для использования в аудиоприложениях имеют лучшую производительность и более высокое качество звука.

Паразитные эффекты CAP в акустической цепи состоят из эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), эквивалентной последовательной индуктивности (ESL), последовательных источников напряжения из-за эффекта Зеебека и диэлектрического поглощения (DA).

Типичное старение, изменения в рабочих условиях и специфические характеристики делают эти нежелательные паразитные компоненты более сложными. Каждый паразитарный компонент по-разному влияет на производительность электронной схемы. Начнем с того, что эффект сопротивления вызывает утечку постоянного тока. В усилителях и других схемах, содержащих активные компоненты, эта утечка может привести к значительному изменению напряжения смещения, которые могут влиять на различные параметры, включая коэффициент качества (Q).

Способность конденсатора обрабатывать пульсации и пропускать высокочастотные сигналы зависит от компонента ESR. Небольшое напряжение создается в точке, где два неоднородных металла связаны из-за явления, известного как эффект Зеебека. Небольшие батареи из-за этих паразитных термопар могут существенно повлиять на производительность схемы. Некоторые диэлектрические материалы являются пьезоэлектрическими, а шум, который они добавляют к конденсатору, проявляется из-за маленькой батареи внутри компонента. Кроме того, электролитические CAP имеют паразитные диоды, которые могут вызывать изменения в смещении или характеристиках сигнала.

Танталовые конденсаторы

Вот эти ребята уже поинтереснее. Они помогут вам сэкономить место. Но и обращаться с ними нужно поаккуратнее. Обязательно соблюдайте полярность, более того следите за тем, чтобы на разных концах конденсатора напряжение отличалось на пару вольт.

Если разница стремится к нулю, то передаточные характеристики падают, емкость может сильно уменьшится. Кроме того, берите конденсаторы большого напряжения, нужен запас раза в два.

Плюсы:

Очень высокое отношение емкости к размеру. В миниатюрных примочках это лучшее что вы сможете найти. В отличии от алюминиевых, практически не теряют емкость со временем. Верхняя граница напряжения 50 вольт.

Минусы:

Необходима разница потенциалов (напряжения). Выходят из строя при перепадах напряжения. При выходе из строя перегреваются и взрываются (именно взрываются, без шуток).

Как не напортачить:

Соблюдайте полярность. Следите за тем чтобы на разных полюсах конденсатора была разница потенциалов в несколько вольт. Не перегревайте при пайке, 5-10 секунд их убить не должно.

Параметры, влияющие на путь прохождения сигнала

В электронных схемах пассивные компоненты используются для определения усиления, установления блокировки постоянного тока, подавления шума источника питания и обеспечения смещения. Недорогие компоненты с небольшими размерами обычно используются в портативных аудиосистемах.

Характеристики реальных полипропиленовых конденсаторов для звука отличаются от характеристик идеальных компонентов с точки зрения ESR, ESL, диэлектрического поглощения, тока утечки, пьезоэлектрических свойств, температурного коэффициента, допуска и коэффициента напряжения. Хотя важно учитывать эти параметры при разработке CAP для использования в тракте аудиосигнала, два из них, оказывающие наибольшее влияние на путь прохождения сигнала, называют коэффициентом напряжения и обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Как конденсаторы, так и резисторы демонстрируют изменение физических характеристик при изменении приложенного напряжения. Это явление обычно называют коэффициентом напряжения, и оно варьируется в зависимости от химического состава, конструкции и типа CAP.

Обратный пьезоэффект влияет на номинальное электрическое значение конденсаторов для усилителя звука. В аудиоусилителях это изменение электрического значения компонента приводит к изменению усиления в зависимости от сигнала. Этот нелинейный эффект приводит к искажению звука. Обратный пьезоэлектрический эффект вызывает значительные искажения аудиосигнала на более низких частотах и является основным источником коэффициента напряжения в керамических CAP класса II.

Напряжение, приложенное к CAP, влияет на его производительность. В случае керамических CAP класса II, емкость компонента уменьшается, когда прикладывается возрастающее положительное постоянное напряжение. Если к нему подается высокое напряжение переменного тока, емкость компонента уменьшается аналогичным образом. Однако, когда прикладывается низкое переменное напряжение, емкость компонента имеет тенденцию к увеличению. Эти изменения в емкости могут значительно повлиять на качество аудиосигналов.

Алюминиевые конденсаторы

Эти конденсаторы используются почти в каждой примочке. Секрет их успеха прост — большая емкость и дешевизна. При разумных размерах, для большинства других типов конденсаторов такие значения просто недостижимы. Хотите чтобы примочка не шипела даже от плохого блока питания? — поставьте туда кондер на 1000uF, а питание подавайте через резистор в 50-100Ом.

Поскольку в примочках они используются не слишком интенсивно (мощности то небольшие), то и живут очень долго, хотя со временем теряют в емкости. В спецификациях пишут обычно про 5000 часов работы, это число указано из расчета на максимальную рабочую температуру (обычно 85 или 105 градусов цельсия). При комнатной температуре срок работы практически неограничен.

Внимание! Не шунтируйте алюминиевые конденсаторы керамическими — бесполезная затея в большинстве случаев. Да, алюминиевые конденсаторы не дружат с высокими частотами, и хуже их фильтруют и хуже их фильтруют, но керамика в 100нФ, которой они обычно шунтируются, начинает работать сравнимо с самым захудалым алюминием только на частотах выше 200кГц. Оно вам надо?

Плюсы:

Большая емкость. Доступность (и по цене и по распространенности). Низкая цена.

Минусы:

Потихоньку пропускают постоянный ток, не пихайте их всюду без надобности. Со временем теряют емкость, старость не радость. Звук многих винтажных примочек изменяется именно за счет этого эффекта.

Как не напортачить:

Берите вольтаж чуть с запасом, процентов в 20. Не перегревайте при пайке. Самое главное — не путайте полярность)

Общая характеристика гармонических искажений THD

THD конденсаторов для звука зависит от диэлектрического материала компонента. Некоторые из них могут давать впечатляющие характеристики THD, в то время как другие могут серьезно ухудшить его. Полиэфирные конденсаторы и алюминиевые электролитические конденсаторы относятся к числу CAP, которые дают самое низкое значение THD. В случае диэлектрических материалов класса II, X7R предлагает лучшие характеристики именно THD.

CAP для использования в аудиооборудовании обычно классифицируются в соответствии с применением, для которого они используются. Три приложения: путь прохождения сигнала, функциональные задачи и приложения поддержки напряжения. Обеспечение использования оптимальных конденсатор MKT для звука в этих трех областях помогает улучшить выходной тон и уменьшить искажения звука. Полипропиленовые имеют низкий коэффициент рассеяния и подходят для всех трех областей. Хотя все CAP, используемые в аудиосистеме, влияют на качество звука, компоненты, находящиеся на пути прохождения сигнала, оказывают наибольшее влияние.

Использование высококачественных конденсаторов класса аудио помогает значительно снизить ухудшение качества звука. Из-за их превосходной линейности пленочные конденсаторы обычно используются в аудиотракте. Эти неполярные конденсаторы для звука идеально подходят для аудиотехники премиум-класса. Диэлектрики, обычно применяемые в конструкциях пленочных конденсаторов с качеством звука для использования на пути прохождения сигнала, включают полиэфир, полипропилен, полистирол и полифениленсульфид.

CAP для использования в предварительных усилителях, цифро-аналоговых преобразователях, аналого-цифровых преобразователях и аналогичных приложениях совместно классифицируются как функциональные конденсаторы задания. Хотя эти неполярные конденсаторы для звука не находятся на пути прохождения сигнала, они тоже могут значительно ухудшить качество аудиосигнала.

Конденсаторы, которые используются для поддержания напряжения в аудиооборудовании, оказывают минимальное влияние на звуковой сигнал. Несмотря на это, требуется внимание при выборе CAP, которые поддерживают напряжение для оборудования высокого класса. Использование компонентов, оптимизированных для аудио приложений, помогает улучшить производительность звуковой схемы.

Слюдяные конденсаторы

Очень дорогие конденсаторы. Используются в очень высокочастотных цепях и некоторых высокоточных приборах. В нашем случае тожене нужны. Вообще они офигенные, но не нужны. Куча плюсов, но минус — цена, перебивает все эти плюсы. Можно достать то же самое (для примочек), но дешевле.

Плюсы:

Во всех отношениях прекрасные конденсаторы. Абсолютно стойкие ко времени, ни физически, ни химически не стареют. Никаких паразитных эффектов. Очень высокое соответствие емкости маркировке, обычно 1-5%.

Минусы:

Очень маленький диапазон емкостей, обычно, до пары нанофарад, не больше. Очень дорогие и редкие.

Как не напортачить:

Да никак. Уж с этими то вы не напортачите, хоть в розетку втыкайте — ничего с ними не будет.

Полистирольный пластинчато-диэлектрический блок

Полистирольные конденсаторы изготавливаются путем намотки пластинчато-диэлектрического блока, подобного электролитическому, или путем укладки в последовательные слои, например, книгу (сложенная пленка-фольга). В основном они используются в качестве диэлектриков из различных пластиков, таких как полипропилен (MKP), полиэфир / майлар (MKT), полистирол, поликарбонат (MKC) или тефлон. Для пластин используют алюминий с высокой степенью чистоты.

В зависимости от типа используемого диэлектрика производятся конденсаторы разных размеров и емкости с рабочим напряжением. Высокая диэлектрическая прочность полиэфира позволяет изготавливать лучшие электролитические конденсаторы для звука небольшого размера и при относительно низких затратах для повседневного использования, когда особые качества не требуются. Возможны емкости от 1 000 пФ до 4,7 микрофарад при рабочих напряжениях до 1 000 В.

Коэффициент диэлектрических потерь в полиэфире относительно высок. Для аудио полипропилен или полистирол могут значительно снизить диэлектрические потери, но здесь следует отметить, что они намного дороже. Полистирольные используются в фильтрах / кроссоверах. Одним недостатком полистирольных конденсаторов является низкая температура плавления диэлектрика. Вот почему полипропиленовые конденсаторы для звука обычно отличаются друг от друга, так как диэлектрик защищен путем отделения паяных выводов от корпуса конденсатора.

Виды конденсаторов. Какие конденсаторы используются в звуковых платах

Конденсаторы, которые используются в звуковых платах (усилителях и другой аппаратуре), подразделяются на несколько категорий:

• электролитические;
• пленочные;
• бумажные.

Виды конденсаторов

Именно эти виды конденсаторов используются для создания звука. Люди без опыта не слишком вникают в различия между разными видами конденсаторов, а их на самом деле довольно много, и от типа конденсатора зависит не только качество, но и комфортность эксплуатации звуковых плат.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы — это конденсатор, на котором в качестве диэлектрика используется оксид на металлическом аноде (фольга) и электролит на катоде. У таких конденсаторов большая удельная ёмкость и довольно неплохой срок службы — в зависимости от качества изделия и температурного режима при эксплуатации конденсатор может работать от 3 до 8 тысяч часов при максимальной температуре. Этот вид конденсаторов обладает неоспоримым преимуществом в виде относительной надежности и дешевизны, но у него есть и недостаток — разработать качественную Hi-Fi аппаратуру на нём очень трудно.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы мало подходят для звука — у них длительный процесс зарядки и разрядки из-за медленных ионных процессов, которые в нем происходят. Соответственно, добиться качественного звучания на таких конденсаторах трудно. Несмотря на то, что теоретически у них высокий запас прочности, на практике поломки случаются довольно часто — из-за них отказывает не только звуковая, но и другие виды аппаратуры. Такие конденсаторы применяют в дешевых усилителях, потому что это оправданно для производителя с точки зрения рентабельности. Для конечного пользователя такой выбор только вредит.

Стоит отметить, что существуют единичные разработки электролитических конденсаторов, которые показывают себя довольно хорошо. Такие компоненты применяются на звуковой аппаратуре, выпущенной ограниченным тиражом или в единичном экземпляре. Конденсаторы такого типа ничем не хуже других видов, но стоит понимать, что это — исключение из правила. Также некоторые производители пытались выпускать конденсаторы с электролитом в качестве катода специально для звуковых плат, но в итоге такой выбор себя не оправдал — стоимость сравнительно качественного и подходящего для звуковых целей электролита приближается к стоимости других видов конденсаторов.

Плёночные конденсаторы

В пленочных конденсаторах в роли диэлектрика выступает пленка из полистирола, полиэтилена, фторопласта или другого материала. Такой вид конденсаторов обладает высоким сопротивлением изоляции. Еще одна важная особенность — эффект самовосстановления, к которому способны такие конденсаторы после пробоя диэлектрика. Рабочая температура пленочных конденсаторов — до 200 градусов.

Плёночные конденсаторы

Пленочные конденсаторы обладают меньшей ёмкостью по сравнению с электролитическими, но у них нет недостатка в виде медленной работы. Малоёмкостные пленочные конденсаторы не только фильтруют напряжение питания, но и выполняют разделительно-переходные функции. За счёт этого качество звучания улучшается в разы. Стоимость пленочных конденсаторов в разы превышает таковую у электролитических аналогов, но и свою работу такие конденсаторы выполняют лучше.

Пленочные конденсаторы обычно подбираются индивидуально для каждой производимой модели аппаратуры. Также использования пленочных конденсаторов значительно влияет и на конструктивные решения в плане построения схемы платы. Дело в том, что из-за маленькой ёмкости пленочных конденсаторов приходится либо комбинировать их с другими видами конденсаторов (электролитическими), либо применять особые технологические решения.

При комбинировании подавляющее большинство конденсаторов на плате делают пленочными, и только несколько — электролитическими. В таком случае электролитические конденсаторы не слишком портят звучание, но при этом они хорошо отыгрывают свою роль в качестве хранителей энергии из-за своей ёмкости.

Помимо комбинирования разных видов конденсаторов, существуют и другие способы добиться качественного звучания. Такие методы являются уникальными разработками каждого производителя. В качестве примера — некоторые усилители оснащают только пленочными конденсаторами. При этом, их размещают в большом количестве на плате. Схема строится таким образом, чтобы малая емкость конденсаторов компенсировалась очень быстрым запитыванием каждого элемента. Таким образом, хватает даже небольшой ёмкости пленок.

Бумажные конденсаторы

Еще один вид конденсаторов, применяемых в звуковой технике — бумажные. В этих конденсаторах применяются компоненты на основе бумаги (сухой или пропитанной веществами). Бумага выступает в роли диэлектрика. Такой вид конденсаторов — самый качественный и дорогой. Даже при комбинированном применении с электролитическими конденсаторами бумажные сохраняют высокое качество звучания и обладают неповторимыми звуковыми характеристиками. Опытные аудиофилы смогут отличить по звучанию платы с бумажными конденсаторами и другими видами компонентов.

Бумажные конденсаторы

Некоторые конденсаторы делают бумажно-пленочными, другие являются исключительно бумажными. Бумажные конденсаторы можно редко увидеть на малосерийных платах, в основном же они используются на оборудовании, которое делается по индивидуальным заказам. Найти бумажные конденсаторы в розницу не так уж и легко из-за их дефицитности.

Вывод

Вот пожалуй и все что нужно знать о конденсаторах тем, кто использует их при работе со звуком. Не отрицаю, что они имеют некоторые другие интересные свойства, но в звуковом диапазоне частот и при работе с аналоговой техникой они не имеют никакого значения. Возможно я еще расскажу о них если буду писать о работе с цифровыми чипами. Напоследок все (почти) кондеры вместе для сравнения размеров.

Автор: Павел Грязнов

Пленочные конденсаторы

Вот мы и добрались до самого вкусного. Строго говоря, пленочных конденсаторов существует много разных. Но для нас самое интересное в них — отсутствие микрофонного эффекта и невысокая стоимость. В остальном, разные типы пленки отличаются по соотношению размер/емкость. Обычно те что компактнее дороже стоят.

Плюсы:

Отсутствие микрофонного эффекта. Умеренная стоимость.

Минусы:

Нет. С натяжкой можно сказать что цена и размер, но они вполне в рамках.

Как не напортачить:

Не перегреть разве что.