Los condensadores (CAP) son componentes importantes en los sistemas de audio. Tienen diferentes voltajes, corrientes y factores de forma. Para elegir qué capacitores son los mejores para el sonido, los moderadores deben comprender todos los parámetros CAP. La integridad de la señal de audio depende en gran medida de la elección de los condensadores. Por lo tanto, al elegir el dispositivo correcto, se deben considerar todos los factores importantes.
Los parámetros CAP de audio están especialmente optimizados para aplicaciones de alto rendimiento y ofrecen canales de audio más eficientes que los componentes estándar. Los tipos de capacitores que se usan comúnmente en los canales de audio son los CAP de película y electrolíticos de aluminio, y qué capacitores son mejores para el sonido en condiciones particulares depende de los circuitos y dispositivos utilizados: altavoces, reproductores de CD e instrumentos musicales, bajos yotros.
Historia del condensador de sonido
El condensador es uno de los componentes electrónicos más antiguos. Los conductores eléctricos fueron descubiertos en 1729. En 1745, el inventor alemán Ewald Georg von Kleist descubrió el buque Leiden que se convirtió en el primer CAP. El físico Pieter van Müssenbrook, físico de la Universidad de Leiden, descubrió la jarra de Leiden por su cuenta en 1746.
En la actualidad, el frasco de Leiden es un recipiente de vidrio cubierto con una lámina de metal por dentro y por fuera. El CAP sirve como un medio para almacenar electricidad, y qué condensadores son los mejores para el sonido dependerán de la capacitancia, porque cuanto mayor sea esta cifra, más electricidad almacenará. La capacitancia depende del tamaño de las placas opuestas, la distancia entre las placas y la naturaleza del aislante entre ellas.
Los capacitores utilizados en los amplificadores de audio vienen en varios tipos, como el CAP común con lámina metálica para ambas placas y papel impregnado entre ellas. Condensadores de papel metalizado (MP), también llamados CAP de papel de aceite y condensadores de una sola capa de papel metalizado (MBGO) para audio, que se utilizan en circuitos de CA, CC y pulsos.
Más tarde, el mylar (poliéster) y otros aislantes sintéticos se hicieron más comunes. En la década de 1960, la tapa de metal con mylar se hizo muy popular. Dos puntos fuertes de estos dispositivos son su tamaño más pequeño y el hecho de que se autorreparan. Hoy en día, estos son los mejores capacitores para sonido, se usan en casi todos los dispositivos electrónicos. Debido al enorme volumen de comercio y producción de este tipo de condensadores, son bastante baratos.
Otro tipo de CAP es el electrolítico con un diseño especial con valores predominantemente altos y muy altos que van desde 1 uF hasta varias decenas de miles de uF. Se utilizan principalmente para desacoplar o filtrar en la fuente de alimentación. Los más comunes en el diseño de amplificadores son los capacitores de poliéster o Mylar metalizado (MKT). Los amplificadores de mayor calidad utilizan principalmente polipropileno metalizado (MPP).
Tecnología de componentes
La tecnología CAP determina en gran medida las características de los dispositivos, y qué capacitores son mejores para el sonido depende de la clase de equipo. Los productos de gama alta tienen tolerancias estrictas y son más caros que los condensadores de uso general. Además, estos CAP de alta calidad pueden ser reutilizables. Los sistemas de audio de alta calidad requieren CAP de alta calidad para ofrecer una calidad de sonido de primera clase.
El rendimiento, o cómo afectan los condensadores al sonido, depende mucho de cómo estén soldados a la PCB. La soldadura estresa los componentes pasivos, lo que puede provocar tensiones piezoeléctricas y agrietamiento de los CAP montados en la superficie. Al soldar condensadores, debe utilizar el orden de soldadura correcto y seguir las recomendacionesperfil.
Todos los condensadores de audio de mylar no están polarizados, lo que significa que no necesitan etiquetarse como positivos o negativos. Su conexión en la cadena no importa. Se prefieren en circuitos de audio de alta calidad debido a su baja pérdida y distorsión reducida cuando el tamaño del producto lo permite.
El tipo de policarbonato metalizado MKC ya casi no se usa. Se sabe que los tipos ERO MKC todavía se usan mucho porque tienen un sonido musical equilibrado con muy poca coloración. Los tipos MKP tienen un sonido más brillante y un rango de sonido más amplio.
Un tipo poco conocido de condensador MKV es un TAPÓN de polipropileno metalizado en aceite. Es el mejor condensador para audio porque tiene características más potentes que el papel metalizado recubierto de aceite.
Calidad de los elementos pasivos
Los capacitores, especialmente cuando están en la línea de señal de salida, afectan en gran medida la calidad del sonido de un sistema de audio.
Hay varios factores que determinan la calidad de CAP, sin duda muy importantes para el audio:
- Tolerancia y capacidad real requerida para uso en filtros.
- Capacitancia frente a frecuencia, por lo que 1 microfaradio a 1000 Hz no significa 1 microfaradio a 20 kHz.
- Resistencia interna (ESR).
- Corriente de fuga.
- El envejecimiento es un factor que evolucionará con el tiempo para cualquier producto.
La mejor elección de aplicaciones de capacitores depende de la aplicación en el circuito y la capacitancia requerida:
- Rango de 1 pF a 1 nF - circuitos de control y realimentación. Este rango se utiliza principalmente para eliminar el ruido de alta frecuencia en el canal de audio o para fines de retroalimentación, como el puente amplificador Quad 606. El capacitor SGM en audio es la mejor opción en este rango. Tiene muy buena tolerancia (hasta 1%) y muy baja distorsión y ruido, pero bastante caro. ISS o MCP es una buena alternativa. Deben evitarse los CAP de cerámica en la línea de señal, ya que pueden causar una distorsión no lineal adicional de hasta un 1 %.
- De 1 nF a 1 uF - acoplamiento, desacoplamiento y supresión de vibraciones. Se usan más comúnmente en sistemas de audio y también entre etapas donde hay una diferencia en el nivel de CC, eliminación de vibraciones y en circuitos de retroalimentación. Normalmente, los condensadores de película se utilizarán en este rango hasta 4,7 microfaradios. La mejor opción de capacitor para sonido y audio es poliestireno (MKS), polipropileno (MKP). El polietileno (MKT) es una alternativa de menor costo.
- 1 Ф y superiores: fuentes de alimentación, condensadores de salida, filtros, aislamiento. La ventaja es una capacitancia muy alta (hasta 1 faradio). Pero hay algunas desventajas. Los CAP electrolíticos están sujetos a envejecimiento y secado. Después de 10 años o más, el aceite se seca y factores importantes como el cambio de ESR. Están polarizados y deben reemplazarse cada 10 años o afectarán negativamente el sonido. Al diseñar el circuito de conexión de electrolitos enLos problemas de la línea de señal a menudo se pueden evitar volviendo a calcular la constante de tiempo (RxC) para una capacitancia baja por debajo de 1 microfaradio. Esto ayudará a determinar qué capacitores electrolíticos son mejores para el sonido. Si esto no es posible, es importante que el electrolito sea inferior a 1 V CC y se utilice un CAP de alta calidad (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Al elegir la mejor solución para cada programa, el desarrollador puede lograr la mejor calidad de sonido. Invertir en CAP de alta calidad tiene un efecto positivo en la calidad del sonido más que cualquier otro componente.
Prueba de elementos CAP para aplicaciones
Hay un entendimiento común de que diferentes CAP pueden cambiar la calidad del sonido de las aplicaciones de audio en diferentes condiciones. Qué condensadores instalar, en qué circuitos y en qué condiciones, siguen siendo los temas más discutidos entre los especialistas. Por eso es mejor no reinventar la rueda en este tema complejo, sino utilizar los resultados de pruebas comprobadas. Algunos circuitos de audio tienden a ser muy grandes y la contaminación en los entornos de audio, como los terrenos y el chasis, puede ser un gran problema de calidad. Se recomienda agregar no linealidad y distorsión natural a la prueba probando los residuos del puente desde cero.
| Dieléctrico | Poliestireno | Poliestireno | Polipropileno | Poliéster | Plata-mica | Cerámica | Polycarb |
| Temperatura | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Nivel de tensión | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerancia % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Error % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Dispersión | 0.000053 | 0.000028 | 0.000122 | 0.004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
| Absorción | 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 / |
| Resolución nativa, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Puente | bajo | bajo | muy bajo | alto | bajo | bajo | alto |
Características de los modelos
En el caso ideal, el diseñador esperaría que el capacitor tuviera exactamente su valor de diseño, mientras que la mayoría de los demás parámetros serían cero o infinitos. Las principales medidas de capacitancia no son tan visibles aquí, ya que las piezas suelen estar dentro de las tolerancias. Todos los CAP de película tienen un coeficiente de temperatura significativo. Por lo tanto, para determinar qué capacitores de película son mejores para el sonido, se realizan pruebas con instrumentos de laboratorio.
El coeficiente de difusión es útil para evaluar la eficiencia de una fuente de alimentación electrolítica. Este efecto sobre el rendimiento sónico de los CAP de señalización no es consistente y puede ser bastante pequeño. El número representa pérdidas internas y se puede convertir en resistencia en serie efectiva (ESR) si se desea.
ESR no es un valor constante, pero tiende a ser tan bajo en capacitores de alta calidad que no tiene mucho efecto en el rendimiento del circuito. Si se construyeran circuitos resonantes de alto Q, entonces sería una historia completamente diferente. Sin embargo, un factor de disipación bajo es un sello distintivo de los buenos dieléctricos, lo que puede servir como una buena pista en futuras investigaciones.
La absorción dieléctrica puede ser más preocupante. Este fue un problema importante con las primeras computadoras analógicas. Se puede evitar una alta absorción dieléctrica, por lo que los condensadores de audio de mica pueden proporcionar a las redes RIAA un audio muy bueno.
Las mediciones de fuga de CC no deberían afectar nada, ya que la resistencia de cualquier condensador de señal debería ser muy alta. Con materiales dieléctricos más altos, se requiere menos área de superficie y las fugas son prácticamente insignificantes.
Para materiales con una constante dieléctrica más baja como el teflón, a pesar de su alta resistividad básica, puede ser necesariogran superficie. Entonces la fuga puede ser causada por la más mínima contaminación o impurezas. La fuga de CC es probablemente un buen control de calidad, pero no tiene nada que ver con la calidad del sonido.
Componentes parásitos no deseados
Los transistores, circuitos integrados y otros componentes activos tienen un impacto significativo en la calidad de las señales de audio. Usan energía de fuentes de corriente para cambiar las características de la señal. A diferencia de los componentes activos, los componentes pasivos ideales no consumen energía y no deberían cambiar las señales.
En los circuitos electrónicos, las resistencias, los capacitores y los inductores se comportan como componentes activos y consumen energía. Debido a estos efectos espurios, pueden alterar significativamente las señales de audio y se requiere una cuidadosa selección de componentes para mejorar la calidad. La demanda cada vez mayor de equipos de audio con mejor calidad de sonido está obligando a los fabricantes de CAP a producir dispositivos con mejores prestaciones. Como resultado, los condensadores modernos para uso en aplicaciones de audio tienen un mejor rendimiento y una mayor calidad de sonido.
Los efectos CAP espurios en un circuito acústico consisten en resistencia en serie equivalente (ESR), inductancia en serie equivalente (ESL), fuentes de tensión en serie debidas al efecto Seebeck y absorción dieléctrica (DA).
El envejecimiento típico, los cambios en las condiciones de funcionamiento y las características específicas hacen que estos componentes parásitos no deseados sean más difíciles. cada parásitocomponente afecta el rendimiento del circuito electrónico de diferentes maneras. Para empezar, el efecto de la resistencia provoca una fuga de CC. En amplificadores y otros circuitos que contienen componentes activos, esta fuga puede provocar un cambio significativo en el voltaje de polarización, lo que puede afectar varios parámetros, incluido el factor de calidad (Q).
La capacidad de un capacitor para manejar la ondulación y pasar señales de alta frecuencia depende del componente ESR. Se crea un pequeño voltaje en el punto donde se unen dos metales diferentes debido a un fenómeno conocido como efecto Seebeck. Las baterías pequeñas debido a estos termopares parásitos pueden afectar significativamente el rendimiento del circuito. Algunos materiales dieléctricos son piezoeléctricos y el ruido que agregan al capacitor se debe a la pequeña batería dentro del componente. Además, los CAP electrolíticos tienen diodos parásitos que pueden provocar cambios en la polarización o las características de la señal.
Parámetros que afectan la ruta de la señal
En los circuitos electrónicos, los componentes pasivos se utilizan para determinar la ganancia, establecer el bloqueo de CC, suprimir el ruido de la fuente de alimentación y proporcionar polarización. Los componentes económicos con pequeñas dimensiones se utilizan comúnmente en los sistemas de audio portátiles.
El rendimiento de los capacitores de audio de polipropileno real es diferente al de los componentes ideales en términos de ESR, ESL, absorción dieléctrica,corriente de fuga, propiedades piezoeléctricas, coeficiente de temperatura, tolerancia y coeficiente de tensión. Si bien es importante tener en cuenta estos parámetros al diseñar un CAP para usar en la ruta de la señal de audio, los dos que tienen el mayor impacto en la ruta de la señal se denominan factor de voltaje y efecto piezoeléctrico inverso.
Tanto los capacitores como las resistencias exhiben un cambio en las características físicas a medida que cambia el voltaje aplicado. Este fenómeno se conoce comúnmente como factor de estrés y varía según la química, el diseño y el tipo de CAP.
El efecto piezoeléctrico inverso afecta la clasificación eléctrica de los capacitores para un amplificador de sonido. En los amplificadores de audio, este cambio en el valor eléctrico de un componente da como resultado un cambio en la ganancia dependiendo de la señal. Este efecto no lineal da como resultado una distorsión del sonido. El efecto piezoeléctrico inverso provoca una distorsión de audio significativa en las frecuencias más bajas y es la principal fuente de factor de voltaje en los CAP de cerámica Clase II.
El voltaje aplicado al CAP afecta su desempeño. En el caso de los CAP de cerámica de clase II, la capacitancia del componente disminuye a medida que se aplica un voltaje de CC positivo creciente. Si se le aplica un alto voltaje de CA, la capacitancia del componente disminuye de la misma manera. Sin embargo, cuando se aplica un voltaje de CA bajo, la capacitancia del componente tiende a aumentar. Estos cambios en la capacidad pueden afectar significativamente la calidadseñales de audio.
Distorsión armónica total THD
El THD de los capacitores de audio depende del material dieléctrico del componente. Algunos de ellos pueden ofrecer un rendimiento THD impresionante, mientras que otros pueden degradarlo seriamente. Los capacitores de poliéster y los capacitores electrolíticos de aluminio se encuentran entre los CAP que brindan el THD más bajo. En el caso de materiales dieléctricos de clase II, el X7R ofrece el mejor rendimiento THD.
Los CAP para uso en equipos de audio generalmente se clasifican según la aplicación para la que se utilizan. Tres aplicaciones: ruta de señal, tareas funcionales y aplicaciones de soporte de voltaje. Asegurarse de que se utilice el condensador MKT de audio óptimo en estas tres áreas ayuda a mejorar el tono de salida y reduce la distorsión del audio. El polipropileno tiene un factor de dispersión bajo y es adecuado para las tres áreas. Si bien todos los CAP utilizados en un sistema de audio afectan la calidad del sonido, los componentes en la ruta de la señal tienen el mayor impacto.
El uso de capacitores de grado de audio de alta calidad puede reducir en gran medida la degradación de la calidad del sonido. Debido a su excelente linealidad, los capacitores de película se usan comúnmente en la ruta de audio. Estos condensadores de audio no polares son ideales para aplicaciones de audio premium. Dieléctricos comúnmente utilizados en diseños de capacitores de película con calidad de sonido paralos usos de la ruta de la señal incluyen poliéster, polipropileno, poliestireno y sulfuro de polifenileno.
CAP para uso en preamplificadores, convertidores de digital a analógico, convertidores de analógico a digital y aplicaciones similares se clasifican colectivamente como capacitores de referencia funcional. Aunque estos condensadores de audio no polarizados no se encuentran en la ruta de la señal, también pueden degradar significativamente la calidad de la señal de audio.
Los condensadores, que se utilizan para mantener el voltaje en los equipos de audio, tienen un efecto mínimo en la señal de audio. Independientemente, se requiere cuidado al seleccionar CAP que mantienen el voltaje para equipos de alta gama. El uso de componentes optimizados para aplicaciones de audio ayuda a mejorar el rendimiento del circuito de audio.
Bloque dieléctrico de placa de poliestireno
Los condensadores de poliestireno se fabrican enrollando un bloque dieléctrico laminar, similar a uno electrolítico, o colocándolo en capas sucesivas, como un libro (lámina de película plegada). Se utilizan principalmente como dieléctricos en varios plásticos, como polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o teflón. Se utiliza aluminio de alta pureza para las placas.
Dependiendo del tipo de dieléctrico utilizado, los capacitores se fabrican en diferentes tamaños y capacidades con voltaje de operación. alto dieléctricoLa resistencia del poliéster permite fabricar los mejores condensadores electrolíticos para sonido en tamaños reducidos y a un coste relativamente bajo para el uso diario donde no se requieren calidades especiales. Capacitancias disponibles desde 1000 pF hasta 4,7 microfaradios con tensiones de funcionamiento de hasta 1000 V.
El factor de pérdida dieléctrica del poliéster es relativamente alto. Para audio, el polipropileno o el poliestireno pueden reducir en gran medida la pérdida dieléctrica, pero cabe señalar aquí que son mucho más caros. El poliestireno se utiliza en filtros/cruces. Una desventaja de los capacitores de poliestireno es el bajo punto de fusión del dieléctrico. Esta es la razón por la que los condensadores de audio de polipropileno suelen diferir entre sí, ya que el dieléctrico se protege separando los cables de soldadura del cuerpo del condensador.
Tecnología FIM de alta densidad de energía
Los CAP de film de alta potencia ofrecen tres categorías de este tipo: TRAFIM (estándar y especial), FILFIM y PPX. La tecnología FIM se basa en el concepto de propiedades de autorregeneración controladas de películas de metalización de aluminio segmentadas.
La capacidad se divide en varios millones de elementos elementales, combinados y protegidos por fusibles. Se aíslan los elementos dieléctricos débiles, y antes de perforar los fusibles se aíslan los elementos dañados, con lo cual el capacitor sigue funcionando normalmente sin cortocircuito ni explosión, como puede ser el caso de los electrolíticos.capacitores para sonido.
En condiciones favorables, la esperanza de vida para este tipo de PAC no debería superar las 200.000 horas y el MTBF 10.000.000 horas. Al funcionar como una batería, estos capacitores consumen una pequeña cantidad de capacidad debido a la degradación gradual de las celdas individuales durante la vida útil del componente.
Las series TRAFIM y FILFIM ofrecen filtrado continuo para altas tensiones/potencias (hasta 1kV). La capacidad varía:
- 610uF a 15625uF para TRAFIM estándar;
- 145uF a 15460uF para TRAFIM especial;
- 8.2uF a 475uF para FILFIM.
El rango de tensión de CC es:
- 1.4KV a 4.2KV para TRAFIM estándar;
- 1.3kV a 5.3kV para TRAFIM personalizado;
- y de 5,9 kV a 31,7 kV para FILFIM.
Los condensadores de la serie PPX ofrecen una gama completa de soluciones de red para la supresión de GTO, así como para el bloqueo de CAP, ofreciendo capacidades de 0,19 uF a 6,4 uF. El rango de voltaje para PPX varía de 1600 V a 7500 V con una autoinducción muy baja.
Los capacitores de película para audio generalmente tienen un excelente rendimiento de alta frecuencia, pero esto a menudo se ve comprometido por su gran tamaño y su larga longitud de cable. Se puede ver que el pequeño condensador radial de Panasonic tiene una resonancia propia mucho más alta (9,7 MHz) que la de Audience (4,5 MHz). Esto no se debe a la tapa de teflón instalada, sino a que tiene varias pulgadas de largo.y no se puede unir al cuerpo. Si un diseñador necesita rendimiento de alta frecuencia para mantener la estabilidad en semiconductores de gran ancho de banda, reduzca el tamaño y la longitud del cable al mínimo absoluto.
El rendimiento de los circuitos de audio depende en gran medida de componentes pasivos como condensadores y resistencias. Los CAP reales contienen componentes espurios no deseados que pueden distorsionar significativamente las características de las señales de audio. Los condensadores utilizados en la ruta de la señal determinan en gran medida la calidad de la señal de audio. Como resultado, se requiere una cuidadosa selección de CAP para minimizar la degradación de la señal.
Los condensadores de grado de audio están optimizados para satisfacer las necesidades de los sistemas de audio de alta calidad de la actualidad. Los condensadores de película plástica para audio se utilizan en sistemas de audio de alta calidad y tienen una amplia gama de aplicaciones.
