Capacitores (CAPs) são componentes importantes em sistemas de áudio. Eles têm diferentes fatores de tensão, corrente e forma. Para escolher quais capacitores são melhores para o som, os moderadores precisam entender todos os parâmetros do CAP. A integridade do sinal de áudio depende em grande parte da escolha dos capacitores. Portanto, ao escolher o dispositivo certo, todos os fatores importantes devem ser considerados.
Os parâmetros de áudio CAP são especialmente otimizados para aplicações de alto desempenho e oferecem canais de áudio mais eficientes do que os componentes padrão. Os tipos de capacitores que são comumente usados em canais de áudio são eletrolíticos de alumínio e CAPs de filme, e quais capacitores são melhores para som em condições particulares depende dos circuitos e dispositivos usados: alto-falantes, tocadores de CD e instrumentos musicais, baixos eoutros.
Histórico do capacitor de som
O capacitor é um dos componentes eletrônicos mais antigos. Os condutores elétricos foram descobertos em 1729. Em 1745, o inventor alemão Ewald Georg von Kleist descobriu o navio de Leiden que se tornou o primeiro CAP. O físico Pieter van Müssenbrook, físico da Universidade de Leiden, descobriu a jarra de Leiden por conta própria em 1746.
Atualmente, a jarra de Leiden é um recipiente de vidro coberto com uma folha de metal por dentro e por fora. O CAP serve como meio de armazenamento de eletricidade, e quais capacitores são melhores para o som dependerão da capacitância, pois quanto maior esse valor, mais eletricidade ele armazenará. A capacitância depende do tamanho das placas opostas, da distância entre as placas e da natureza do isolante entre elas.
Capacitores usados em amplificadores de áudio são de vários tipos, como o CAP comum com folha de metal para ambas as placas e papel impregnado entre elas. Capacitores de papel metalizado (MP), também chamados de CAPs de papel oleado e capacitores de camada única de papel metalizado (MBGOs) para áudio, que são usados em circuitos CA, CC e de pulso.
Mais tarde, mylar (poliéster) e outros isolantes sintéticos tornaram-se mais comuns. Na década de 1960, o PAC de metal com mylar tornou-se muito popular. Dois pontos fortes desses dispositivos são seu tamanho menor e o fato de serem auto-reparáveis. Hoje, esses são os melhores capacitores para som, são usados em quase todos os dispositivos eletrônicos. Devido ao grande volume de comércio e produção desses tipos de capacitores, eles são bastante baratos.
Outro tipo de CAP é eletrolítico com um design especial com valores predominantemente altos e muito altos que variam de 1 uF a várias dezenas de milhares de uF. Eles são usados principalmente para desacoplamento ou filtragem na fonte de alimentação. Os mais comuns no projeto de amplificadores são os capacitores metalizados de Mylar ou poliéster (MKT). Amplificadores de maior qualidade usam principalmente polipropileno metalizado (MPP).
Tecnologia de componentes
A tecnologia CAP determina em grande parte as características dos dispositivos, e quais capacitores são melhores para o som depende da classe do equipamento. Os produtos de ponta têm tolerâncias apertadas e são mais caros do que os capacitores de uso geral. Além disso, esses CAPs de alta qualidade podem ser reutilizáveis. Sistemas de áudio de alta qualidade exigem CAPs de alta qualidade para oferecer qualidade de som de primeira classe.
O desempenho, ou como os capacitores afetam o som, depende muito de como eles são soldados ao PCB. A soldagem estressa os componentes passivos, que podem causar tensões piezoelétricas e rachaduras nos CAPs montados na superfície. Ao soldar capacitores, você deve usar a ordem de solda correta e seguir as recomendaçõesperfil.
Todos os capacitores de áudio mylar são não polarizados, o que significa que não precisam ser rotulados como positivos ou negativos. Sua conexão na cadeia não importa. Eles são preferidos em circuitos de áudio de alta qualidade devido à sua baixa perda e distorção reduzida quando o tamanho do produto permite.
MKC tipo policarbonato metalizado quase não é mais usado. Sabe-se que os tipos ERO MKC ainda são muito utilizados por possuírem um som musical balanceado com pouquíssima coloração. Os tipos MKP têm um som mais brilhante e uma faixa de som mais ampla.
Um tipo pouco conhecido de capacitor MKV é um CAP de polipropileno metalizado em óleo. É o melhor capacitor para áudio porque possui características mais potentes que o papel metalizado revestido a óleo.
Qualidade dos elementos passivos
Capacitores, especialmente quando estão na linha de sinal de saída, afetam muito a qualidade do som de um sistema de áudio.
Existem vários fatores que determinam a qualidade do CAP, sem dúvida muito importantes para o áudio:
- Tolerância e capacidade real necessária para uso em filtros.
- Capacitância versus frequência, então 1 microfarad a 1.000 Hz não significa 1 microfarad a 20 kHz.
- Resistência interna (ESR).
- Corrente de fuga.
- O envelhecimento é um fator que evoluirá ao longo do tempo para qualquer produto.
A melhor escolha de aplicações de capacitores depende da aplicação no circuito e da capacitância necessária:
- Faixa de 1 pF a 1 nF - circuitos de controle e realimentação. Essa faixa é usada principalmente para eliminar ruídos de alta frequência no canal de áudio ou para fins de feedback, como a ponte do amplificador Quad 606. O capacitor SGM em áudio é a melhor escolha nessa faixa. Tem tolerância muito boa (até 1%) e distorção e ruído muito baixos, mas bastante caro. ISS ou MCP é uma boa alternativa. As tampas de cerâmica devem ser evitadas na linha de sinal, pois podem causar distorção não linear adicional de até 1%.
- De 1 nF a 1 uF - acoplamento, desacoplamento e supressão de vibração. Eles são mais comumente usados em sistemas de áudio e também entre estágios onde há diferença no nível DC, eliminação de vibração e nos circuitos de feedback. Normalmente, os capacitores de filme serão usados nessa faixa de até 4,7 microfarads. A melhor escolha de capacitor para som e áudio é poliestireno (MKS), polipropileno (MKP). O polietileno (MKT) é uma alternativa de menor custo.
- 1 Ф e acima - fontes de alimentação, capacitores de saída, filtros, isolamento. A vantagem é a capacitância muito alta (até 1 farad). Mas existem algumas desvantagens. Os CAPs eletrolíticos estão sujeitos a envelhecimento e secagem. Após 10 anos ou mais, o óleo seca e fatores importantes como a ESR mudam. Eles são polarizados e devem ser substituídos a cada 10 anos ou afetarão negativamente o som. Ao projetar o circuito de conexão de eletrólitos emproblemas de linha de sinal podem ser evitados recalculando a constante de tempo (RxC) para baixa capacitância abaixo de 1 microfarad. Isso ajudará a determinar quais capacitores eletrolíticos são melhores para o som. Se isso não for possível, é importante que o eletrólito seja inferior a 1V DC e um CAP de alta qualidade (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic) seja usado.
Ao escolher a melhor solução para cada programa, o desenvolvedor pode obter a melhor qualidade de som. Investir em CAPs de alta qualidade tem um efeito positivo na qualidade do som mais do que qualquer outro componente.
Testando elementos CAP para aplicativos
Há um entendimento comum de que diferentes CAPs podem alterar a qualidade do som de aplicativos de áudio sob diferentes condições. Quais capacitores instalar, em quais circuitos e sob quais condições - continuam sendo os tópicos mais discutidos entre os especialistas. É por isso que é melhor não reinventar a roda neste tópico complexo, mas usar os resultados de testes comprovados. Alguns circuitos de áudio tendem a ser muito grandes e a contaminação em ambientes de áudio, como aterramentos e chassis, pode ser um grande problema de qualidade. Recomenda-se adicionar não linearidade e distorção natural ao teste testando os resíduos da ponte a partir do zero.
| Dielétrico | Poliestireno | Poliestireno | Polipropileno | Poliéster | Mica-prata | Cerâmica | Policarbo |
| Temperatura | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Nível de tensão | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerância % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Erro % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Dispersão | 0.000053 | 0.000028 | 0.000122 | 0.004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
| Absorção | 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 / |
| Resolução nativa, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Ponte | baixo | baixo | muito baixo | alta | baixo | baixo | alta |
Características dos modelos
No caso ideal, o projetista esperaria que o capacitor fosse exatamente seu valor de projeto, enquanto a maioria dos outros parâmetros seria zero ou infinito. As principais medições de capacitância não são tão visíveis aqui, pois as peças geralmente estão dentro das tolerâncias. Todos os CAPs de filme têm um coeficiente de temperatura significativo. Portanto, para determinar quais capacitores de filme são melhores para o som, são realizados testes com instrumentos de laboratório.
O coeficiente de difusão é útil para avaliar a eficiência de uma fonte de alimentação eletrolítica. Este efeito no desempenho sônico dos CAPs de sinalização não é consistente e pode ser bastante pequeno. O número representa perdas internas e pode ser convertido em resistência em série efetiva (ESR), se desejado.
ESR não é um valor constante, mas tende a ser tão baixo em capacitores de alta qualidade que não tem muito efeito no desempenho do circuito. Se circuitos ressonantes de alto Q fossem construídos, seria uma história completamente diferente. No entanto, um baixo fator de dissipação é uma marca registrada de bons dielétricos, o que pode servir como uma boa pista em pesquisas futuras.
A absorção dielétrica pode ser mais preocupante. Este foi um grande problema com os primeiros computadores analógicos. A alta absorção dielétrica pode ser evitada, então os capacitores de áudio de mica podem fornecer às redes RIAA um áudio muito bom.
As medições de vazamento CC não devem afetar nada, pois a resistência de qualquer capacitor de sinal deve ser muito alta. Com materiais dielétricos mais altos, menos área de superfície é necessária e o vazamento é praticamente insignificante.
Para materiais com uma constante dielétrica mais baixa, como o Teflon, apesar de sua alta resistividade básica, pode ser necessáriogrande área de superfície. Então o vazamento pode ser causado pela menor contaminação ou impurezas. Vazamento DC é provavelmente um bom controle de qualidade, mas não tem nada a ver com a qualidade do som.
Componentes parasitas indesejados
Transistores, circuitos integrados e outros componentes ativos têm um impacto significativo na qualidade dos sinais de áudio. Eles usam energia de fontes de corrente para alterar as características do sinal. Ao contrário dos componentes ativos, os componentes passivos ideais não consomem energia e não devem alterar os sinais.
Em circuitos eletrônicos, resistores, capacitores e indutores realmente se comportam como componentes ativos e consomem energia. Devido a esses efeitos espúrios, eles podem alterar significativamente os sinais de áudio, e é necessária uma seleção cuidadosa dos componentes para melhorar a qualidade. A demanda cada vez maior por equipamentos de áudio com melhor qualidade de som está forçando os fabricantes de CAP a produzir dispositivos com melhor desempenho. Como resultado, os capacitores modernos para uso em aplicativos de áudio têm melhor desempenho e maior qualidade de som.
Efeitos CAP espúrios em um circuito acústico consistem em resistência em série equivalente (ESR), indutância em série equivalente (ESL), fontes de tensão em série devido ao efeito Seebeck e absorção dielétrica (DA).
Envelhecimento típico, mudanças nas condições de operação e características específicas tornam mais difíceis esses componentes parasitas indesejados. Todo parasitacomponente afeta o desempenho do circuito eletrônico de diferentes maneiras. Para começar, o efeito de resistência causa vazamento DC. Em amplificadores e outros circuitos contendo componentes ativos, esse vazamento pode levar a uma mudança significativa na tensão de polarização, que pode afetar vários parâmetros, incluindo o fator de qualidade (Q).
A capacidade de um capacitor para lidar com a ondulação e passar sinais de alta frequência depende do componente ESR. Uma pequena tensão é criada no ponto em que dois metais diferentes são ligados devido a um fenômeno conhecido como efeito Seebeck. Baterias pequenas devido a esses termopares parasitas podem afetar significativamente o desempenho do circuito. Alguns materiais dielétricos são piezoelétricos e o ruído que eles adicionam ao capacitor é devido à pequena bateria dentro do componente. Além disso, os CAPs eletrolíticos possuem diodos parasitas que podem causar alterações no viés ou nas características do sinal.
Parâmetros que afetam o caminho do sinal
Em circuitos eletrônicos, os componentes passivos são usados para determinar o ganho, estabelecer o bloqueio DC, suprimir o ruído da fonte de alimentação e fornecer polarização. Componentes baratos com pequenas dimensões são comumente usados em sistemas de áudio portáteis.
O desempenho dos capacitores de áudio de polipropileno reais é diferente do desempenho dos componentes ideais em termos de ESR, ESL, absorção dielétrica,corrente de fuga, propriedades piezoelétricas, coeficiente de temperatura, tolerância e coeficiente de tensão. Embora seja importante considerar esses parâmetros ao projetar um CAP para uso no caminho do sinal de áudio, os dois que têm o maior impacto no caminho do sinal são chamados de fator de tensão e efeito piezoelétrico inverso.
Tanto os capacitores quanto os resistores exibem uma mudança nas características físicas à medida que a tensão aplicada muda. Esse fenômeno é comumente chamado de fator de estresse e varia dependendo da química, design e tipo de CAP.
O efeito piezo reverso afeta a classificação elétrica dos capacitores de um amplificador de som. Em amplificadores de áudio, essa mudança no valor elétrico de um componente resulta em uma mudança no ganho dependendo do sinal. Este efeito não linear resulta em distorção do som. O efeito piezoelétrico reverso causa distorção de áudio significativa em frequências mais baixas e é a principal fonte de fator de tensão em CAPs de cerâmica Classe II.
A tensão aplicada ao CAP afeta seu desempenho. No caso de CAPs de cerâmica classe II, a capacitância do componente diminui à medida que uma tensão contínua positiva crescente é aplicada. Se uma alta tensão CA for aplicada a ele, a capacitância do componente diminui da mesma maneira. No entanto, quando uma baixa tensão CA é aplicada, a capacitância do componente tende a aumentar. Essas mudanças na capacidade podem afetar significativamente a qualidadesinais de áudio.
THD distorção harmônica total
O THD dos capacitores de áudio depende do material dielétrico do componente. Alguns deles podem oferecer um desempenho impressionante de THD, enquanto outros podem degradá-lo seriamente. Capacitores de poliéster e capacitores eletrolíticos de alumínio estão entre os CAPs que dão o menor THD. No caso de materiais dielétricos de classe II, o X7R oferece o melhor desempenho THD.
CAPs para uso em equipamentos de áudio são geralmente classificados de acordo com a aplicação para a qual são utilizados. Três aplicações: caminho do sinal, tarefas funcionais e aplicações de suporte de tensão. Garantir que o capacitor MKT de áudio ideal seja usado nessas três áreas ajuda a melhorar o tom de saída e reduzir a distorção de áudio. O polipropileno tem um fator de dispersão baixo e é adequado para todas as três áreas. Embora todos os CAPs usados em um sistema de áudio afetem a qualidade do som, os componentes no caminho do sinal têm o maior impacto.
O uso de capacitores de áudio de alta qualidade pode reduzir bastante a degradação da qualidade do som. Devido à sua excelente linearidade, os capacitores de filme são comumente usados no caminho de áudio. Esses capacitores de áudio não polares são ideais para aplicações de áudio premium. Dielétricos comumente usados em projetos de capacitores de filme com qualidade de som paraos usos do caminho de sinal incluem poliéster, polipropileno, poliestireno e sulfeto de polifenileno.
CAP para uso em pré-amplificadores, conversores digital-analógico, conversores analógico-digitais e aplicações semelhantes são coletivamente classificados como capacitores de referência funcionais. Embora esses capacitores de áudio não polarizados não estejam no caminho do sinal, eles também podem degradar significativamente a qualidade do sinal de áudio.
Capacitores, que são usados para manter a tensão em equipamentos de áudio, têm um efeito mínimo no sinal de áudio. Independentemente disso, é necessário cuidado ao selecionar CAPs que mantêm a tensão para equipamentos de última geração. O uso de componentes otimizados para aplicativos de áudio ajuda a melhorar o desempenho do circuito de áudio.
Bloco dielétrico de placa de poliestireno
Capacitores de poliestireno são feitos enrolando um bloco dielétrico lamelar, semelhante a um eletrolítico, ou colocando em camadas sucessivas, como um livro (filme-folha dobrada). Eles são usados principalmente como dielétricos em vários plásticos, como polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) ou Teflon. Alumínio de alta pureza é usado para as placas.
Dependendo do tipo de dielétrico utilizado, os capacitores são produzidos em diferentes tamanhos e capacidades com tensão de operação. Alto dielétricoA força do poliéster torna possível fazer os melhores capacitores eletrolíticos para som em tamanhos pequenos e com custo relativamente baixo para uso diário onde não são necessárias qualidades especiais. Capacitâncias disponíveis de 1.000 pF a 4,7 microfarads em tensões de operação de até 1.000 V.
O fator de perda dielétrica do poliéster é relativamente alto. Para áudio, polipropileno ou poliestireno podem reduzir bastante a perda dielétrica, mas deve-se notar aqui que eles são muito mais caros. O poliestireno é usado em filtros/crossovers. Uma desvantagem dos capacitores de poliestireno é o baixo ponto de fusão do dielétrico. É por isso que os capacitores de áudio de polipropileno geralmente diferem uns dos outros, pois o dielétrico é protegido separando os fios de solda do corpo do capacitor.
Tecnologia FIM de Alta Densidade de Energia
Caps de filme de alta potência oferecem três categorias deste tipo: TRAFIM (padrão e especial), FILFIM e PPX. A tecnologia FIM é baseada no conceito de propriedades auto-regenerativas controladas de filmes de metalização de alumínio segmentados.
A capacidade é dividida em vários milhões de elementos elementares, combinados e protegidos por fusíveis. Os elementos dielétricos fracos são isolados e, antes de perfurar os fusíveis, os elementos danificados são isolados, com os quais o capacitor continua a funcionar normalmente sem curto-circuito ou explosão, como pode ser o caso dos eletrolíticos.capacitores para som.
Em condições favoráveis, a expectativa de vida para este tipo de CAP não deve exceder 200.000 horas e MTBF 10.000.000 horas. Funcionando como uma bateria, esses capacitores consomem uma pequena quantidade de capacidade devido à degradação gradual de células individuais ao longo da vida útil do componente.
As séries TRAFIM e FILFIM oferecem filtragem contínua para altas tensões/potências (até 1kV). A capacidade varia:
- 610uF a 15625uF para TRAFIM padrão;
- 145uF a 15460uF para TRAFIM especial;
- 8.2uF a 475uF para FILFIM.
A faixa de tensão CC é:
- 1.4KV a 4.2KV para TRAFIM padrão;
- 1.3kV a 5.3kV para TRAFIM personalizado;
- e de 5,9 kV a 31,7 kV para FILFIM.
Os capacitores da série PPX oferecem uma gama completa de soluções de rede para supressão de GTO, bem como CAPs de bloqueio, oferecendo capacitâncias de 0,19uF a 6,4uF. A faixa de tensão para PPX varia de 1600V a 7500V com autoindutância muito baixa.
capacitores de filme para áudio geralmente têm excelente desempenho de alta frequência, mas isso geralmente é comprometido por seu tamanho grande e comprimento de fio longo. Pode-se ver que o pequeno capacitor radial da Panasonic tem uma auto-ressonância muito maior (9,7 MHz) do que o Audience (4,5 MHz). Isso não é por causa da tampa de Teflon instalada, mas porque tem vários centímetros de comprimento.e não pode ser preso ao corpo. Se um projetista precisar de desempenho de alta frequência para manter a estabilidade em semicondutores de alta largura de banda, reduza o tamanho e o comprimento do fio ao mínimo absoluto.
O desempenho dos circuitos de áudio é altamente dependente de componentes passivos, como capacitores e resistores. Os CAPs reais contêm componentes espúrios indesejados que podem distorcer significativamente as características dos sinais de áudio. Os capacitores usados no caminho do sinal determinam em grande parte a qualidade do sinal de áudio. Como resultado, é necessária uma seleção cuidadosa do CAP para minimizar a degradação do sinal.
Capacitores de grau de áudio são otimizados para atender às necessidades dos sistemas de áudio de alta qualidade de hoje. Os capacitores de filme plástico para áudio são usados em sistemas de áudio de alta qualidade e têm uma ampla gama de aplicações.
