Les condensateurs (CAP) sont des composants importants des systèmes audio. Ils ont des facteurs de tension, de courant et de forme différents. Afin de choisir les condensateurs les plus adaptés au son, les modérateurs doivent comprendre tous les paramètres CAP. L'intégrité du signal audio dépend en grande partie du choix des condensateurs. Par conséquent, lors du choix du bon appareil, tous les facteurs importants doivent être pris en compte.
Les paramètres CAP audio sont spécialement optimisés pour les applications hautes performances et offrent des canaux audio plus efficaces que les composants standard. Les types de condensateurs couramment utilisés dans les canaux audio sont les condensateurs électrolytiques en aluminium et à film, et les condensateurs les mieux adaptés au son dans des conditions particulières dépendent des circuits et des appareils utilisés: haut-parleurs, lecteurs de CD et d'instruments de musique, guitares basses etautres.
Histoire du condensateur sonore
Le condensateur est l'un des composants électroniques les plus anciens. Des conducteurs électriques ont été découverts en 1729. En 1745, l'inventeur allemand Ewald Georg von Kleist découvrit le navire Leiden qui devint le premier CAP. Le physicien Pieter van Müssenbrook, physicien à l'Université de Leiden, découvrit seul la jarre de Leiden en 1746.
À l'heure actuelle, le pot Leiden est un récipient en verre recouvert d'une feuille de métal à l'intérieur et à l'extérieur. Le CAP sert de moyen de stockage de l'électricité, et les condensateurs qui conviennent le mieux au son dépendront de la capacité, car plus ce chiffre est élevé, plus il stockera d'électricité. La capacité dépend de la taille des plaques opposées, de la distance entre les plaques et de la nature de l'isolant entre elles.
Les condensateurs utilisés dans les amplificateurs audio sont de plusieurs types, tels que le CAP commun avec une feuille métallique pour les deux plaques et du papier imprégné entre elles. Condensateurs en papier métallisé (MP), également appelés CAP à papier huilé et condensateurs monocouche en papier métallisé (MBGO) pour l'audio, qui sont utilisés dans les circuits AC, DC et à impulsions.
Plus tard, le mylar (polyester) et d'autres isolants synthétiques sont devenus plus courants. Dans les années 1960, le CAP métallique avec mylar est devenu très populaire. Deux points forts de ces appareils sont leur petite taille et le fait qu'ils sont auto-cicatrisants. Aujourd'hui, ce sont les meilleurs condensateurs pour le son, ils sont utilisés dans presque tous les appareils électroniques. En raison de l'énorme volume de commerce et de production de ces types de condensateurs, ils sont assez bon marché.
Un autre type de CAP est électrolytique avec une conception spéciale avec des valeurs majoritairement élevées et très élevées allant de 1 uF à plusieurs dizaines de milliers d'uF. Ils sont principalement utilisés pour le découplage ou le filtrage dans l'alimentation. Les plus courants dans la conception des amplificateurs sont les condensateurs en Mylar métallisé ou en polyester (MKT). Les amplificateurs de qualité supérieure utilisent principalement du polypropylène métallisé (MPP).
Technologie des composants
La technologie CAP détermine en grande partie les caractéristiques des appareils, et les condensateurs les plus adaptés au son dépendent de la classe d'équipement. Les produits haut de gamme ont des tolérances strictes et sont plus chers que les condensateurs à usage général. De plus, ces CAP de haute qualité peuvent être réutilisables. Les systèmes audio de haute qualité nécessitent des CAP de haute qualité pour offrir une qualité sonore de premier ordre.
Les performances, ou la façon dont les condensateurs affectent le son, dépendent beaucoup de la façon dont ils sont soudés au PCB. La soudure sollicite les composants passifs, ce qui peut provoquer des contraintes piézoélectriques et la fissuration des CAP montés en surface. Lorsque vous soudez des condensateurs, vous devez utiliser le bon ordre de soudure et suivre les recommandationsprofil.
Tous les condensateurs audio en mylar ne sont pas polarisés, ce qui signifie qu'ils n'ont pas besoin d'être étiquetés positifs ou négatifs. Leur connexion dans la chaîne n'a pas d'importance. Ils sont préférés dans les circuits audio de haute qualité en raison de leur faible perte et de leur distorsion réduite lorsque la taille du produit le permet.
MKC type polycarbonate métallisé n'est plus guère utilisé. On sait que les types ERO MKC sont encore largement utilisés car ils ont un son musical équilibré avec très peu de coloration. Les types MKP ont un son plus brillant ainsi qu'une plage sonore plus large.
Un type peu connu de condensateur MKV est un CAP en polypropylène métallisé dans l'huile. C'est le meilleur condensateur pour l'audio car il a des caractéristiques plus puissantes que le papier métallisé enduit d'huile.
Qualité des éléments passifs
Les condensateurs, en particulier lorsqu'ils sont sur la ligne de signal de sortie, affectent grandement la qualité sonore d'un système audio.
Plusieurs facteurs déterminent la qualité du CAP, sans aucun doute très important pour l'audio:
- Tolérance et capacité réelle requises pour une utilisation dans les filtres.
- Capacité versus fréquence, donc 1 microfarad à 1 000 Hz ne signifie pas 1 microfarad à 20 kHz.
- Résistance interne (ESR).
- Courant de fuite.
- Le vieillissement est un facteur qui évolue avec le temps pour tout produit.
Le meilleur choix d'applications de condensateur dépend de l'application dans le circuit et de la capacité requise:
- Gamme de 1 pF à 1 nF - circuits de contrôle et de rétroaction. Cette gamme est principalement utilisée pour éliminer le bruit haute fréquence sur le canal audio ou à des fins de rétroaction comme le pont d'amplification Quad 606. Le condensateur SGM en audio est le meilleur choix dans cette gamme. Il a une très bonne tolérance (jusqu'à 1%) et une très faible distorsion et bruit, mais assez cher. ISS ou MCP est une bonne alternative. Les CAP en céramique doivent être évités sur la ligne de signal car ils peuvent provoquer une distorsion non linéaire supplémentaire jusqu'à 1 %.
- De 1 nF à 1 uF - couplage, découplage et suppression des vibrations. Ils sont le plus souvent utilisés dans les systèmes audio et également entre les étages où il existe une différence de niveau CC, d'élimination des vibrations et de circuits de rétroaction. En règle générale, des condensateurs à film seront utilisés dans cette plage jusqu'à 4,7 microfarads. Le meilleur choix de condensateur pour le son et l'audio est le polystyrène (MKS), le polypropylène (MKP). Le polyéthylène (MKT) est une alternative moins coûteuse.
- 1 Ф et supérieur - alimentations, condensateurs de sortie, filtres, isolation. L'avantage est une capacité très élevée (jusqu'à 1 farad). Mais il y a quelques inconvénients. Les CAP électrolytiques sont sujets au vieillissement et au séchage. Après 10 ans ou plus, l'huile se dessèche et des facteurs importants tels que l'ESR changent. Ils sont polarisés et doivent être remplacés tous les 10 ans ou ils affecteront négativement le son. Lors de la conception du circuit de connexion des électrolytes surles problèmes de ligne de signal peuvent souvent être évités en recalculant la constante de temps (RxC) pour une faible capacité inférieure à 1 microfarad. Cela aidera à déterminer quels condensateurs électrolytiques sont les meilleurs pour le son. Si ce n'est pas possible, il est important que l'électrolyte soit inférieur à 1 V DC et qu'un CAP de haute qualité (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic) soit utilisé.
En choisissant la meilleure solution pour chaque programme, le développeur peut obtenir la meilleure qualité sonore. Investir dans des CAP de haute qualité a un effet positif sur la qualité sonore plus que tout autre composant.
Tester les éléments CAP pour les applications
Il est communément admis que différents CAP peuvent modifier la qualité sonore des applications audio dans différentes conditions. Quels condensateurs installer, dans quels circuits et dans quelles conditions - restent les sujets les plus discutés parmi les spécialistes. C'est pourquoi il vaut mieux ne pas réinventer la roue dans ce sujet complexe, mais utiliser les résultats de tests éprouvés. Certains circuits audio ont tendance à être très volumineux et la contamination des environnements audio tels que les masses et les châssis peut être un gros problème de qualité. Il est recommandé d'ajouter la non-linéarité et la distorsion naturelle au test en testant les résidus de pont à partir de zéro.
| Diélectrique | Polystyrène | Polystyrène | Polypropylène | Polyester | Mica argenté | Céramique | Polycarbe |
| Température | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Niveau de tension | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolérance % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Erreur % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Diffusion | 0.000053 | 0.000028 | 0.000122 | 0.004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
| Absorption | 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 / |
| Phase, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Résolution native, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Pont | faible | faible | très bas | élevé | faible | faible | élevé |
Caractéristiques des modèles
Dans le cas idéal, le concepteur s'attendrait à ce que le condensateur soit exactement sa valeur de conception, tandis que la plupart des autres paramètres seraient nuls ou infinis. Les principales mesures de capacité ne sont pas aussi visibles ici car les pièces sont généralement dans les tolérances. Tous les films CAP ont un coefficient de température important. Par conséquent, afin de déterminer quels condensateurs à film sont les meilleurs pour le son, des tests avec des instruments de laboratoire sont effectués.
Le coefficient de diffusion est utile pour évaluer l'efficacité d'une alimentation électrolytique. Cet effet sur les performances sonores des CAP de signalisation n'est pas cohérent et peut être assez faible. Le nombre représente les pertes internes et peut être converti en résistance série effective (ESR) si vous le souhaitez.
ESR n'est pas une valeur constante, mais a tendance à être si faible dans les condensateurs de haute qualité qu'elle n'a pas beaucoup d'effet sur les performances du circuit. Si des circuits résonnants à Q élevé étaient construits, ce serait une histoire complètement différente. Cependant, un faible facteur de dissipation est une caractéristique des bons diélectriques, ce qui peut servir de bon indice pour des recherches ultérieures.
L'absorption diélectrique peut être plus inquiétante. C'était un problème majeur avec les premiers ordinateurs analogiques. Une absorption diélectrique élevée peut être évitée, de sorte que les condensateurs audio au mica peuvent fournir aux réseaux RIAA un très bon son.
Les mesures de fuite DC ne doivent rien affecter, car la résistance de tout condensateur de signal doit être très élevée. Avec des matériaux diélectriques plus élevés, moins de surface est nécessaire et les fuites sont pratiquement négligeables.
Pour les matériaux à constante diélectrique inférieure comme le Téflon, malgré sa résistivité de base élevée, il peut être nécessaire degrande surface. Ensuite la fuite peut être provoquée par la moindre contamination ou impuretés. La fuite de courant continu est probablement un bon contrôle de qualité, mais cela n'a rien à voir avec la qualité du son.
Composants parasites indésirables
Les transistors, circuits intégrés et autres composants actifs ont un impact significatif sur la qualité des signaux audio. Ils utilisent l'énergie des sources de courant pour modifier les caractéristiques du signal. Contrairement aux composants actifs, les composants passifs idéaux ne consomment pas d'énergie et ne doivent pas modifier les signaux.
Dans les circuits électroniques, les résistances, les condensateurs et les inductances se comportent en fait comme des composants actifs et consomment de l'énergie. En raison de ces effets parasites, ils peuvent modifier considérablement les signaux audio et une sélection minutieuse des composants est nécessaire pour améliorer la qualité. La demande toujours croissante d'équipements audio avec une meilleure qualité sonore oblige les fabricants de CAP à produire des appareils avec de meilleures performances. En conséquence, les condensateurs modernes utilisés dans les applications audio ont de meilleures performances et une meilleure qualité sonore.
Les effets CAP parasites dans un circuit acoustique consistent en une résistance série équivalente (ESR), une inductance série équivalente (ESL), des sources de tension série dues à l'effet Seebeck et une absorption diélectrique (DA).
Le vieillissement typique, les changements de conditions de fonctionnement et les caractéristiques spécifiques rendent plus difficiles ces composants parasites indésirables. Chaque parasitecomposant affecte les performances du circuit électronique de différentes manières. Pour commencer, l'effet de résistance provoque une fuite de courant continu. Dans les amplificateurs et autres circuits contenant des composants actifs, cette fuite peut entraîner une modification significative de la tension de polarisation, ce qui peut affecter divers paramètres, notamment le facteur de qualité (Q).
La capacité d'un condensateur à gérer les ondulations et à laisser passer les signaux haute fréquence dépend du composant ESR. Une petite tension est créée au point où deux métaux différents sont liés en raison d'un phénomène connu sous le nom d'effet Seebeck. Les petites batteries dues à ces thermocouples parasites peuvent affecter considérablement les performances du circuit. Certains matériaux diélectriques sont piézoélectriques et le bruit qu'ils ajoutent au condensateur est dû à la petite pile à l'intérieur du composant. De plus, les CAP électrolytiques ont des diodes parasites qui peuvent provoquer des changements dans la polarisation ou les caractéristiques du signal.
Paramètres affectant le chemin du signal
Dans les circuits électroniques, les composants passifs sont utilisés pour déterminer le gain, établir le blocage du courant continu, supprimer le bruit de l'alimentation et fournir une polarisation. Les composants peu coûteux et de petites dimensions sont couramment utilisés dans les systèmes audio portables.
Les performances des vrais condensateurs audio en polypropylène sont différentes de celles des composants idéaux en termes d'ESR, d'ESL, d'absorption diélectrique,courant de fuite, propriétés piézoélectriques, coefficient de température, tolérance et coefficient de tension. Bien qu'il soit important de prendre en compte ces paramètres lors de la conception d'un CAP à utiliser dans le chemin du signal audio, les deux qui ont le plus grand impact sur le chemin du signal sont appelés facteur de tension et effet piézoélectrique inverse.
Les condensateurs et les résistances présentent un changement de caractéristiques physiques lorsque la tension appliquée change. Ce phénomène est communément appelé le facteur de stress, et il varie en fonction de la chimie, de la conception et du type de CAP.
L'effet piézo inversé affecte la puissance électrique des condensateurs d'un amplificateur de son. Dans les amplificateurs audio, cette modification de la valeur électrique d'un composant se traduit par une modification du gain en fonction du signal. Cet effet non linéaire entraîne une distorsion du son. L'effet piézoélectrique inverse provoque une distorsion audio importante à des fréquences plus basses et est la principale source de facteur de tension dans les CAP en céramique de classe II.
La tension appliquée au CAP affecte ses performances. Dans le cas des CAP en céramique de classe II, la capacité du composant diminue à mesure qu'une tension continue positive croissante est appliquée. Si une tension alternative élevée lui est appliquée, la capacité du composant diminue de la même manière. Cependant, lorsqu'une faible tension alternative est appliquée, la capacité du composant a tendance à augmenter. Ces changements de capacité peuvent affecter considérablement la qualitésignaux audio.
Distorsion harmonique totale THD
Le THD des condensateurs audio dépend du matériau diélectrique du composant. Certains d'entre eux peuvent donner des performances THD impressionnantes, tandis que d'autres peuvent sérieusement le dégrader. Les condensateurs en polyester et les condensateurs électrolytiques en aluminium font partie des CAP qui donnent le THD le plus bas. Dans le cas des matériaux diélectriques de classe II, le X7R offre les meilleures performances THD.
Les CAP destinés à être utilisés dans les équipements audio sont généralement classés en fonction de l'application pour laquelle ils sont utilisés. Trois applications: chemin du signal, tâches fonctionnelles et applications de support de tension. S'assurer que le condensateur MKT audio optimal est utilisé dans ces trois domaines permet d'améliorer la tonalité de sortie et de réduire la distorsion audio. Le polypropylène a un faible facteur de diffusion et convient aux trois zones. Bien que tous les CAP utilisés dans un système audio affectent la qualité du son, les composants du chemin du signal ont le plus grand impact.
L'utilisation de condensateurs de qualité audio de haute qualité peut réduire considérablement la dégradation de la qualité du son. En raison de leur excellente linéarité, les condensateurs à film sont couramment utilisés dans le chemin audio. Ces condensateurs audio non polaires sont idéaux pour les applications audio haut de gamme. Diélectriques couramment utilisés dans les conceptions de condensateurs à film avec une qualité sonore pourles utilisations de chemin de signal incluent le polyester, le polypropylène, le polystyrène et le sulfure de polyphénylène.
CAP à utiliser dans les préamplificateurs, les convertisseurs numérique-analogique, les convertisseurs analogique-numérique et les applications similaires sont collectivement classés comme condensateurs de référence fonctionnels. Bien que ces condensateurs audio non polarisés ne se trouvent pas dans le chemin du signal, ils peuvent également dégrader considérablement la qualité du signal audio.
Les condensateurs, qui sont utilisés pour maintenir la tension dans les équipements audio, ont un effet minimal sur le signal audio. Quoi qu'il en soit, il faut faire attention lors de la sélection de CAP qui maintiennent la tension pour les équipements haut de gamme. L'utilisation de composants optimisés pour les applications audio permet d'améliorer les performances du circuit audio.
Bloc diélectrique en plaque de polystyrène
Les condensateurs en polystyrène sont fabriqués par enroulement d'un bloc diélectrique lamellaire, semblable à un bloc électrolytique, ou par pose en couches successives, comme un livre (film-feuille plié). Ils sont principalement utilisés comme diélectriques dans divers plastiques tels que le polypropylène (MKP), le polyester/mylar (MKT), le polystyrène, le polycarbonate (MKC) ou le téflon. De l'aluminium de haute pureté est utilisé pour les plaques.
Selon le type de diélectrique utilisé, les condensateurs sont produits dans différentes tailles et capacités avec tension de fonctionnement. Diélectrique élevéLa résistance du polyester permet de fabriquer les meilleurs condensateurs électrolytiques pour le son dans de petites tailles et à un coût relativement faible pour un usage quotidien où des qualités particulières ne sont pas requises. Capacités disponibles de 1 000 pF à 4,7 microfarads à des tensions de fonctionnement jusqu'à 1 000 V.
Le facteur de perte diélectrique du polyester est relativement élevé. Pour l'audio, le polypropylène ou le polystyrène permettent de réduire considérablement les pertes diélectriques, mais il faut noter ici qu'ils sont beaucoup plus chers. Le polystyrène est utilisé dans les filtres/crossovers. Un inconvénient des condensateurs en polystyrène est le faible point de fusion du diélectrique. C'est pourquoi les condensateurs audio en polypropylène diffèrent généralement les uns des autres, car le diélectrique est protégé en séparant les fils de soudure du corps du condensateur.
Technologie FIM à haute densité d'énergie
Les CAP film haute puissance proposent trois catégories de ce type: TRAFIM (standard et spécial), FILFIM et PPX. La technologie FIM est basée sur le concept de propriétés d'auto-guérison contrôlées des films de métallisation d'aluminium segmentés.
La capacité est divisée en plusieurs millions d'éléments élémentaires, combinés et protégés par des fusibles. Les éléments diélectriques faibles sont isolés, et avant de perforer les fusibles, les éléments endommagés sont isolés, avec lesquels le condensateur continue de fonctionner normalement sans court-circuit ni explosion, comme cela peut être le cas avec électrolytiquecondensateurs pour le son.
Dans des conditions favorables, la durée de vie de ce type de CAP ne devrait pas dépasser 200 000 heures et MTBF 10 000 000 heures. Fonctionnant comme une batterie, ces condensateurs consomment une petite quantité de capacité en raison de la dégradation progressive des cellules individuelles au cours de la durée de vie du composant.
Les séries TRAFIM et FILFIM offrent un filtrage continu pour les hautes tensions/puissances (jusqu'à 1kV). La capacité varie:
- 610uF à 15625uF pour TRAFIM standard;
- 145uF à 15460uF pour TRAFIM spécial;
- 8.2uF à 475uF pour FILFIM.
La plage de tension CC est:
- 1.4KV à 4.2KV pour TRAFIM standard;
- 1.3kV à 5.3kV pour TRAFIM personnalisé;
- et de 5,9 kV à 31,7 kV pour FILFIM.
Les condensateurs de la série PPX offrent une gamme complète de solutions réseau pour la suppression GTO ainsi que le blocage des CAP, offrant des capacités de 0,19 uF à 6,4 uF. La plage de tension pour PPX s'étend de 1 600 V à 7 500 V avec une très faible auto-inductance.
Les condensateurs à film pour l'audio ont généralement d'excellentes performances à haute fréquence, mais cela est souvent compromis par leur grande taille et leur grande longueur de fil. On peut voir que le petit condensateur radial de Panasonic a une auto-résonance beaucoup plus élevée (9,7 MHz) que celle d'Audience (4,5 MHz). Ce n'est pas à cause du capuchon en téflon installé, mais parce qu'il mesure plusieurs pouces de long.et ne peut pas être attaché au corps. Si un concepteur a besoin de performances haute fréquence pour maintenir la stabilité dans les semi-conducteurs à large bande passante, réduisez la taille et la longueur des fils au minimum absolu.
Les performances des circuits audio dépendent fortement des composants passifs tels que les condensateurs et les résistances. Les CAP réels contiennent des composants parasites indésirables qui peuvent déformer considérablement les caractéristiques des signaux audio. Les condensateurs utilisés dans le chemin du signal déterminent en grande partie la qualité du signal audio. Par conséquent, une sélection rigoureuse du CAP est nécessaire pour minimiser la dégradation du signal.
Les condensateurs de qualité audio sont optimisés pour répondre aux besoins des systèmes audio de haute qualité d'aujourd'hui. Les condensateurs à film plastique pour l'audio sont utilisés dans les systèmes audio de haute qualité et ont une large gamme d'applications.
