Компоненты достоверного звука: разбираемся в сериях конденсаторов Mundorf

Выбор подходящего конденсатора

Перед любым инженером-разработчиком на этапе завершения принципиальной схемы встаёт задача выбора оптимальных радиоэлектронных комплектующих. При анализе компонентной базы для аудиоустройств особенно сложно определиться с наиболее подходящими конденсаторами, так как они могут оказывать значительное влияние на звук, при этом элементы данного типа с практически идентичными техническими характеристиками могут по-разному влиять на конечный результат.

Продукция Mundorf уже более 20 лет пользуется почётом у производителей аудиоаппаратуры самого высокого класса. За годы своего существования компания выпустила в широком ассортименте компоненты для применения в кроссоверах и аудиотрактах звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры. Цель данной статьи – внести некоторую ясность в отношении используемых технологий и материалов, применяемых для производства плёночных полипропиленовых и электролитических конденсаторов.

Структура конденсатора и используемый диэлектрик в дополнение к примененному материалу обкладок (см. раздел «Материал проводников») оказывают критическое влияние на его физические свойства и, следовательно, на звук. С тем чтобы предложить для каждого конкретного применения оптимальный конденсатор, Mundorf использует наилучшие диэлектрические материалы и собственную изобретённую и запатентованную технологию намотки.

1.0 Электролитические конденсаторы

Оксид алюминия (Al₂O₃) применяется в качестве диэлектрика во всех электролитических конденсаторах, в компании его называет клеем или электрокорундом. Это соединение также может образовывать с различными примесями драгоценные камни: с хромом – рубин или сапфир – с железом и титаном. Оксид алюминия – чрезвычайно твёрдый материал с высоким электрическим сопротивлением, а также отличной теплопроводностью. В частности, он характеризуется очень высокой диэлектрической прочностью и покрывает алюминиевую плёнку обкладок ультратонким слоем, что позволяет производить максимально компактные конденсаторы с великолепным соотношением ёмкость Х напряжение/цена.

1.1 Полярные электролитические конденсаторы характеризуются наиболее компактными среди всех типов размерами, и поэтому они производятся с самыми высокими показателями ёмкости, которая требуется, например, в схемах питания усилителей. Однако из-за того, что они являются полярными, их невозможно применять в цепях переменного тока или использовать в качестве разделительных.

1.1.1 MLytic Power Capacitors – силовые конденсаторы широкого спектра ёмкостей и напряжений, каждый из которых имеет только одно главное предназначение: применение в электрических цепях, где недопустимы искажения звукового сигнала. Основным фактором достижения этой цели является минимизация нежелательных потерь, обусловленных эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) и эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL), которые негативно влияют на аудиосигналы. Использование для производства сырья высочайшей степени очистки и прецизионного технологического оборудования позволяет изготавливать алюминиевую фольгу, покрытую плёнкой оксида алюминия Al₂O₃ с гомогенной кристаллической структурой. Это позволяет добиться максимальной детализации и тональной сбалансированности на всём слышимом частотном диапазоне. Также для катодной обкладки используется специальное дополнительное покрытие из титана, благодаря которому конденсаторы имеют более низкое эквивалентное сопротивление (ESR), которое делает музыкальные образы на сцене более сфокусированными и объёмными. Между электродами из тонкой алюминиевой фольги Mundorf использует высокотекучий долговечный электролит с очень мягкой специальной бумагой, состоящей в основном из волокон дерева абака, которые характеризуются очень высокими механической стабильностью и абсорбцией электролита, а также великолепными демпфирующими свойствами. Кроме того, Mundorf не применяет намагничивающиеся, негибкие, плохо проводящие стальные выводы (которые почти повсеместно используются в конденсаторах с типом выводов snap-in), вместо них в ход идут пластичные медные, покрытые оловом с отличной проводимостью, необходимой для больших токов. Выводы конденсаторов круглого сечения выполнены также из чистой, покрытой оловом меди. Для конденсаторов с винтовыми выводами используется твёрдый дюралюминий.

1.1.2 MLytic+® 4-pole Filter Capacitors – в четырехвыводных конденсаторах также используются вышеперечисленные передовые технологии. Данная серия не наделена способностью работать с большими импульсными токами, поскольку она специально предназначена для фильтрации сетевых помех. Конденсаторы MLytic+ оптимально подойдут для применения в схемах питания предусилителей, усилителей для наушников, цифроаналоговых преобразователей и прочих аудиоустройств относительно небольшой мощности.

1.2 Bipolar Electrolytic Capacitors – серия биполярных электролитических конденсаторов, часто называемых неполярными или NP-конденсаторами, анодная фольга которых имеет покрытие, устойчивое к переменному току, что делает их пригодными для пропускания звуковых сигналов. Обкладки биполярных конденсаторов ECap Raw изготавливаются из специальной фольги, поверхности которой с помощью особого процесса травления придана шероховатость. Это увеличивает эффективную площадь поверхности обкладок конденсатора, и тем самым позволяет увеличить их ёмкость при том же размере корпуса. Биполярные конденсаторы ECap Plain имеют электроды без травления, и поэтому при той же ёмкости и номинальном напряжении, что и у ECap Raw, имеют больший размер. Однако тангенс угла диэлектрических потерь σ у ECap выше и составляет 0,05 против σ = 0,025 у ECap Plain на частоте 1 кГц.

2.0 Плёночные конденсаторы Mundorf

Полипропиленовые конденсаторы по совокупности характеристик являются номером один в мире аудио. Полипропилен (PP) используется абсолютно во всех плёночных конденсаторах Mundorf. Это полимер углеводорода (85,7% углерод и 14,3% водород), сформировавшийся путём полимеризации пропилена. Данный диэлектрик по сравнению другими материалами, применяемыми в плёночных конденсаторах с диэлектриками (PET – полиэтилентерефталатными, полистирольными, лавсановыми (майларовыми)), выделяется большей долговечностью, самой лучшей термостабильностью, диэлектрической прочностью и пр. Частотная и температурная стабильность полипропиленовых конденсаторов сочетается с ультранизким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), высокой удельной ёмкостью, возможностью изготавливать очень тонкую плёнку диэлектрика со стабильными механическими параметрами и отсутствием микрофонного эффекта. Всё это делает их практически идеальными «музыкальными» конденсаторами.

В течение последних десятилетий специалисты Mundorf регулярно проводили сравнительные тесты и прослушивания аппаратуры с конденсаторами различных типов (полифенилентерефталатными, полиэтиленнафталатными, полифиниленсульфидными, политетрафторэтиленовыми, бумажными и пр.). Хотя эти материалы порой были по некоторым техническим параметрам предпочтительнее и даже иногда лучше «звучали» в некоторых музыкальных аспектах, итогом накопленного опыта стало убеждение, что самым приятным и увлекательным исполнение любимой музыки было с полипропиленовыми плёночными конденсаторами.

2.1 Фольговые конденсаторы (KP) изготавливаются из плотной металлической фольги. Её высочайшая проводимость обеспечивает великолепные импульсные характеристики, а механическая инертность гарантирует полное отсутствие микрофонного эффекта и предотвращает резонансы. Это способствует живому воспроизведению музыкального материала. Недостатками таких конденсаторов является высокая стоимость используемых для производства материалов, повышенный процент брака на производстве вследствие механической напряжённости диэлектрической плёнки и отсутствие возможности самовосстановления (в случаях пробоя изоляции между обкладками они замыкаются накоротко). Поэтому Mundorf реализовала технологию фольговых конденсаторов только в серии ZN Classic. Комплектующие этого типа, изготовленные из других материалов, она не рекомендует использовать в аудиоэлектронике или где-либо ещё.

2.2 Металлизированные конденсаторы (MKP) изготавливаются из плёнки со слоем металлизации, полученным методом вакуумного напыления. Такая высокотехнологичная структура более компактна, более надёжна, чем у фольговых конденсаторов. Также MKP имеют свойство самовосстановления после пробоев диэлектрика практически без изменения рабочих свойств.

2.2.1 MCap® EVO – линейка металлизированных полипропиленовых плёночных конденсаторов, изготовленных по инновационной технологии намотки обкладок, которая впервые появилась в RXF-серии (Radial eXtra Flat) в 2005 году. Ее преимущество заключается в том, что обкладки наматываются более узкой лентой, из-за этого конденсатор увеличивается в поперечной плоскости. Такая геометрия приводит к акустически чётко различимым преимуществам по сравнению с традиционной, более простой с точки зрения технологического процесса структуре MKP. Первое из них заключается в том, что сигнал проходит более короткое расстояние, и затухание минимально в силу предельно малого нежелательного эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Второе – в том, что значительно большее количество параллельно соединённых слоёв намотки обкладок минимизирует эквивалентную последовательную индуктивность (ESL) конденсатора. В дополнение к этому нужно отметить, что они корпусируются и заливаются компаундом вручную после прецизионного процесса намотки в специально разработанные для этой серии компактные корпуса. Это позволяет полностью предотвратить появление микрофонного эффекта, исключая вибрации намотанных обкладок конденсатора. Все вышеперечисленные технические особенности отражаются на качестве прорисовки музыкальных образов, чёткой и прозрачной стереофонии, живой динамике и первозданности музыкального материала.

2.2.2 MCap® SUPREME – металлизированные полипропиленовые плёночные конденсаторы, изготовленные по аудиофильской технологии намотки обкладок. Специальный слой плёнки делает возможным чередовать соединение противоположно намотанных обкладок таким образом, что их суммарная индуктивность становится нулевой. Две намотки обкладок соединены последовательно, с ними – ещё две противоположно намотанные. Например, ёмкость каждой намотки обкладок 2 мкФ, если бы они были подсоединены, как в обычных конденсаторах параллельно, то суммарная ёмкость была бы 4 мкФ, но в Supreme получается всего 1 мкФ. Таким образом, материалов используется в четыре раза больше, чем для производства плёночных конденсаторов традиционной структуры той же ёмкости. Этот новаторский процесс производства в 1992 году стал настоящим технологическим вызовом. В заботе о высочайшем качестве многие этапы производства осуществлялись вручную. Чтобы исключить окрашивание музыкального сигнала из-за микрофонного эффекта, конденсаторы корпусировались и заливались компаундом вручную в специальные корпуса. Все эти огромные усилия абсолютно оправдывались очаровательным реалистичным музыкальным звучанием, представляя виртуальную голографическую сцену всего, что воспроизводится акустической системой, наделенным кристально чёткими контурами и выдающейся глубиной.

2.2.3 MCap® SUPREME EVO – великолепное сочетание двух вышеописанных технологий, применяемых в производстве плёночных полипропиленовых конденсаторов Mundorf MKP, призванное удовлетворить ужесточившиеся требования любителей достоверного звука и возросшие возможности колонок последнего поколения. В дополнение к возросшей эффективности, богатству деталей и передаваемому диапазону, эта структура характеризуется недостижимыми ранее взрывной динамикой, линейностью и шелковистостью.

2.2.4 Oil impregnation – технология вакуумной пропитки маслом полипропиленовых конденсаторов впервые была испытана Mundorf в 2002 году при выпуске MCap Supreme Silver. Oil. Во время этого процесса даже самые маленькие пузырьки воздуха удаляются из наиболее узких и закрытых микропустот обкладок, которые заполняются маслом. Как известно, газы легко сжимаются (а воздух – это смесь газов). При вибрации корпуса конденсатора расстояние между отдельными участками слоёв обкладок конденсаторов, где есть воздух, меняется. Так как ёмкость конденсатора находится в обратно пропорциональной зависимости от расстояния между обкладками, то это приводит к колебаниям ёмкости, а, следовательно, и к искажениям звукового сигнала. Это явление используется в микрофонах, и поэтому его часто называют микрофонным эффектом. Пропитка позволяет уменьшить диэлектрические потери и свести на нет вибрацию обкладок. Конденсаторы Mundorf, пропитанные маслом, обеспечивают чрезвычайно утончённый и отлично детализированный динамичный звук, с большими скоростью и точностью по сравнению с полученным посредством их сухих аналогов. Стоит отметить, что для вакуумной пропитки конденсатора требуется совсем мало масла. Среди аудиоэнтузиастов появился слух о том, что в моделях Oil impregnated его нет совсем. Чтобы развеять его, в Mundorf провели наглядную демонстрацию и распотрошили новенький Mundorf MCAP EVO Aluminium. Oil 33 мкФ на 450 В (Рис. 1).

Рис. 1
В маркировке конденсаторов с вакуумной пропиткой маслом обязательно присутствует слово «Oil».

Для того чтобы добраться до внутренностей конденсатора, его пришлось зажать в тисках и распилить толстую поверхностную структуру, состоящую из алюминиевой внешней оболочки, пластикового корпуса и слоя эпоксидного компаунда, Рис. 2.

Рис. 2

Как видно из фотографий, масло не стекает с намотанных обкладок конденсатора. Однако если отслоить обкладку от распиленного мотка (Рис. 3), то можно тактильно ощутить тонкую масляную плёнку, которая присутствует на её поверхности.

Рис. 3

Для того чтобы можно было явственно показать на фотографии наличие масляной плёнки, была использована ткань (Рис. 4).

Рис. 4

Рис. 5
RIP MCap EVO Aluminium. Oil

Токопроводящий материал электрода в дополнение к его конструктивным особенностям и веществу диэлектрика имеет огромное значение для характеристик конденсатора и его влияния на звук. В зависимости от того, какой именно будет для вас оптимален, Mundorf предлагает четыре различных материала электродов, которые кардинально влияют на тональную насыщенность, акустическую окраску, обертоны и ширину сцены.

3.1 Олово ZN (Zinn – по-немецки олово) как металл для электрода обладает мягкостью и эластичностью и поэтому отлично подходит для изготовления фольги в KP-конденсаторах. Механические напряжения в диэлектрической плёнке и выход из строя при максимальном внутреннем демпфировании минимальны для конденсаторов с оловянными обкладками. Mundorf выпускает серию MCap ZN Classic, которая позволяет достичь в аудиотракте великолепной динамики и детальности.

3.2 Медь*– отличный металл для обкладок конденсатора, но в нарушение общего правила намного лучше работает не с полипропиленовым диэлектриком, а с вощёной бумагой. Великолепная проводимость меди обеспечивает динамичный и детализированный звуковой почерк с правильной тональностью и натуральностью в некоторых частотных поддиапазонах. Однако она, по мнению Mundorf, проигрывает в прозрачности и воздушности высоких частот, общем балансе и в точности в целом другим металлам.
*Вследствие этого Mundorf не производит конденсаторов с медными обкладками.

3.3 Алюминий – самый распространённый материал для изготовления обкладок конденсаторов, ставший де-факто стандартом в силу своей высокой проводимости, низкой плотности и отличному соотношению цена/качество. Алюминиевые плёночные конденсаторы MKP характеризуются богатой детализацией, живым и гармоничным музыкальным звуковоспроизведением. Также этот металл просто незаменим при производстве алюминиевых электролитических конденсаторов.

3.4 Серебро самой высокой степени очистки (обычно 99,99%) является наиболее ценным и предпочтительным металлом для аудиоэнтузиастов как материал для электрода в силу его непревзойдённой способности репродуцировать голос и инструменты с живой динамикой, богатейшей детализацией и широкой палитрой музыкальных красок.

3.5 SilverGold – сплав серебра и золота, самый совершенный металл, по мнению компании Mundorf. Он состоит из 99% серебра и 1% золота. Добавление золота самой высокой степени очистки (99,99%) изменяет кристаллическую структуру серебра и увеличивает его проводимость. Специалисты компании Mundorf во время аудиальных тестов конденсаторов, изготовленных с применением данного сплава, заметили значительные изменения в звуке: инструменты и голоса приобретали очень живой характер, сцена расширялась, а сфокусированные источники звука приобретали чёткую локализацию. Компания Mundorf считает, что ею был получен самый лучший сплав для использования в конденсаторах.