吴星华

    在音频电路中，无源元件被用于设定电路增益，提供偏置和电源抑制，实现级间直流隔离等等功能。由于便携式音频设备的局限性，其空间、高度和成本都受到了严格胶制，迫使设计者必须采用小尺寸、低截面和低成本的无源元件。但在使用之前，有必要对这些器件的音频效果作一番研究，拙劣的元件选择会显著降低系统的性能。

    一些设计者以为电阻和电容对音质没有什么大的影响，但实际情况是，很多在音频信号通道上经常使用的无源元件所固有的非线性特性，会带来严重的总谐波失真（THD）。

    非线性之源

    电容和电阻都存在一种所谓的电压系数效应，即，当元件两端的电压改变时，元件的物理特性会发生某种程度的改变，其参数值也随之改变。例如，当一个两端无电压时阻值为1.00kΩ的电阻被加以10V电压时，其实际电阻值变为1.01kΩ。这种效应随元件的类型、结构和化学类型(对于电容)的不同而有很大差异。有些制造商可以提供电压系数信息，以曲线方式，给出了电容变化百分比对应额定电压变化百分比的关系。

    现代薄膜电阻的电压系数已非常好，实验室条件下基本上测不到。然而，电容器则差强人意，会对性能产生影响：

    *电压系数；

    *介电吸收（DA）：类似于记忆效应，表现为已被放电的电容仍持有一些电荷；

    *等效串联电阻（ESR）:和频率有关，当串联耦合电容驱动低阻抗耳机或扬声器时会限制功率输出；

    *颤噪效应 :一些电容有显著的压电效应，物理应力或变形会在电容两端产生电压。

    *误差较大:多数大容值电容(几uF或更大)通常 没有严格规定精度。而电阻就很容易且廉价地做到1%或2%的容差。

    下面就提供的一种测试方法进行讨论:亦包括一个简单的测试电路和现成的音频测试设备.以便评价音频信号通道上的电容器所带采的不利影响。其目的不是对某种尺寸和额定电压或元件类型进行取舍判定，只是要让有关人士了解这种现象，展示出一些有代表性的结果，并提供一种测试手段，以便进行合理的比较和判断。

    关于测试方法

    应该说，非线性交流响应很容易在电容上观察到。对于模拟音频的频率响应在大多数电路模块中可分为高通、低通和带通滤波器，这些滤波器的非线性对于音频质量有显著影响。

    从一个简单的RC高通滤波器(见图1所示) 分析起。当频率远高于—3dB截止频率时，电容器的阻抗低于电阻。当有高频交流信号通过时，只在电容器两端产生很小的电压，因此电压系数所造成的变化应该很小。不过，信号电流流过电容时，会在电容器的ESR上产生电压。ESR的非线性达到一定程度就会使非线性失真恶化。当接近-3dB截止频率时，电容和电阻的阻抗值达到同一数量级。结果是在电容器两端产生明显的交流电压，同时又只对输入信号产生很小的衰减。此时，电压系数效应接近其峰值。

    本测试将聚焦于-3dB截止点的总谐波失真(THD)，突显无源元件的非理想特性--它主要来源于其电压系数效应。其测试电路包括一个-3dB截止频率为lkHz的高通滤器和一个音频分析器(Audio Precision System One)，以便观察在更换不同结构、化学成分和不同类型电容时的总谐波失真和噪声（THD+N）恶化情况。考虑到可选电容类型的多样性，选择1uF容值的电容,它和150Ω的负、压,输入和输出有相同的直流电位。

    聚酯电容器和参考基线

    图2中的THD+N和频率的关系曲线给出了测试装置分辨率的上限（即图2中测量上限），以及一种25V穿孔式聚酯电容器(在便携设备中不常用)的最小影响。由电压系数引起的非线性失真也不是很明显。注意到在频率低于lkHz时THD开始增加，但实际上输出信号在频率低于lkHz时也下降了，因而降低了由分析仪所记录的信号-噪声(加失真)比率。关键区域在于lkHz以上，在此区间聚酯电容的表现良好--仅能测到相对于参考基线轻微的恶化。

    便携设备中的钽电介质

    便携设