走向超值而極緻的 HI-FI電腦訊源（連載）

[bchsieh]

前面小弟說到有關電容量測的一些問題，這一篇就稍微再多討論一點，為什麼用手持電容表在量某些電容的時後會量不準呢？

我們先看下面這張圖，出自
https://article.murata.com/en-us/art...ic-capacitance
MLCC_capacitance_vs_voltage.jpg

從這張圖裡面可以看到，MLCC電容除了C0G材質以外，其他的材質，容值都會隨著測試電壓大幅度變化。因此，要測試MLCC電容的容值，測試電壓是非常重要的參數。測試大於10uF MLCC的標準，是用0.5V 120Hz的交流訊號。

但是設定測試訊號強度是0.5V，儀器就真的能輸出0.5V嗎？由於儀器有內阻，當待測電容的ESR跟儀器內阻相當、甚至更小的時候，儀器內阻的分壓就會導致輸出訊號壓降。假設儀器內阻跟待測電容的ESR一樣，那麼輸出訊號的電壓就只會剩下設定電壓的一半而已。為了避免這個問題，比較高階的LCR儀器，會有一個叫做ALC(auto level control)的功能。將ALC功能開啟之後，儀器會偵測輸出訊號電壓是否跟設定電壓相當。如果該輸出電壓小於設定電壓，儀器就會提升內部實際電壓，盡量讓輸出電壓等於設定電壓。但內部電壓提升會有上限，如果電容ESR實在太低，而測試訊號電壓又設定太高，儀器就力有未殆了。

下面是一顆材質X5R的100uF (+/- 20%) MLCC電容，放在測試台上。
240912125145512.jpg
用0.5V 120Hz的測試訊號，未開啟ALC功能的實測結果：
240913120847412.jpg
結果實測容值只有約74uF，小於標稱的100uF +/- 20%。

接著將ALC功能打開，用120Hz的測試訊號，並分別使用0.1V、0.5V、1.0V、1.5V四種訊號強度，來實測MLCC和MKP電容。
MKP_vs_MLCC_ESR.1.jpg

從實測結果可以看到，MKP的容值不會隨著測試電壓而大幅變化，但MLCC的容值會隨著測試電壓的上升而升高。上圖右排第二張，就是用標準500mV 120Hz的測試訊號，開啟ALC之後量測的結果，電容值為85.944uF，與規格相符(100uF +/- 20%)。所以如果使用沒有ALC功能的電容表，在測試低ESR的MLCC電容時，因為實際輸出電壓會低於設定電壓，而得到比標稱容值低很多的測值。但就如前面所說，就算電容表有ALC功能，但如果該表內部升壓的能力不足(也就是電流輸出不夠大)，在測量MLCC時還是會出現問題。例如Keysight 4268A電容表，雖然當初是專門設計來測量MLCC用的，但實測最高還是只能正確測量47uF MLCC，容值再更高就測不準了。

而左下角那張，是用設定1.5V電壓測試MKP電容，螢幕上方會顯示實際輸出電壓，可以看到實際電壓只有1.25V，已經低於設定電壓了。表示在這個測試中，已經超過了這台電容表的能力。但所幸MKP的容值不會因為測試電壓而改變，所以就算是實際電壓低於設定電壓，測值仍然還是可信的。

最後，小弟也用了一台手持式電容表，分別用120Hz和1KHz訊號，來測量MKP和MLCC電容：
MKP_vs_MLCC_ESR_handheld.jpg
以上可以說明，一般手持式電容表，無法正確測量大容值MLCC電容，但可以正確測量MKP電容。

因此，小弟在上篇文章所說，3個可能造成pawaslider兄發現MKP電容測值問題的原因，其中第三點，應該是不成立的。如果pawaslider兄在清理過MKP電容的端子頭之後重測，仍然還是得到過大的ESR值，那麼就很可能真的買到瑕疵物件了。

很抱歉，上面扯太多跟音響無關的東西...

題外話1: 所以要怎麼挑MKP電容？是高電壓好？還是大容值優先？其實要看的是ESR，因此盡量選擇能找得到資料的型號。品牌也盡量挑選歐美日大廠，datasheet上面的數據會比較保守可靠。如果單顆容值不敷需求，就多併幾顆。

題外話2: 因為MKP電容的優勢在於超低ESR，那麼如何在實際運作時仍然保持這個優勢就非常重要。下面是純銅絞線的粗細 vs. 每公尺電阻的表：
18AWG - 20 mOhm
16AWG - 13 mOhm
14AWG - 8 mOhm
12AWG - 5 mOhm
所以如果用了12AWG的線20公分來連接大電容和音響設備，線阻約為1 mOhm，等於這顆EPCOS 760uF 2100V的電容ESR。因此就算是不考慮端子額外增加的接觸電阻，這個接線也已經將這顆電容的ESR翻倍了。所以，請記得，大電容和機器之間的導線，越粗越好，越短越好。

[Higuma]

BC謝兄你好,

想延續MKP電容的話題,目前我們知道了極低ESR是我們的目標,主要就是尋找高耐壓的型號.

但我想請教,因為高耐壓型號在差不多大小下,容值都會明顯較低,所以之前您也提過建議用並聯

的方式增加容值.

故想請教,以我們目前的應用方式,有沒有一個建議的容值門檻? 以我目前的使用情況,是用兩顆

3000V 160uf+一顆1200V 1400uf的MKP電容去並聯,現在有考慮將1200V那顆換成前述

2100v 760uf的型號.但這樣總電容值大概只勉強破千,不知道是否會偏低?

以上 感謝

[bchsieh]

BC謝兄你好,

想延續MKP電容的話題,目前我們知道了極低ESR是我們的目標,主要就是尋找高耐壓的型號.

但我想請教,因為高耐壓型號在差不多大小下,容值都會明顯較低,所以之前您也提過建議用並聯

的方式增加容值.

故想請教,以我們目前的應用方式,有沒有一個建議的容值門檻? 以我目前的使用情況,是用兩顆

3000V 160uf+一顆1200V 1400uf的MKP電容去並聯,現在有考慮將1200V那顆換成前述

2100v 760uf的型號.但這樣總電容值大概只勉強破千,不知道是否會偏低?

以上 感謝

Higuma兄您好，

容值門檻是多少？其實用在不同地方，門檻是不同的。 目前看來大家幾乎都是用在直流電供和機器之間，所以小弟就以這個用途來討論。

小弟就直接提供自己的偏方，請依照下列步驟計算：

1. 求機器的內阻R。
通常可以從機器的說明書或是背板上，得知機器的供電電壓、電流、或是耗電瓦數。
如果有電壓和電流的資訊，就可以利用下面公式求出內阻：
R = 電壓/電流
如果有電壓和瓦數資訊，則可以利用下面公式求出內阻：
R = 電壓^2/瓦數

2. 用下列偏方公式算出最低所需容值:
C = 1 / ( 2 * pi * R * 20 ) * 1000000
容值單位是uF

計算例一：
假設某黑盒的供電電壓為12V，最大電流需求為1A，則估計內阻為12歐姆。
而根據偏方公式，將內阻代入：
C = 1 / ( 2 * pi * 12 * 20 ) * 1000000 = 663uF
也就是在這裡，大電容容值最少需要663uF。

計算例二：
假設某奈DAC的供電電壓為5V，耗電瓦數為5瓦，則估計內阻為5歐姆。
用公式計算：
C = 1 / ( 2 * pi * 5 * 20 ) * 1000000 = 1592uF
所以大電容容值至少要1592uF。

小弟再聲明一次，這是偏方，所以請別問小弟為什麼要這樣算..
給Higuma兄參考參考，但如果偏方有問題，請恕小弟無法負責喔...

其實，有不少高容值但耐壓較低的大電容，ESR也不輸低容值高耐壓的電容喔。例如您的3000V 160uF 和 1200V 1400uF這兩顆電容，小弟稍微看了一下EPCOS和Vishay的目錄裡，類似容值和耐壓的電容，這兩種電容的ESR應該都是在1mOhm附近喔。所以把1200V 1400uF換成2100v 760uF是不是真的會比較好，其實還有點難說。

另外，不同規格的電容並聯，有一些機率會產生部分副作用。所以如果需要並聯的話，盡量使用相同規格的電容會比較好。但是，並聯增加了一些接點，還有連接的線材，這些都會新增一些不確定性。教科書說，兩相同電容並聯，容值加倍，ESR減半。但依照小弟實測，兩相同MKP並聯，容值的確加倍，但ESR別說是減半了，如果能保持跟單顆電容的ESR差不多，就已經是難能可貴了，原因就出在那些接頭和接線上，需要花點功夫好好處理，像之前有位網友砸重金直接車厚銅板來並聯電容，這應該是最佳解（抱歉小弟一時找不到當時該網友的貼文）。所以，單顆和並聯多顆電容，其實各有好壞，就看各位的選擇了。

[pawaslider]

本來就是因為MKP效果好，用電橋看看能不能看出端倪，沒想到測試的結果還是看不出來...
BC大哥還是大哥，等我回家再多測試不同頻率下的數據，目前用的是同惠的TH2830台式電橋，雖然是入門型號，不過已經比之前用的手持要好太多了
感謝BC大哥無私分享!

雖然 BC大魔王提出很重要的測量問題，但是我當時看到 pawaslider這個貼文第一個反應是以下問題(後來就忘了POST文，我真的老了....)：

測電容之前，要先問聽感；你會測量那個電容，是因為你聽不出改善、才質疑明明測量結果很差？？還是聽到了改善、卻質疑為什麼測量結果很差？這兩種情況的科學思想相差十萬八千里耶！....

如果你覺得『耐壓35的KY 標稱1000uf電容』聽感較佳，那我反而會懷疑那是中頻凸出的假相呢！......

[bchsieh]

本來就是因為MKP效果好，用電橋看看能不能看出端倪，沒想到測試的結果還是看不出來...
BC大哥還是大哥，等我回家再多測試不同頻率下的數據，目前用的是同惠的TH2830台式電橋，雖然是入門型號，不過已經比之前用的手持要好太多了
感謝BC大哥無私分享!

pawaslider兄您好，

在下是小弟，只是常在這裡亂出主意和亂說話而已。

如果您的MKP電容的ESR真的是90mOhm，但仍然在聽感上有明顯進步，就表示小弟之前所說，超低ESR是MKP好聲的主因，可能是錯的。

剛剛中午小弟也抓了點時間，用了個簡單電路跑模擬，試著用更科學的方式來回答上面Higuma兄的問題，也就是到底MKP電容的容值多大才夠用？跑出來的結果，跟上面小弟所說的偏方公式，也有明顯差異。當然現實中的電路比起小弟跑的簡單電路模擬複雜得多，所以結果也是只能參考。但真正困難的點，一直都是如何將測量數據和聽感連結。從很久以前就開始討論的THD+N、IMD，到最近討論的MKP ESR和容值，都是一樣的問題...

小弟再找時間分享一下電路模擬的結果..

[Higuma]

突然覺得這邊比一些強調科學的數據網站更貼近科學的原貌.

有感而發.

[Nu]

請問塞口教授, 我有兩對香堡喇叭線可以拆散用來做電源線, 請問用在以下音響系統中哪一個部分對聲音會較有進步?

1.由雙Cat的電腦變壓器到底板的24pin線
2.牆壁插頭至Audio PC 和 Control PC 變壓器這一段的 (5x3)AC線
3.多個1500W開關式供電到 DT2、時鐘供電、長蕊盛x2、Hub 這一段的 (2x2)DC線
4.如果以上123都不是好的選擇，請問教授意見應該放在何處?

謝謝

[a5401920]

請問塞口教授, 我有兩對香堡喇叭線可以拆散用來做電源線, 請問用在以下音響系統中哪一個部分對聲音會較有進步?
1.由雙Cat的電腦變壓器到底板的24pin線
2.牆壁插頭至Audio PC 和 Control PC 變壓器這一段的 (5x3)AC線
3.多個1500W開關式供電到 DT2、時鐘供電、長蕊盛x2、Hub 這一段的 (2x2)DC線
4.如果以上123都不是好的選擇，請問教授意見應該放在何處?

謝謝

如果要投資香寶寶電源線，ac線會是比較有效的投資，而數位播放越靠近類比端，材質越重要，因此3的AC線應該會是最重要的部分
根據他之前看法，預測是這樣

剛好趁這個機會，來談一下如果要投資香寶寶線的順序，這個部分是依照我之前使用經驗來看。

最重要的一定是香寶寶的音響或耳機線。對於整個系統影響最大。
其次，是香寶寶的數位同軸線，同軸線的影響比起類比訊號線更加明顯。
再來，是類比訊號線，ＲＣＡ或是ＸＬＲ平衡線。
接著才是ＡＣ電源線，而香寶寶ＤＣ線則是在ＡＣ電源線後了。
而雙ＣＡＴ系統，根據ｐｓｙｃｈｏ之前的研究，在ａｕｄｉｏ　ｐｃ以前（包含ａｕｄｉｏ　ｐｃ）ａｃ電源線的原則是導體量比起導體材質重要，但是ａｕｄｉｏ　ｐｃ後，則是導體材質大於導體量。
因此，香寶寶ａｃ線的投資從整個系統來看，最好的放在ｄａｃ，從數位播放系統來看，ａｕｄｉｏ　ｐｃ後面的才需要優先投資香寶寶線。

[bchsieh]

小弟昨日用了QUCS這個軟體，做了個簡單電路模型，跑了一些電路模擬，以下是模擬結果：

original.jpg

圖片上方是電路模型，從左至右是電源、電源至電容之間的接線、並聯的電容、電容至音響器材之間的接線、以及音響器材，下面為詳細說明：

1. 電源(Vs)為12V純直流電供。
2. 電源至電容之間的接線電阻(R1、R2)為10 mOhm，約為半公尺長的18AWG純銅絞線的線阻。
3. 並聯的電容，容值(C1)為1000 uF，ESR(ESR_C1)為1 mOhm，數據約為1000 uF的MKP電容。
4. 電容至音響器材之間的接線電阻(R3、R4)為1 mOhm，約為20公分長的12AWG純銅絞線的電阻。
5. 音響器材的內阻(Rt)為1 Ohm，其實是手殘設定錯誤，本來是想設定成6~12 Ohm會比較符合我們用的器材，例如大小黑盒、網路交換器、路由器等等，但其實這個地方設錯了並沒有什麼影響，原因後面小弟會有解釋。因為內阻為1 Ohm、電源為12V，所以需要的直流電流大小為12A。但因為所有器材都不會像是一個白熾燈泡為純電阻負載，因此負載會變動，所以小弟加了一個電流源(It)來模擬變動的負載，負載電流的變化大小為100mA。

小弟先聲明一下，這個模型為簡化模型(Toy model)，忽略了很多小弟認為可能是次要的參數，例如電供的內阻、線材的容抗和感抗、電容的漏電流和等效串聯電感等等。所以模擬出來的結果，數值僅供參考。

測試點為音響器材的輸入點(Vin)，藉著改變負載電流變化的頻率，來測試這個供電電路在不同頻率下的供電電壓穩定度。最理想的情況，是在電壓 vs. 頻率的頻譜中，除了在頻率為0Hz的地方，有個12V的電壓訊號以外，其他頻率的電壓頻譜全為0V，為完美12V直流穩定電壓。而這個電壓一但有浮動，就會在其他非0Hz頻率中，出現訊號。非0Hz頻率的訊號越高，代表電壓浮動越大。

圖片中的下方就是電壓 vs. 頻率的頻譜，2KHz以下的頻率，電壓變動約為1mV。從頻率2KHz往上，電壓變動值開始往下降，直到200KHz附近，電壓變動值穩定在140 uV左右。從這張圖，我們大致可以判斷，在這樣的電路中，這顆1000uF是作用於高於2KHz的頻率範圍。

接下來，小弟試著改動各項參數，看看頻譜有什麼變化。由於這個是簡化模型，雖然數值僅供參考，但是改動參數之後的趨勢變化，意義更大，更有價值。所有下圖中，小弟把上圖的原始曲線，用淡化的方式疊加上去當作參考，以方便做比較。

小弟先試著改動電容容值，從1,000 uF增加到200,000 uF。是的，您沒看錯，是200,000 uF。
change_capacitance.jpg

容值增加，電容的作用頻率往下延伸，從原來的2KHz下移到10Hz。所以根據這個簡化模型，如果想要讓大電容在全音頻頻段皆有效果的話，容值門檻應該是約為100,000 uF。先不說有沒有金錢和空間可以買50顆2000 uF的MKP來並聯，光是並聯的接線，就不可能讓總ESR還是維持在1m Ohm了。所以基本上，100,000 uF是不切實際的。而且根據實際經驗，MKP容值只要大於1000 uF，就能感覺三頻都有大幅度改善。而MKP容值如果只有200~300 uF，就只有中高頻好，有點頭重腳輕的感覺。所以，這裡又是個理論vs.聽感的分歧點。但就如小弟上面所說，模擬結果的趨勢是絕對可以參考的，也就是容值越大，有效作用頻率會越往低頻延伸。

小弟接著改變電容ESR，將ESR從1 mOhm增加到10 mOhm：
change_ESR.jpg

電容ESR增加，雖然作用頻率不變，但是有作用的頻率區間，電壓浮動變大。換句話說，就是電容的作用效果變差了。

接著再改變電供和電容之間的接線電阻，從10 mOhm降到 1mOhm，也就是換用更粗更短的線。
change_cable1.jpg

可以看到將電供和電容之間的接線換成更粗短、電阻更低的線材，主要可以降低"電容未作用區間頻率"的電壓浮動，但對電容有作用的頻率區間，幫助不大。

那麼如果是換電容到音響器材之間的接線呢？以下是把這條線換成比較細或是比較長的線材，線阻從原來的1 mOhm增加到10 mOhm的頻譜圖：
change_cable2.jpg

從圖中可以看出，這條線的線阻會大幅改變全頻率的電壓浮動程度，重要性高於電供至電容之間的接線。不過當然如果這兩個部分都能用粗短的高級線材，一定是最棒的組合。

下面的模擬結果，應該算是同場加映吧：

後面接不同的器材，改成負載變動率低的器材。想當然爾，電壓浮動程度一定是全頻率降低。
change_target.jpg

如果完全不接電容呢？就是全頻率電壓浮動值皆約為1mV。
no_capacitor.jpg

而這張是完全理想狀態，無電容、接線無電阻，內阻為0的完美電供。器材無論負載怎麼變化，永遠都是完美的12V直流電。提醒一點，那條在10 uV的紅線，並不是真正的值。真正的模擬值為0V，但因為縱軸為對數，無法有0點，所以QUCS會把位於0點的線畫在圖中的最下方。
ideal.jpg

最後，根據這個簡化模型，電供的電壓(Vs)、以及音響器材本身的內阻(Rt)，無論是什麼值，皆完全不影響結果。

ps. 貼完文，中午小睡一下之後突然想到，這個簡化模型裡面，線材加上接頭的電阻，似乎都太理想化了。而是不是有可能是因為這個原因，才會得出"電容容值必須很大才能在全頻率都有效果"這個結論？因此小弟大幅將電供至電容的接線電阻提高到0.5歐姆，結果如下：
change_cable1_v2.jpg

1000uF電容從30Hz以上就開始作用了，不需要超大容值，所以有可能這樣的設定會比較符合現實。但由於接線電阻大增，在7KHz以下的電壓浮動都大於原始模擬版本。所以結論還是一樣：連接大電容的線材和接頭請一定要好好處理，非常重要。

以上提供給各位大大參考。如果您認為小弟的模擬有問題，請不吝用力糾正小弟，小弟會非常感謝您的。

祝大家中秋節快樂～

[psycho]

[恕刪]
最重要的一定是香寶寶的音響喇叭線或耳機線。對於整個系統影響最大。
其次，是香寶寶的數位同軸線，同軸線的影響比起類比訊號線更加明顯。
再來，是類比訊號線，ＲＣＡ或是ＸＬＲ平衡線。
接著才是ＡＣ電源線，而香寶寶ＤＣ線則是在ＡＣ電源線後了。
而雙ＣＡＴ系統，根據ｐｓｙｃｈｏ之前的研究，在ａｕｄｉｏ　ｐｃ以前（包含ａｕｄｉｏ　ｐｃ）ａｃ電源線的原則是導體量比起導體材質重要，但是ａｕｄｉｏ　ｐｃ後，則是導體材質大於導體量。
因此，香寶寶ａｃ線的投資從整個系統來看，最好的放在ｄａｃ，從數位播放系統來看，ａｕｄｉｏ　ｐｃ後面的才需要優先投資香寶寶線。

以上經驗完全正確.......

唯一可能有差異的是類比訊號線與電源AC線的順序。可能因為 a5401920 與我都使用法規排插與完整電源隔離，所以電源AC線的重要性變弱。以過去沒有使用完整電源隔離方案的情況下，AC電源線的重要性比類比訊號線要大很多。

再來我提供我的聽感來對映 BC大魔王以下的論文：

[恕刪]而且根據實際經驗，MKP容值只要大於1000 uF，就能感覺三頻都有大幅度改善。而MKP容值如果只有200~300 uF，就只有中高頻好，有點頭重腳輕的感覺。所以，這裡又是個理論vs.聽感的分歧點。但就如小弟上面所說，模擬結果的趨勢是絕對可以參考的，也就是容值越大，有效作用頻率會越往低頻延伸。

後面BC大魔王自己提出解答了：因為音響真實情況沒有上述情境這麼完美，所以現實上大電容即使只使用一個700uf，『不會』造成『只有中高頻好，有點頭重腳輕的感覺』，只會造成暫態不足彷彿電力不夠大的聽感。

[恕刪]
小弟接著改變電容ESR，將ESR從1 mOhm增加到10 mOhm：
電容ESR增加，雖然作用頻率不變，但是有作用的頻率區間，電壓浮動變大。換句話說，就是電容的作用效果變差了。

這個反應的是容值相似的情況下，耐壓值越高，ESR越小，所以聲音改善效果越佳！所以一定要追求耐壓值越高越好。

[恕刪]
那麼如果是換電容到音響器材之間的接線呢？這條線的線阻會大幅改變全頻率的電壓浮動程度，重要性高於電供至電容之間的接線。不過當然如果這兩個部分都能用粗短的高級線材，一定是最棒的組合。

我的聽感完全相符！！電供到電容，電容到電容 與 電容到DC頭，前兩段只要超級粗的3C線就好了，最後一段是香寶寶DC線會有神效！！

[恕刪]
而是不是有可能是因為這個原因，才會得出"電容容值必須很大才能在全頻率都有效果"這個結論？因此小弟大幅將電供至電容的接線電阻提高到0.5歐姆，結果如下：
1000uF電容從30Hz以上就開始作用了，不需要超大容值，所以有可能這樣的設定會比較符合現實。但由於接線電阻大增，在7KHz以下的電壓浮動都大於原始模擬版本。所以結論還是一樣：連接大電容的線材和接頭請一定要好好處理，非常重要。

我認為這個結果最符合真實聽感，因為我的經驗是只用一個大電容(都是700UF左右)完全不會產生三頻不均衡的聽感、而是整體暫態變弱的聽感。因此考慮現實情況下：

假設我只有六個大電容，每個700UF，理論上最佳容值應該是一次接三個2100UF，共兩組；還是應該一次接一個700UF就好、共六組？

依我經驗，當然是先求有、再求多。先確保每個DC電源都接上一個大電容，有多的才考慮接上兩個或三個。

1400或2100都會比700更好聽，但是700與0(沒有大電容)那是 0 與 1 的絕對差距，完全要設法避免。

那假設錢多空間大，接上個九個6300UF可不可以？我認為這得考慮類比端能不能正確表現出來；說不定DAC如果沒有用到 AUDIOMAT這種絕世等級的DAC，會覺得9個大電容開始有邊際效應遞減？..... 我以兩百萬元音響經驗來說，目前的答案是『電容數目沒有任何上限』......

(END)