Jeg har i alt for lang tid grublet over ideer om å lage en DIY-phonoforsterker av eget oppkok, uten at jeg helt har kommet i gang med det praktiske. En fjøsmekk-phonoforstekrer som kan yppe seg er også kunsten å ta seg mer vann over hodet enn det en klarer å løfte ...
Mine tidligere fabuleringer startet med en ide om å lage en differensiell utgave av LC Audio sin MC-forsterker, som sin tur var basert på (eller muligens bare inspirert av) W. Marshall Leach Jr. sin konstruksjon anno 1978 https://leachlegacy.ece.gatech.edu/headamp/ Det skulle bli et diskret «fullbalansert» design med SOTA ytelse for signal støyforhold, forvrenging og hva som helst, mildt sagt overambisiøst.
... så her kommer et tredje forsøk på selvforskyldt drukning i litt for høye ambisjoner ... det er ikke en «ikke alt for komplisert RIAA», og det er godt mulig også denne tråden strander i noe jeg ikke evner å realisere.
Først litt «arkitektur» :
Tegninga viser den funksjonelle oppdelinga av en kanal for phonoforsterkeren jeg har på tegnebrettet (ekskl strømforsyning). Signal inn til venstre, signal ut til høyre. Inngangen er delt i separate trinn for hhv MM og MC, med valgbar forsterking i hver av dem. Det er et rele før MM og MC som sender signal inn til hhv MM eller MC inngang og ett rele etter som velger MM eller MC inngangstrinnet til RIAA EQ.
MM forsterker
MM trinnet er en helt konvensjonell forsterker med valgbar forsterking i tre trinn: EDIT16/20/26 14/20/26 dB. Trinnet har flat frekvensrespons og et nominelt nivå ut av på 50 mV for en MM PU med 5 mV ut. Det får også valgbar last motstand og kapasitans til MM-pickupen. Med en ADA4625-2 på inngangen tegner det til å kunne få SN på inntil 80 dB etter RIAA EQ fra en MM PU med 5 mV ut fra en spolemotstand på 500 ohm, og ditto A-vektet SN på inntil 84 dB. «Inntil» siden virkeligheten kun kan bli dårligere enn simuleringen.
MC forsterker
MC trinnet er noe mer eksperimentelt, det er en differensiell strøminngang (I/V). Den er fortsatt «inspirert» av headampen til dr Leach men slektskapet er ikke til å kjenne igjen. Designet er i stedet rappet fra Douglas Self. Det er riktig nok en krets som Self ikke har brukt som MC inngang men til buss-forsterker i en mikser.
Også MC inngangen får valgbar «forsterking», eller rettersagt valgbar konvertering av Vi/Ri til spenning ut, der Vut er EDIT 500X/1000X/2000X/4000X Vi/Ri (dvs strøm inn). Nominelt nivå ut av MC-trinnet blir på 50 mV for en MC PU med 500µV ut fra en spolemotstand på 5 ohm (les «typisk» Ortofon MC-PU). Også dette trinnet har flat frekvensrespons. Siden det er en strøminngang så er nominell inngangsimpedans omtrent 0 ohm, og uten justeringer.
På tegnebrettet er dette trinnet meget lovende mht støy. SN etter RIAA EQ fra en PU med 500 µV ut fra 5 ohm, kan bli inntil 83 dB, og ditto A-vektet SN kan bli inntil ca 87 dB ... så da er fallhøyden skrudd passe høyt opp i stratosfæren ... For de som ikke har boltzmanns konstant og RIAA EQ helt under huden kan det opplyses at en PU med 500 µV ut fra 5 ohm har et uvektet SN etter RIAA EQ på 85,35 dB. Dvs. at MC-inngangen tegner til å kunne få et støybidrag på drøyt 2 dB fra en kildeimpedans på 5 ohm ... prøv det med opamper og tell opp hvor mange never med AD797 du trenger ... Jeg er en «liten» smule spent på om dette fungerer og lever opp til ambisjonene ...
RIAA EQ
Denne er også en nesten konvensjonell aktiv, ikke-inverterende EQ. Fordelen med aktiv EQ til RIAA-trinnet sammenliknet med en spenningsstyrt passiv RIAA-EQ, er at en ikke kaster bort dyrebar overstyringsmargin, forsterking eller signal støyforhold. Også her er kretsløsningen rappet fra Douglas Self.
EQ-trinnet får fast nominell forsterking @1k Hz på 20 dB. 20 dB forsterking ved 1k Hz er den laveste forsterkingen som er praktisk i en ikke-inverterende aktiv RIAA EQ, siden det blir ca 0 dB forsterking ved ca 20k Hz etter RIAA EQ. Dette innebærer også at overstyringsmarginen ut av RIAA EQ grovt regnet er begrenset av maksimal signalspenning ut for alle frekvenser i området 20-20k Hz. Nominell spenning ut fra RIAA EQ er 0,5 V, og med OPAMPer som kan levere 10V ut ligger det til rette for en overstyringsmargin på opp mot 26 dB, gitt at inngangstrinnene ikke går i metning før det.
Den viktigste grunnen til å minimere forsterkingen i RIAA EQ er å kunne maksimere forsterkingen i de lineære inngangstrinnene til hhv MM og MC, og derigjennom se til at RIAA EQ ikke får et vesentlig bidrag til signal støyforholdet samlet sett. Siden en ikke-inverterende aktiv RIAA EQ, ikke kan ha negativ forsterking så må det inn et passivt RC-ledd på inngangen for å sikre at HF-responsen oppover i frekvens holdes i sjakk. Å ha dette filtret på inngangen bidrar til å ha kontroll på overstyringsmarginene over 20k Hz, men prisen er at det har en negativ konsekvens for støybidraget til RIAA EQ.
Det er ikke valgbar forsterking i RIAA EQ trinnet, siden det er nær sagt umulig å lage valgbar forsterking her som ikke påvirker EQ-funksjonen og frekvensresponsen ut. Nominell frekvensrespons ligger an til å bli innenfor +/- 1/1000 dB, som i og for seg er bare sprøyt siden toleransene på komponentene i EQ gjør at frekvensresponsen får en toleranse på ca +/- 0,05 dB, med «typisk» frekvensrespons etter EQ på ca +/- 0,02 dB.
Balanse og tilt
Balansetrimmen er for å justere kanalbalansen ut av PU innenfor +/- 1,5 dB, dsv inntil 3 dB kanal-ubalanse fra PU. Hovedhensikten er å sikre at rumlefilteret fungerer «optimalt», mer om det nedenfor.
Tonebalanse tilt er en enkelt tonekontroll som vipper frekvensbalansen rundt 630 Hz med utslag i øverste diskant og nederste bass på +/- 6dB (mulig jeg i stedet sikter mot +/-3 dB), dvs slik at når diskantområdet heves så senkes bassområdet tilsvarende.
Rumlefilter
Rumlefilteret er ikke helt ferdig tegnet og dimensjonert. Foreløpig ligger det an til at høypass delen får -3 dB ved ca 18-22 Hz og ei avrulling på 12 dB pr. oktav. Jeg planlegger å legge til en funksjon med en høyere grensefrekvens, ca 100-200 Hz, for «signaler» som er i motfase (vertikal modulasjon). For det aller meste av vinylplater så er bass under 100-200 Hz gravert i mono, så det skal i utgangspunktet ikke være noen vertikal modulasjon med musikkinformasjon i det frekvensområdet. Ulempen med et slikt filter er at det reduserer kanalseparasjonen en del og for å virke etter hensikten skal kanalbalansen være «perfekt» og derav balansetrimmen tidligere. Kravet til perfekt kanalbalanse er analogt med presisjonskravene som skal til for å oppnå eksellent CMRR, jf. Differensielle inngangstrinn - en bittepitteliten nerdetråd. Rumlefilteret blir valgbart med releer (av/på + vertikal rumling). Jeg har ikke helt bestemt meg for om utgangen skal bli elektronisk balansert/differensiell, eller om negativ fase ut kun blir balansert med en matchende motstand til jord for negativ fase.
Signal ut blir også lagt til to VU-metre, som bl.a. skal bistå i justeringen av kanalbalansen.
Her er en teaser for kretskortet til MC + MM inngang og RIAA-EQ. Kortet er 10X16 cm som er det største jeg kan tegne min gamle i hobbyversjon av Eagle. Det blir et par ekstra kretskortkontakter for å ta signalet ut fra hhv MC og MM, og sende signalet rett inn på RIAA EQ, slik at de enkelte blokkene kan testes hver for seg. Kortet er forhåpentlig snart klart til å settes i produksjon. Jeg har tegnet inn opamper og kritiske transistorpar som SMD komponenter, så får vi se om loddferdigheten står meg bi denne gangen :
Som i arkitekturen over så er signal inn til venstre og signal ut til høyre, blokkene med MC forsterker, MM forsterker og RIAA EQ er tydelig merket og inndelt. Strøm inn er til høyre og følger «båndet midt på kretskortet mot venstre. Det er egen strøm inn til releene midt i mellom signal inn til venstre. Det er over 200 komponenter på kortet og det er en «myriade» av komponentverdier, så tiden får vise når jeg kommer til å får det samlet. For å kunne teste MC-inngangen uten å sette en MC-pu i spill så må jeg også bygge en «emulator» som kan leke MC-pickup.
I neste «installasjon» tenkte jeg å gå litt nærmere inn på MM trinnet og/eller RIAA EQ, med mindre det kommer andre innskytelser.
mvh
KJ
Mine tidligere fabuleringer startet med en ide om å lage en differensiell utgave av LC Audio sin MC-forsterker, som sin tur var basert på (eller muligens bare inspirert av) W. Marshall Leach Jr. sin konstruksjon anno 1978 https://leachlegacy.ece.gatech.edu/headamp/ Det skulle bli et diskret «fullbalansert» design med SOTA ytelse for signal støyforhold, forvrenging og hva som helst, mildt sagt overambisiøst.
... så her kommer et tredje forsøk på selvforskyldt drukning i litt for høye ambisjoner ... det er ikke en «ikke alt for komplisert RIAA», og det er godt mulig også denne tråden strander i noe jeg ikke evner å realisere.
Først litt «arkitektur» :
Tegninga viser den funksjonelle oppdelinga av en kanal for phonoforsterkeren jeg har på tegnebrettet (ekskl strømforsyning). Signal inn til venstre, signal ut til høyre. Inngangen er delt i separate trinn for hhv MM og MC, med valgbar forsterking i hver av dem. Det er et rele før MM og MC som sender signal inn til hhv MM eller MC inngang og ett rele etter som velger MM eller MC inngangstrinnet til RIAA EQ.
MM forsterker
MM trinnet er en helt konvensjonell forsterker med valgbar forsterking i tre trinn: EDIT
MC forsterker
MC trinnet er noe mer eksperimentelt, det er en differensiell strøminngang (I/V). Den er fortsatt «inspirert» av headampen til dr Leach men slektskapet er ikke til å kjenne igjen. Designet er i stedet rappet fra Douglas Self. Det er riktig nok en krets som Self ikke har brukt som MC inngang men til buss-forsterker i en mikser.
Også MC inngangen får valgbar «forsterking», eller rettersagt valgbar konvertering av Vi/Ri til spenning ut, der Vut er EDIT 500X/1000X/2000X
På tegnebrettet er dette trinnet meget lovende mht støy. SN etter RIAA EQ fra en PU med 500 µV ut fra 5 ohm, kan bli inntil 83 dB, og ditto A-vektet SN kan bli inntil ca 87 dB ... så da er fallhøyden skrudd passe høyt opp i stratosfæren ... For de som ikke har boltzmanns konstant og RIAA EQ helt under huden kan det opplyses at en PU med 500 µV ut fra 5 ohm har et uvektet SN etter RIAA EQ på 85,35 dB. Dvs. at MC-inngangen tegner til å kunne få et støybidrag på drøyt 2 dB fra en kildeimpedans på 5 ohm ... prøv det med opamper og tell opp hvor mange never med AD797 du trenger ... Jeg er en «liten» smule spent på om dette fungerer og lever opp til ambisjonene ...
RIAA EQ
Denne er også en nesten konvensjonell aktiv, ikke-inverterende EQ. Fordelen med aktiv EQ til RIAA-trinnet sammenliknet med en spenningsstyrt passiv RIAA-EQ, er at en ikke kaster bort dyrebar overstyringsmargin, forsterking eller signal støyforhold. Også her er kretsløsningen rappet fra Douglas Self.
EQ-trinnet får fast nominell forsterking @1k Hz på 20 dB. 20 dB forsterking ved 1k Hz er den laveste forsterkingen som er praktisk i en ikke-inverterende aktiv RIAA EQ, siden det blir ca 0 dB forsterking ved ca 20k Hz etter RIAA EQ. Dette innebærer også at overstyringsmarginen ut av RIAA EQ grovt regnet er begrenset av maksimal signalspenning ut for alle frekvenser i området 20-20k Hz. Nominell spenning ut fra RIAA EQ er 0,5 V, og med OPAMPer som kan levere 10V ut ligger det til rette for en overstyringsmargin på opp mot 26 dB, gitt at inngangstrinnene ikke går i metning før det.
Den viktigste grunnen til å minimere forsterkingen i RIAA EQ er å kunne maksimere forsterkingen i de lineære inngangstrinnene til hhv MM og MC, og derigjennom se til at RIAA EQ ikke får et vesentlig bidrag til signal støyforholdet samlet sett. Siden en ikke-inverterende aktiv RIAA EQ, ikke kan ha negativ forsterking så må det inn et passivt RC-ledd på inngangen for å sikre at HF-responsen oppover i frekvens holdes i sjakk. Å ha dette filtret på inngangen bidrar til å ha kontroll på overstyringsmarginene over 20k Hz, men prisen er at det har en negativ konsekvens for støybidraget til RIAA EQ.
Det er ikke valgbar forsterking i RIAA EQ trinnet, siden det er nær sagt umulig å lage valgbar forsterking her som ikke påvirker EQ-funksjonen og frekvensresponsen ut. Nominell frekvensrespons ligger an til å bli innenfor +/- 1/1000 dB, som i og for seg er bare sprøyt siden toleransene på komponentene i EQ gjør at frekvensresponsen får en toleranse på ca +/- 0,05 dB, med «typisk» frekvensrespons etter EQ på ca +/- 0,02 dB.
Balanse og tilt
Balansetrimmen er for å justere kanalbalansen ut av PU innenfor +/- 1,5 dB, dsv inntil 3 dB kanal-ubalanse fra PU. Hovedhensikten er å sikre at rumlefilteret fungerer «optimalt», mer om det nedenfor.
Tonebalanse tilt er en enkelt tonekontroll som vipper frekvensbalansen rundt 630 Hz med utslag i øverste diskant og nederste bass på +/- 6dB (mulig jeg i stedet sikter mot +/-3 dB), dvs slik at når diskantområdet heves så senkes bassområdet tilsvarende.
Rumlefilter
Rumlefilteret er ikke helt ferdig tegnet og dimensjonert. Foreløpig ligger det an til at høypass delen får -3 dB ved ca 18-22 Hz og ei avrulling på 12 dB pr. oktav. Jeg planlegger å legge til en funksjon med en høyere grensefrekvens, ca 100-200 Hz, for «signaler» som er i motfase (vertikal modulasjon). For det aller meste av vinylplater så er bass under 100-200 Hz gravert i mono, så det skal i utgangspunktet ikke være noen vertikal modulasjon med musikkinformasjon i det frekvensområdet. Ulempen med et slikt filter er at det reduserer kanalseparasjonen en del og for å virke etter hensikten skal kanalbalansen være «perfekt» og derav balansetrimmen tidligere. Kravet til perfekt kanalbalanse er analogt med presisjonskravene som skal til for å oppnå eksellent CMRR, jf. Differensielle inngangstrinn - en bittepitteliten nerdetråd. Rumlefilteret blir valgbart med releer (av/på + vertikal rumling). Jeg har ikke helt bestemt meg for om utgangen skal bli elektronisk balansert/differensiell, eller om negativ fase ut kun blir balansert med en matchende motstand til jord for negativ fase.
Signal ut blir også lagt til to VU-metre, som bl.a. skal bistå i justeringen av kanalbalansen.
Her er en teaser for kretskortet til MC + MM inngang og RIAA-EQ. Kortet er 10X16 cm som er det største jeg kan tegne min gamle i hobbyversjon av Eagle. Det blir et par ekstra kretskortkontakter for å ta signalet ut fra hhv MC og MM, og sende signalet rett inn på RIAA EQ, slik at de enkelte blokkene kan testes hver for seg. Kortet er forhåpentlig snart klart til å settes i produksjon. Jeg har tegnet inn opamper og kritiske transistorpar som SMD komponenter, så får vi se om loddferdigheten står meg bi denne gangen :
Som i arkitekturen over så er signal inn til venstre og signal ut til høyre, blokkene med MC forsterker, MM forsterker og RIAA EQ er tydelig merket og inndelt. Strøm inn er til høyre og følger «båndet midt på kretskortet mot venstre. Det er egen strøm inn til releene midt i mellom signal inn til venstre. Det er over 200 komponenter på kortet og det er en «myriade» av komponentverdier, så tiden får vise når jeg kommer til å får det samlet. For å kunne teste MC-inngangen uten å sette en MC-pu i spill så må jeg også bygge en «emulator» som kan leke MC-pickup.
I neste «installasjon» tenkte jeg å gå litt nærmere inn på MM trinnet og/eller RIAA EQ, med mindre det kommer andre innskytelser.
mvh
KJ
Sist redigert:
