Highend RIAA Entzerrvorverstärker zum Nachbauen

MM RIAA-Entzerrvorverstärker

Hier stelle ich euch meinen Entzerrvorverstärker nach RIAA vor. Es ist für MM Systeme ausgelegt. Angefangen hat alles mit einem Schallplattenspieler, dem Phillips AF 977. Dann kam ein Luxusgerät Luxman PD 277 dazu. Mein interner Phonovorverstärker hat mich da nicht mehr überzeugt und ich wie bei allem das Optimum und volle Kontrolle herausholen wollte, habe ich mich selbst an eine Schaltung gesetzt. Da ich viel mit Elektronikentwicklung zu tun habe war es kein größeres Problem, sondern eine schöne Herausforderung. Ich stelle hier den Schaltplan vor und erkläre die Funktionsweise. Eine Bauteileliste gibt es mit allen Bestellnummern. Ein Nachbau ist somit erlaubt und erwünscht!

Ziel war es ein perfektes Design das den Klang nicht verfärbt, es soll einfach nur verstärken und die "Linie geradebiegen2. Benutzt habe ich deswegen nur die besten Komponenten, sprich hochwertige WIMA Polypropylen Kondensatoren, die minimalsten Verzerrungen aufweisen. Bei dem einzigen Elko, habe ich einen von Elna, bekannt für extrem gute Elkos, genommen. Also von den Komponenten her ist das Gerät auf dem Nevou von hochgradig teuren Kaufprodukten. Zudem wurden 0,1% Widerstände verwendet, denn jede Abweichung verbiegt den Frequenzgang enorm. Eine Simulation zeigte das in den Frequenzbestimmenden Bauteilen, sich jegliche Abweichung ziemlich nennenswert im Frequenzgang äußert.

Gefordert war das die Eingangskapazität umschaltbar ist, für verschiedene Tonabnehmer. Dafür habe ich zwei DIP-Schalter vorgesehen. Die gewählten Kapazitäten decken alle möglichen Tonabnehmer ab, im individualfall kann man andere einlöten.

Außerdem habe ich mich entschieden das Gerät mit zwei 9V Blockbatterien zu betreiben da dies eine konstante Spannungsversorgung bereitstellt. Damit entfällt jeglicher brumm und Restwelligkeit der Versorgungsspannung. Per AC Adapter lässt sich das Ganze aber auch betreiben. Ist ein Netzteil angeschlossen, werden die NiMH Akkus aufgeladen. Der Strom wurde so niedrig gewählt das man es am Netzteil hängen lassen kann ohne Gefahr zu laufen die Akkus zu überladen, denn bei 1/10 C der Akku Kapazität wird der überschüssige (Lade)Strom nahezu ohne den Akku zu schädigen in Wärme umgewandelt. (Ahja ich verzichte bei diesem Bericht alles mit Zitaten zu hinterlegen :))

Kleine Einführung zur RIAA Schneidekennlinie

Beim schneiden der Musik auf die Schallplatte werden die hohen Frequenzen angehoben und die Tiefen abgesenkt um jeweils 20dB. Also benutzt man keinen nach RIAA entzerrenden Vorverstärker äußert sich das in kaum vorhandenem Bass und überspitzten höhen. Die Kennlinie entsteht nach dem eine Filter mit diesen Eckdaten erstellt wird: 50 Hz mit der Zeitkonstante τ = 3180 µs, ein Tiefpass bei 500,5 Hz mit der Zeitkonstante τ = 318 µs und ein Hochpass bei 2122 Hz mit der Zeitkonstante τ = 75 µs.

So sieht die Schneidekennlinie aus:

riaa.png

Also braucht man zum Abspielen einer Schallplatte ein Filter der eine Kennlinie genau andersherum hat. Also TP, HP und TP mit den jeweiligen Zeitkonstanten.

Wenn wir dieses Signal durch unsere Schaltung jagen muss im hörbaren Bereich eine glatte Linie herauskommen, dann arbeitet der Filter richtig.

Das sieht man an der Simulation im zweiten Bild:

filter.png

Das ist auch der Frequenzgang der ganzen Schaltung.

Zusätzlich wurde ein sogenannter Rumpelfilter eingebaut, dies sieht man im unteren Frequenzbereich. Dieser lässt sich auch durch einen Schalter ausschalten.

Spannungsversorgung

spannung.png

Hier braucht man einen Wechselspannungsadapter von 15-20V (Kein DC!) Die Wechselspannung wird durch die Dioden gleichgerichtet, somit lassen sich zwei akkus aufladen. Diesen Trick habe ich mir von O2 KHV von nwavguy abgeschaut. Den Ladestrom bestimmen R19 und R18. (ggf. an eure Kapazität anpassen!) Eine Status LED D1 ist auch verbaut. Diese kann natürlich weggelassen werden, falls man den Entzerrvorverstärker in einem Gehäuse mit einem VV einbauen will. Außerdem sind auf der Platine Kontakte um eine gleichgerichtete, und gefilterte symmetrische Spannung direkt anzuschließen, das macht man wenn die Platine in einen VV eingebaut werden soll der schon eine Spannung hat. Der Anschluss ist mit P1 auf der Platine gekennzeichnet.

Hier sieht man das übliche wie zwei Linearregler , die Spannung wird durch Stützkondensatoren gepuffert um auch bei Netzteilbetrieb eine saubere Spannung zu haben. Es wurde auch auf EMV Maßnahmen eingegangen, man sieht hier zwei Supressordioden D3 und D4 die bei einer Überspannung, hier 33V leiten. Das heißt es ist gegen Blitzschläge oder Elektrostatische Entladungen durch berühren der Außenkontakte gesichert.

Schaltung

Als Schaltungsbasis habe ich mich nach langen hin und her simulieren auf ein bewährtes Design festgelegt, wo die RIAA Kennline im Rückkopplungspfad des Operationsverstärker zurechtgebogen wird. Die Schaltung gibt es zum Beispiel in dieser Application Note: "AN142 Audio circuits using the NE5532/3/4"

Natürlich mit einigen Anpassungen:

schaltung.png

Man sieht hier einen Kanal. C3 und R1 ist der 20Hz Rumpelfilter, der sich durch den Dip-Schalter deaktivieren lässt. R9, R11 und C15 ist ein Filter der alles hochfrequente dämpft, bei 62khz, somit wird auch ein Schwingen verhindert. Ansonsten ist der Rest selbsterklärend.

BOM

Wie man sieht belaufen sich die Materialkosten auf ~30€. An die Kritiker wie das mit 1000€ Geräten mithalten soll? Rechnet Entwicklungskosten, Vermarktungskosten etc. dazu, dann seid ihr bei den 1k€.

Ich habe mich beim OPV für den NE5532 entschieden, ja es gibt deutlich bessere, auf den ersten Blick! Ihr dürft keinesfalls nur das Spannungsrauschen betrachten, sondern unbedingt auch das Stromrauschen. Denn dieses ist sehr viel höher bei OPV die kleines Spannungsrauschen haben. In dieser Applikation eignet sich der NE5532 hervorragend und ihr hört kein rauschen!

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Bestückungsplan/Aufbau

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So hier noch ein paar Bilder meines Aufbaus. Das Gehäuse ist noch nicht ganz fertig es fehlt noch eine Bohrung für den Masseanschluss. Er kommt auf die Seite der Ein- und Ausgänge. An der Beschriftung des Gehäuses wird auch noch gearbeitet. Den Knopf habe ich zwischenzeitlich durch einen Schwarzen ausgetauscht. Sieht schicker aus.

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So entschuldigt meine Rechtschreibfehler, habe es auf die schnelle mal hingetippt. Dann auf eine sachliche Diskussion.

Falls euch die Lust packt das Projekt nachzubauen, hätte ich noch fertige Platinen übrig, einfach eine PN schreiben. Zudem gebe ich euch dann eine PDF mit allen Schaltplänen, Bestückungsplan etc. dazu.

Der Nachbau geschieht auf eigene Gefahr, und sollte nur von erfahrenen Leuten durchgeführt werden, ich übernehme keine Haftung an Personen- oder Sachschäden!

Danke für die Blumen, über einen Namen können wir gerne Diskutieren, her mit den Vorschlägen.

Mein Name ist Eugen, ich würde mich übrigens über Bauberichte und Klangeindrücke freuen!

Das Gehäuse ist ein von Fischer und ist gut bei Reichelt zu bekommen. Aber kannst natürlich jedes andere nehmen, es sind auch Befestigungensbohrungrn vorhanden falls man die Platine irgendwo festschrauben will.

Wie beschriftest du das Gehäuse? Bei der mechanischen Bearbeitung bin ich leider nicht so gut ausgestattet.

Schreib mir noch eine PN mit deiner Adresse, ich schicke dir meine paypal email.

Gruß

Abblockkondensatoren sind da, der Ausschnitt der Schaltung zeigt den opv Nummer 2, es sind ja 2 Opv in einem Gehäuse aber nur einmal sind ja die Versorgungspin herausgeführt. umständlich zuberklären, aber ihr wisst was ich meine

Bezüglich der Tolleranzen, ich schaue heute Abend ob ich die Simulation schnell machen kann, aber wenn der kondensator um 2,5% daneben ist, und der widerstand auch um 1% abweicht, ist die gesamte Abweichung nochmals größer.

Zitat von KlaRa5

Die Kapazitäten des RIAA - Filters haben aber bestenfalls +/- 2,5% Toleranz. Wie hast Du dies denn berücksichtigt?

Ich sehe gerade, den NE5532 betreibst Du ohne Abblockkondensatoren?

mfg Klaus

Okay habe mal nachgeschaut - die Widerstandsänderung von 1% und auch die 2.5% änderung der Kapazität spielt eigentlich keine Rolle, der Frequenzgang verbiegt sich um 0,05dB, also verschwindend klein.

Ich habe die 0.1% Widerstände genommen weil ich bei den 1% nie zwei gleiche Werte gefunden habe, und die ziemlich stark gestreut sind. Kann man mal zuhause selbst ausprobieren, nimmt mal 10 Widerstände und misst aus wie viel selbe Werte ihr findet. Ich kann mich wieder ganz gut dran erinnern, den damals habe ich eine Diskussion dazu gelesen wie die Widerstände von den Herstellern abgepackt werden, die 0,1%igen werden ausgemessen und teurer verkauft, der Rest der in der Spezifikation ist kommt zu den 1%igen.

Zitat von Pelzer

Ich habe mir vorhin einen Schwung chinesischer 1% Metallfilm R vorgenommen. Die Toleranzen betrugen bei 20 vermessenen Exemplaren zwischen +/-0,08 und 0,6%. Man sollte das nicht überbewerten, denn auch mit ganz normalen 1% Widerständen wird man die Kurve perfekt genug einhalten können. Die Masse der japanischen Großseriengeräte erreicht mit unselektierten Standardbauteilen in vielen Fällen eine Abweichung von unter +/- 0,5 dB, oft sogar +/- 0,2 dB, also bereits perfekt.

Gruß

Hartmut

Ja da stimme ich dir vollkommen zu, aber ich konnte in meiner Tüte Reichelt Widerstände keine Werte nah beieinander finden. Und die 1% Serie hat hat einen Temperaturkoeffizient von 50 die 0.1% nur die hälfte. Wenn man schon bastelt, kann man sich auch was gönnen und gleich zum besseren greifen.

Zitat von KlaRa5

Desweiteren sollte man noch einen Aspekt berücksichtigen. Sollte man beim Ausmessen der Bauteile nicht ganz den optimalen Wert erreichen, so sollte man versuchen diese Abweichung in beiden Stereokanälen gleich groß zu halten. Auf diese Weise hat man dann zumindest keine Phasen- und somit Laufzeitunterschiede.

Phasen- oder Gruppenlaufzeitunterschiede würden sich störend auf das räumliche Hören auswirken. Die Frage wäre nur, wie empfindlich ist hier das Ohr, bzw. Gehirn? Man denke an eine Fledermaus, die sich im Dunkeln orientieren kann.

mfg klaus

Ich denke das ist den meisten klar dass man den rechten und Linken Kanal möglichst gleich aufbaut.

Bezüglich der Phase, da habe ich mal was interessantes gelesen das es wirklich geschulte Ohren gibt, die um 90° Verschobene Phase heraushöhten können.

Zitat von KlaRa5

Wie gesagt, diese Differenzstufe ist anspruchsvoll. Wer damit experimentieren möchte der braucht schon ein paar gute Meßgeräte. Ein Oszi mit FFT ist da Pflicht. Und den Tietze-Schenk sollte man auch kennen.

Der gute alte Tietze-Schenk, hab ich viel mit gekämpft im Studium. Du bringst es aber auf den Punkt, ich bin der Meinung das man Diskret nicht so einfach so gute Ergebnisse hinbekommt als mit einem OPV. Nimmt man den uralt TL072, der ist schon vielen diskret aufgebauten Schaltungen überlegen.