Blog Image

AnalogBo's Hjørne

En Beard blev færdig

Nye konstruktioner Posted on Sun, February 28, 2016 13:34:17

Bent havde overtaget et
meget spændende sæt forstærkere af mærket Beard. Det viste sig at være et par tidlige
prototyper til Beard M1000. De indeholder hver otte 6550 beam tetroder, koblet
som trioder. Udgangsrørene drives af en fin og absolut symmetrisk konstruktion
med to ECC81 og fire ECC82.

For at gøre forhistorien
kort, så havde flere vist gennem de sidste 20 år forsøgt at færdiggøre forstærkerne, men
ingen var lykkedes med at færdiggøre strømforsyningen, hvilket var det eneste
der manglede. Da jeg fik dem til færdiggørelse havde den ene forstærker et
afbrændt strømforsyningsmodul bygget på et prøveprint, den anden havde kun et
større bundt strittende ledninger som skulle forbindes til strømforsyningsmodulet.
Noget var gået galt under udviklingsarbejdet hvorefter eksemplarerne var blevet
solgt til hobby-folket til færdigbygning/ombygning eller til brug som dele til
et nyt hobbyprojekt. Det skal lige siges at modellen senere blev færdigudviklet
og sat i produktion.

Figur 1. Beard set nedefra. Således så den ene forstærker ud da jeg modtog den.

Det kan synes som en
lille simpel ting der manglede, men forstærkeren krævede 5 forskellige
spændinger til forskellige formål. Der var en skitse af et diagram til
strømforsyningen, men jeg var lodret uenig i de løsninger der var valgt (med
integrerede kredse og adskillige transistorer). Og de mange afbrændte
komponenter talte jo også deres tydelige sprog. Baseret på mine erfaringer med
rørforstærkere tegnede jeg en ny strømforsyning, som jeg fintrimmede med hjælp
fra simuleringsværktøjet LTspice.

Det
har været vigtigt for mig at lave en strømforsyning uden alt for voldsomme
spidsstrømme som spreder en masse hidsige overtoner af 100 Hz og som især er
onde ved elektrolytterne. Jeg har set for mange forstærkere hvor
elektrolytterne er blevet mere eller mindre smadrede af mange års hidsig
opladning. Ved at gøre strømstødene bredere kan man oplade elektrolytterne med
lavere spidsstrøm. Hermed opnås både mindre støj, en bedre udglatning og at
elektrolytterne holder længere.

Figur 2. Strømforsyningsmodulet klar til montage.

Da
strømforsyningsprintene var færdige til montage, viste det sig at
nettransformatorerne, som jo også var prototyper, var meget forskellige. Især
den ene leverede en højspænding, som var usund for de triodekoblede udgangsrør.
Bent tøvede ikke, men bestilte straks to nye specialviklede transformatorer.

Med
nye transformatorer og strømforsyningsprint manglede der blot nogle småjusteringer.

Figur 3. Nu med indbygget strømforsyningsmodul.

Endelig
– efter mange år i tavshed kunne der sættes lyd på forstærkerne. Vi blev ikke
skuffede, de mange triodekoblede 6550 driver højttalerne præcis så magtfuldt
som man kunne forvente.
Figur 4. Bias’en skal lige justeres efter at rørene er blevet rigtig varme.



At få lige hvad man ønsker sig – 2

Nye konstruktioner Posted on Thu, December 18, 2014 22:41:57

Et aktivt delefilter

Nogle eminente højttalerenheder og et delefilter med fine
komponenter, så er man godt kørende. Ja, jeg ville være lykkelig for sådan et
sæt, men det var Henrik ikke. Han kunne høre at det indbyggede passive
delefilter var tæt på, men ikke helt perfekt og så ville han i øvrigt lige have
et par 18 tommer enheder i hver side til at dække det helt dybe område. Jeg
kalder det ”kældersektionen”. Ja,
undskyld udtrykket, men jeg kan ikke kalde den for subwoofer fordi det starter
der hvor de fleste subwoofere begynder at rulle af og fordi det ikke har noget
som helst at gøre med kommercielle resonansbaserede subwoofere.

Henrik fortalte at han ville have et aktivt delefilter til
erstatning for det passive og så ville han naturligvis også have at det nye
delefilter skulle danne bro til ”kældersektionen”.

Det startede med et ønske om et simpelt delefilter med to
delefrekvenser. I løbet af specifikationsfasen forskede Henrik på egen hånd i
hvad det egentlig var han havde brug for. Det betød at nogle af flankerne
skulle være stejlere, at den lave delefrekvens skulle være valgbar mellem to
faste værdier og at frekvensgangen skulle kunne modificeres med nogle svage
boosts og et enkelt cut, det vil sige at en form for equalizer skulle
integreres i filtret. Henrik formede med utallige forsøg den endelige
frekvensgang som man former et stykke armeringsjern. Han bestemte
overgangsfrekvenser, stejlheder, boost og cut frekvenser, samt niveauer. Den
eneste gang jeg blandede mig var da nogle boosts blev specificeret med en lidt
for højt Q-værdi. Man skal være meget forsigtig med Q-værdien hvis man vil
undgå at farve lyden.

Det kostede timers telefonsamtaler og mange mails at få
afdækket alle ønsker. Nogle mennesker finder det frustrerende at man skal bruge
så meget tid med at snakke frem og tilbage, men det er en nødvendig proces når
man vil have et godt resultat. I ovenstående tilfælde tog forløbet flere
måneder.

Af implementeringskrav kan nævnes at filtret skulle have ”floating”
balanceret indgang og af hensyn til de effektforstærkere Henrik påtænkte at
bruge skulle udgangen være symmetrisk balanceret. Desuden var vi enige om at der
ikke måtte bruges monolitiske operationsforstærkere (se PS nedenfor).

Der findes ikke mange aktive filtre eller equalizere uden monolitiske
operationsforstærkere, så jeg havde lidt af en udfordring, men til gengæld også
en stor tilfredsstillelse ved at designe alt i klasse A og med et ”headroom”
der ikke er muligt med de små chips.

Spændingsforsyningen er en vigtig del af enhver
audiokonstruktion. Derfor er spændingsforsyningen til disse delefiltre opbygget
som et højere ordens analogt filter med hurtig impulsrespons og ekstrem lav
støj. Der er ikke anvendt integrerede spændingsregulatorer.

Da jeg endelig var færdig med at bygge
equalizer-delefiltrene var vi begge (Henrik og jeg) meget spændte på om de stod
mål med forventningerne og om alle specifikationerne havde været rigtige.
Henrik fik dem hjem og behøver jeg at sige at de straks blev taget i brug. Den
første tilbagemelding var overvældende positiv. Efter endnu nogle dages intens
lytning kunne Henrik høre at en enkelt forbedring ville gøre lydbilledet helt
optimalt. Henrik foreslog at et ganske lille boost som strakte sig over nogle
få hundrede hertz med en centerfrekvens på 800 Hz skulle flyttes således at
centerfrekvensen blev 700 Hz. Det kan være problematisk når specifikationerne
ændres efter at produktet er færdigt, men i dette tilfælde drejede det sig om værdien
af en enkelt komponent. Ændringen blev foretaget og derefter er alt – ifølge
Henrik – som det skal være. Henrik havde fået lige hvad han havde ønsket sig.

PS

Operationsforstærkere kan være bygget med rør, diskrete
transistorer eller de kan være realiseret som et integreret (monolitisk)
kredsløb. De monolitiske operationsforstærkere der ofte ses i audioudstyr er
opbygget som små effektforstærkere med 15 eller flere transistorer og et
udgangstrin i klasse AB-pushpull-konfiguration. Der findes typer der bliver markedsført
som særligt egnede til audio. I disse er nogle parametre forbedret lidt, men de
har samme opbygning, det vil sige klasse AB-pushpull. Hvis man vil have operationsforstærkere
eller andre forstærkertrin der kører i klasse A og med fornuftige forsyningsspændinger
må man benytte diskrete komponenter.



At få lige hvad man ønsker sig – 1

Nye konstruktioner Posted on Mon, October 13, 2014 22:11:05

Single-ended klasse A

En kunde havde for nogle
år siden påbegyndt et projekt som skulle give ham to kompromisløse
effektforstærkere. Projektet var gået i stå efter at rørsokler,
transformatorer, og nogle gode elektrolytkondensatorer var blevet monteret i to
flotte stålchassiser. Nu skulle projektet gøres færdigt, så han overdrog
opgaven til mig. Jeg fik også en grov skitse af hvordan forstærkeren var tænkt
realiseret. Vi blev enige om at jeg skulle udarbejde et detaljeret diagram,
beregne komponentværdier og montere alle småkomponenterne i det ene eksemplar.
Så ville han selv montere det andet.

Det lå fast at
forstærkerne skulle bygges som single-ended triode (SET) mono-trin med GM70 i udgangen og meget få komponenter i signal vejen.

Som det vil være de
fleste bekendt er der to meget forskellige principper når det gælder
forstærkere. Det mest almindelige er at man bruger modkobling til at reducere
forvrængning, forbedre frekvensgang, undertrykke støj fra spændingsforsyningen
og skabe lav udgangsimpedans. Det anden er at man laver en forstærker med lav
forvrængning og god frekvensgang uden modkobling. De aktuelle forstærkere
hører, som de fleste SET, til den sidste type. SET forstærkere er både elsket
og hadet. Hadet fordi de måler dårligt ved fuld udstyring. Elsket fordi de både
måler og lyder godt når de spiller ved moderat udgangseffekt.

Når man betragter den
kurve der beskriver forholdet mellem input og output for en triode ser man en
næsten ret linje med en svag krumning. Når trioden arbejder på maksimal effekt
betyder linjens krumning at de positive og negative dele af signalet forstærkes
lidt forskelligt, det vil sige at udgangssignalet er ikke længere en eksakt
kopi af indgangssignalet, med andre ord udgangssignalet er forvrænget. Ved
mindre effekt kan linjen betragtes som ret dvs. forvrængningen er forsvindende
(se også PS nedenfor). GM70 kan klare store effekter og derfor har dette rør et
stort område hvor det arbejder med lav forvrængning.

I en Hi-Fi forstærker
tilstræber man en lav udgangsimpedans (= høj dæmpningsfaktor) fordi det giver
det bedste resultat i de tilfælde hvor højttalerens impedans varierer med
frekvensen. I en modkoblet transistorforstærker er det ikke noget problem at
gøre udgangsimpedansen lav – man bruger bare en kraftig modkobling. Nogle
fabrikater praler ligefrem med skyhøj dæmpningsfaktor = meget hård modkobling. Til
SET forstærkere uden modkobling må man vælge rør med lav indre modstand for at
opnå en rimelig dæmpningsfaktor og her er GM70 et godt valg fordi dets indre
modstand er lav, meget lavere end for eksempel det kendte 211. Med en udgangsimpedans
omkring 1 Ω er der godt styr på en 8 Ω
højttalers basresonans, men man kan opleve farvning af lyden hvis højttalerens
impedanskurve er meget ujævn.

Forstærkerne består af et
drivertrin og et udgangstrin. I driver trinnet sidder en 437A triode. Koblingen
mellem de to trin varetages af en TANGO NC-20 interstagetransformator. I vore
dage er brugen af en interstagetransformator et sjældent syn. Det er en dyr
løsning som ikke ses i almindelige konsumer produkter, og selv i high end
produkter er den sjælden. Transformatoren danner den optimale belastning for
drivertrioden og den garanterer en lav-ohmig forbindelse fra udgangsrørets
gitter til stel, en vigtig detalje når man arbejder med store rør hvor
gitterstrømmen ikke kan negligeres. Men det skal selvfølgelig være en god
transformator. Jeg har målt på NC-20 og jeg er fuld af respekt – det er en
imponerende forening af viklingsteknik og metallurgi.

Udgangstransformatoren en
Tamura F-2013. Den lyder virkelig godt og den udemærker sig ved ikke at have
nogen resonans, som det ellers er almindeligt for den slags transformatorer.

En SET-forstærker kræver
gode spændingsforsyninger, i dette tilfælde fire stykker: To til glød og to til
anoderne. Højspændingen til udgangstrinnet leveres af to 5U4GB ensretterrør efterfulgt
af et pi-filter med en drosselspole og elektrolytkondensatorer
suppleret med en stor foliekondensator. Drivertrioden er ikke så hurtigt varm
så den får sin højspænding fra et GZ34 ensretterrør, som er endnu langsommere,
dermed får 437A triodens katode tid til at blive varm før der kommer spænding
på anoden.

Efter at jeg havde
færdiggjort den første forstærker, monterede kunden selv den anden, hvorefter
jeg fik begge ind på værkstedet igen for at udføre slutkontrollen.

Hele konstruktionen er
hardwired med sølvtråd til signalet og uden overføringskondensatorer.
Behøver jeg at sige at resultatet som forventet er en helt enestående
transparent lyd.

PS: Trioder vs. tetroder
og pentroder

Når gitterspændingen går
i positiv retning stiger strømmen gennem trioden. Med stigende strøm stiger
også forstærkningen det vil sige at forholdet mellem gitterspænding og
anodestrøm er ulineært. Men heldigvis er anodespændingen ikke konstant, den
falder når strømmen stiger og med faldende anodespænding falder også forstærkningen.
Når man vælger det rette arbejdspunkt kan disse to effekter udbalancere
hinanden og man har et forstærkertrin med lav forvrængning over et rimeligt
stort arbejdsområde.

I en tetrode og i en pentrode stiger forstærkningen
også med stigende strøm, men på grund af skærmgitteret (g2) falder forstærkningen
meget lidt med faldende anodespænding. Det er netop dette forhold der giver
tetroder og pentroder stor forstærkning og høj effektivitet. Men med disse
rørtyper kan man ikke udbalancere forvrængningen uden at benytte sig af
triodekobling (med lav forstærkning og lav effektivitet) eller den såkaldte
ultra-lineære kobling.



Rummel Cancellering

Nye konstruktioner Posted on Wed, October 17, 2012 21:06:18

Ved afspilning af vinylplader vil man ofte opleve en svag
forvrængning, som skyldes at pladen ikke er helt plan. P.gr.a. ujævnheder i
skiven bevæger pickup’en sig op og ned med vinylen. Bevægelsen inducerer
lavfrekvent støj- også kaldet rummel – som tydeligt ses på højttalerne, hvor
membranen bevæger sig kraftigt. Frekvensen er så lav at man ikke kan høre den
som en tone, men den kan være så kraftig at den modulerer musikken dels fordi
membranstyr og svingspole belastes og bringes bort fra ligevægtsstillingen og
dels fordi udsvingene forårsager Doppler effekt som høres som en svag vibrato.

Forstærkeren belastes naturligvis også unødigt og hvis den
er forsynet med udgangstransformatorer fører rummelen til unødig magnetisering
i transformatorernes jernkerner.

Som følge af RIAA standarden bliver bassen dæmpet kraftigt under
indspilningen og skal følgelig forstærkes tilsvarende under afspilning. Det
betyder at også rummelen bliver kraftigt forstærket.

Figur 1 Rummel i en kanal

Den rummel som skyldes pladens ujævnheder kan være meget
kraftigt. Ved moderat lydstyrke vil man til tider kunne høre det som
forvrængning i form af ’wav’. Figur 1 illustrerer hvorledes rummel kan
modulere et indspillet signal. Til venstre illustrerer den røde sinus kurve det
indspillede signal mens den blå kurve er pladerummel. Til højre ses hvorledes
et indspillet signal moduleres oven på pladerumlen. Membran og svingspole i
højttaleren bevæger sig tilsvarende.

Figur 2 viser starten på Gilberto Gil’s plade ”Luar” side 2. Signalet
fra indløbsrillen indeholder rummel og man kan tydeligt se at det kommer fra
pickup’ens lodrette bevægelser, da signalerne i de to kanaler er i modfase.
Nummeret starter med et par stortrommeslag hvilket kan ses i form at de meget
kraftige udsving (a) og (b), som trækkes helt skævt. En analyse viser at der er uønskede signaler
med frekvenser på 6Hz og 12Hz. Det er
også tydeligt at se hvorledes rumlen påvirker det indspillede signal
i modfase i de to kanaler.

Figur 2: Afspilning med almindelig RIAA uden rummel cancellering

I mange forforstærkere og integrerede forstærkere med
phono-indgang er der mulighed for at aktivere et rummelfilter (ofte kaldet
subsonic), som kan dæmpe signaler under 18 Hz eller en anden specificeret
frekvens. Men ligesom det er naturligt at forlange at en forstærkers
frekvensgang strækker sig mindst en oktav over 20 kHz bør man også kunne
forlange at den strækker sig mindst en oktav under 20 Hz. Dette opfylder alle
gode forstærkere – også rørforstærkere – selvom dette krav der er med til at gøre
udgangstransformatorer tunge og dyre. Derfor er det synd og skam at amputere forstærkerens
frekvensområde med et filter, især da det ikke kan undgå at introducere faseforvrængning.

Heldigvis er det ikke nødvendigt at benytte et filter
til at fjerne den uønskede rummel. Af skæretekniske årsager kan man kun tillade
vandrette rilleudsving ved lave frekvenser, derfor lægges toner under en vis
grænsefrekvens sammen til mono. Grænsefrekvensen kan variere fra 70 til 150 Hz
og er bestemt af det aktuelle programmateriale. WYRE RIAA gengiver frekvenser
under 35 Hz i mono. Dette påvirker ikke musikken fordi dette toneområde allerede
er skåret i mono. Men hvis pickup’en påvirkes af ujævnheder vil det frembringe
et stereosignal i frekvensområdet 5 til 15 Hz. Fordi pickup’en påvirkes i lodret
retning er de to kanaler i modfase og når de afspilles i mono eliminerer de hinanden.
Således fjernes rummelen uden at beskære frekvensområdet.
Figur 3 Afspilning med WYRE RIAA forforstærker med rummel cancellering aktiveret

Figur
3 viser samme indspilning som Figur 2, men her er RIAA korrektionen foretaget
med WYRE RIAA med rummel cancellering. Der er ikke fjernet en
eneste tone fra det indspillede signal. Kun den uønskede rummel er væk og det
indspillede signal står nu klart fordi det ikke længere bliver trukket skævt af
lavfrekvent støj.

De viste optagelser er foretaget ved hjælp Audacity og et
Creative Soundblaster externt lydkort. I Figur 2 er anvendt en WYRE RIAA uden rummel cancellering. I
Figur 3 er anvendt en WYRE RIAA med rummel cancellering aktiveret.

Se hvordan du kan erhverve WYRE RIAA her.



WYRE RIAA

Nye konstruktioner Posted on Tue, June 05, 2012 22:34:05

Gennem mit arbejde har jeg set rigtig mange forskellige
måder at konstruere forstærkere på og ladet mig inspirere af det.

Nelson Pass citerer Einstein for ”Things should be
made as simple as possible, but not any simpler”, og Nelson Pass fortsætter:
”Minimalisme udøver en stærk æstetisk tiltrækning og det er rimeligt at tro at
færre komponenter i signalvejen gør, at mere information kommer igennem med
mindre farvning af lyden. (Nelson
Pass, Arch Nemisis
http://www.passdiy.com/pdf/ARCH%20NEMESIS.pdf)

Jeg er tilhænger af denne
filosofi. Hvis man vælger gode komponenter og tager sig tid til at kontrolmåle
og sortere dem, er det ikke nødvendigt med selvkorrigerende mekanismer og
modkoblinger som skal opveje variationer i komponentværdier. Når jeg har konstrueret forstærkere, har jeg generelt lavet enkle
konstruktioner og jeg har opnået rigtig gode resultater med den fremgangsmåde.

WYRE RIAA forstærkere bygget efter samme
princip – få komponenter og ingen modkobling.

Til forstærkningen af det svage signal fra en pickup bruger
jeg nogle meget lineære og ekstremt støjsvage transistorer. Til selve RIAA-korrektionen har jeg valgt
polystyren kondensatorer. Desværre er
mange holdt op med at bruge denne komponent, for de produceres i dag kun få
steder og er derfor ret dyre. Men når man kun bruger få komponenter er der råd
til at bruge de allerbedste. Transistorer, kondensatorer og modstande bliver
målt og udvalgt for at sikre korrekt RIAA-korrektion og fuldkommen
kanalbalance.

Signalet forstærkes og korrigeres i henhold til RIAA-normen,
men bevarer sin integritet fordi det kun skal passere få komponenter.

Ved afspilning af gode optagelser kommer lyden til at stå
knivskarpt og både dynamikken og luftigheden i optagelsen er bevaret så det er
muligt både at lytte til helheden og at lytte efter enkelte instrumenter.

WYRE RIAA bygges på bestilling og tilpasses din pickup. Se hvordan du kan erhverve en WYRE
RIAA forforstærker her