Jump to content

Maria - ett RIAAsteg


tek

Recommended Posts

10 minutes ago, tek said:

Burkhard Vogel gör i 'The Sound of Silence' en beräkning att SNR (a-viktad?) att för en koppar-'MOTHER' som används vid framställning av vinylskivor med typen 'Direct Metal Mastering' ligger på runt 72dB. Så det är riktmärket, förstärkaren bör vara bättre än det för de flesta pickuper.

Jag har sett det nån gång. Bra.

 

Sedan är det väl i slutändan komponentval och komponentmatchning som avgör brusnivå, men jag är helt med på att man måste börja med att få en så bra krets som möjligt innan man irrar ner sig i komponentval.

 

 

11 minutes ago, tek said:

det fina i kråksången är att man kan göra det med en (nästan) ideal förstärkare i kretsen. Det går ju exempelvis inte för beräkning av distorsion.

Förstår.

IM-dist borde kanske gå att simulera?

 

Link to comment
Share on other sites

11 hours ago, calle_jr said:

Sedan är det väl i slutändan komponentval och komponentmatchning som avgör brusnivå,

 

Njaa, jag vet inte riktigt om jag är med på vad du menar. Visst kan man gå bort sig men det brukar inte vara alltför svårt att välja bra komponenter tycker jag då. Matchning kan bli ett problem om man väljer att parallellkoppla aktiva halvledare. Men i övrigt ser jag inget problem alls angående detta, iaf inte för återkopplade förstärkare som denna.

 

Dessa beräkningar tar egentligen upp komponentfysik, och 'brus' behandlas utifrån det perspektivet. 

 

11 hours ago, calle_jr said:

IM-dist borde kanske att simulera?

Nej. För denna typ av steg  bör IM-dist uppkomma från samma fenomen som ger harmonisk dist. Från olinjära aktiva komponenter i den stora lådan i schemat. Som är idealt i detta läge.

 

Om du tänker på Otalas TIM så ser jag det som en variant av klippning. Utgångsteget är idealt i detta läge och kan trycka ut obegränsat antal ampere än så länge och har obegränsad bandbredd.

Link to comment
Share on other sites

On 2019-08-02 at 23:15, tek said:

Njaa, jag vet inte riktigt om jag är med på vad du menar. Visst kan man gå bort sig men det brukar inte vara alltför svårt att välja bra komponenter tycker jag då. Matchning kan bli ett problem om man väljer att parallellkoppla aktiva halvledare. Men i övrigt ser jag inget problem alls angående detta, iaf inte för återkopplade förstärkare som denna.

Det understryks ofta, både för rör och transistor, hur viktigt valet är av vissa komponenter.

Typiska konsekvenser vid fel val är förhöjt brus.

Men om ett val ger brus och ett annat inte är ju förvisso inte komponenterna ekvivalenta, bevisligen :)

 

 

On 2019-08-02 at 23:15, tek said:

Dessa beräkningar tar egentligen upp komponentfysik, och 'brus' behandlas utifrån det perspektivet

Jag förstår.

 

 

Det jag främst tänker på är brus pga att vissa komponenter avviker mer från sina specar än andra, och att detta även beror på hur man använder dem.

Jag har sett att en del konstruktörer anger toleranser på komponentnivå i sina scheman, och det är inte ovanligt att man t.o.m anger fabrikat.

Kan du göra känslighetsanalys för brus genom att ange toleranser på komponentnivå?

Link to comment
Share on other sites


En annan sak jag tänkt på är att normalt anges frekvensgång för ett riaa med riaa-kodad "insignal".

Egentligen borde man ange frekvensgången i förhållande till riaa, speciellt med tanke på brus.

Basen kanske förstärks 60dB, medan diskanten bara förstärks 20dB.

Skillnaden i brus är ju då en faktor 100.

 

Och helt generellt borde det vara mycket enklare att få riaat "linjärt" (följa standarden) över 500Hz jämfört med under 500Hz.

 

Man borde alltså ange frekvensgång i förhållande till den här (bild från vinyltråden):

 

modulering-12.jpg

Link to comment
Share on other sites

On 2019-08-09 at 09:08, calle_jr said:

Det understryks ofta, både för rör och transistor, hur viktigt valet är av vissa komponenter.

Typiska konsekvenser vid fel val är förhöjt brus.

Men om ett val ger brus och ett annat inte är ju förvisso inte komponenterna ekvivalenta, bevisligen

 

Ja det spelar roll med vilka komponenter man väljer, dock olika mycket och jag vill inte hålla med om att det är 'komponenterna som avgör'.

 

Min bild är att vissa tillverkare understryker  vissa komponenters kvalité som ett sätt att sticka ut i en benhård konkurrens som skulle göra dess steg bättre än andra. Detta gör att komponenter överskattas när man talar om brus.

 

Topologi och dimensionering är lika viktigt. Kanske ännu viktigare då ingen komponent kan rädda en mindre bra dimensionering. Även ett trådlindat motstånd har lika mycket termiskt brus som ett gjort kolmassa. Med det sagt så i varje förstärkare måste vissa nyckelkomponenter ses över. Exempelvis ingångstrissan i detta RIAAsteg och ett par av motstånden. Men vilka det är återstår att se.

 

Hur mycket inverkan en komponent spelar roll beror på (utan inbördes ordning):

0. Komponenten (och teknologin som används)

1. Dess position i topologin.

2. kretsparametrar som förstärkning

3. Andra komponenter, det är ganska vanligt att en komponent dominerar vilket gör att flera komponenters brus 'göms'.

 

Link to comment
Share on other sites

Jag har kanske inte varit tillräckligt tydlig med att V,n,a och I,n,a där a står för 'amp' är förstärkarens ekvivalenta brus. När förstärkningen i ingångsteget är hög kommer V,n,a och I,n,a domineras av ingångstransistorn eller ingångsröret. Så uttrycket jag räknar ut kommer inte förändras beroende på vilken typ av halvledare (BJT, FET Eller rör) jag använder på ingången, däremot kommer värdet på V,n,a och I,n,a ändras beroende på om jag petar in en ecc83 eller BF862 eller vad det nu blir.

 

Exempelvis om jag använder nån typ av fälteffektstransistor på ingången blir I,n,a ~ 0A medan om jag stoppar in en BJT så har I,n,a ett värde som beror på hur mycket man biaserar transistorn.

Link to comment
Share on other sites

On 2019-08-09 at 09:08, calle_jr said:

 

Det jag främst tänker på är brus pga att vissa komponenter avviker mer från sina specar än andra, och att detta även beror på hur man använder dem.

Jag har sett att en del konstruktörer anger toleranser på komponentnivå i sina scheman, och det är inte ovanligt att man t.o.m anger fabrikat.

On 2019-08-09 at 09:08, calle_jr said:

 

 

 

Ja det är vilket ett arbetssätt man föredrar. Jag föredrar att hålla BOM:en i ett excelark vid sidan om. Ibland gör jag noteringar i schemat för att inte glömma nåt. Schema+BOM+layout är liksom hela beskrivningen av projektet. Det enda man faktiskt klarar sig utan är schemat, en del gör layout utan schema.

 

 

Link to comment
Share on other sites

On 2019-08-09 at 09:08, calle_jr said:

Kan du göra känslighetsanalys för brus genom att ange toleranser på komponentnivå?

 

Inte per automatik, nej. Ska det göras så måste manuellt. 

 

För motstånd kommer inte det påverka SNR nämnvärt om värdet avviker några procent. Det beror dock på lite positionen. Jag köper dock endast 1% eller bättre för signalmotstånd. Transistorer är svårare då det specarna är rätt dåliga. 

 

På nätet ser man sällan fullständiga analyser av brus för diverse projekt. Jag har aldrig sett någon känslighetsanalys alls för brus. Vad det beror på vet jag inte, men det kan bero på att brus är lite udda övning. Det var inget jag inte lärde mig på universitetet utan fått lära mig själv.

 

Knappt mätningar för brus har jag inte heller sett för den delen. Jag har för övrigt inte mätapparutur som behövs utan får förlita mig på marginal.

 

 

Link to comment
Share on other sites

 

1 hour ago, tek said:

Ja det spelar roll med vilka komponenter man väljer, dock olika mycket och jag vill inte hålla med om att det är 'komponenterna som avgör'.

 

Min bild är att vissa tillverkare understryker  vissa komponenters kvalité som ett sätt att sticka ut i en benhård konkurrens som skulle göra dess steg bättre än andra. Detta gör att komponenter överskattas när man talar om brus.

Ok.

Det jag menar är tex om en strömkälla i kretsen ska leverera X mA, och så visar det sig att den inte gör det, eller ännu värre att det fladdrar. Alltså något som är helt komponentberoende.

 

Link to comment
Share on other sites

On 2019-08-09 at 10:21, calle_jr said:


En annan sak jag tänkt på är att normalt anges frekvensgång för ett riaa med riaa-kodad "insignal".

Egentligen borde man ange frekvensgången i förhållande till riaa, speciellt med tanke på brus.

Basen kanske förstärks 60dB, medan diskanten bara förstärks 20dB.

Skillnaden i brus är ju då en faktor 100.

 

Och helt generellt borde det vara mycket enklare att få riaat "linjärt" (följa standarden) över 500Hz jämfört med under 500Hz.

 

Man borde alltså ange frekvensgång i förhållande till den här (bild från vinyltråden):

 

modulering-12.jpg

 

jag ser inget problem att visa som ovan, man brukar väl visa med en RIAAkodad insignal för att det blir lätt att visa på felet mot det 'ideala'.

 

----------

För att räkna på SNR måste man dock ta hänsyn till signalens storlek map frekvens, dvs en RIAAkodad signal, annars blir det fel.

 

Link to comment
Share on other sites

On 2019-08-10 at 19:52, calle_jr said:

 

Ok.

Det jag menar är tex om en strömkälla i kretsen ska leverera X mA, och så visar det sig att den inte gör det, eller ännu värre att det fladdrar. Alltså något som är helt komponentberoende.

 

 

Det kan bli ett problem, kretsen är designad för att köra med en viss biasering vilket kommer ändra kretsparametrarna. Man måste designa strömkällan så att den är stabil, alternativt att kretsen inte påverkas så mycket. Allt beror på hur strömkällan används och vad den biaserar. Det samma gäller brus, det kan det ge stor skillnad till i princip ingen skillnad.

 

Strömkällor är ju tillverkade av halvledare och kanske motstånd, eller bara av motstånd. Båda dessa har ju ett egenbrus som också kanske påverka kretsen beroende på hur de avviker från nominellt.

Link to comment
Share on other sites

inputStage_v1_mcsut_noise.jpg

 

 

Om man "samlar" alla bruskällor i kretsen till att hamna i serie med Vn,a så får man uttrycket:

 

image.png

 

där 

 

image.png

 

och

 

image.png

 

 

För den intresserade kan man tyda utifrån uttrycket hur mycket för varje bruskälla (och därmed komponent) se hur mycket den påverkar. Exempelvis bruskällan från motståndet Rf kommer synas på ingången som 1/Hinf(s), dvs dämpas med lika mycket som förstärkningen i kretsen map frekvens. I detta fallet kommer den dämpas med ungefär 60dB för låga frekvenser och från 1kHz och uppåt dämpas med 40dB.

 

Uttrycket är beräknat under förutsättningen att SUT:en tillsammans med pickup och ingången på RIAAsteget har liten avvikelse från idealt. Det vill säga att till ingången på förstärkaren i punkt A är spänningen N*Vpu*H1(s), detta bör stämma hyfsat väl så länge man inte valt helt fel SUT till den pickup man planerar att använda. Det är också där SNR kommer beräknas, direkt på plus-ingången på förstärkaren.

 

I beräkningarna i kommande inlägg kommer kombinationer av SUT och pickuper som är direkt fel att undvikas, men ett visst beräkningsfel kan förväntas då en del SUT:ar både har avsevärd läckinduktans och lindningskapacitans vilket kan behövas tas i beaktande. Det blir dock svårt att veta då det man sällan eller aldrig sett mätningar på SUT:ar från hifi-tillverkare. Detta gör att parametrar som läckinduktans och lindningskapacitans inte är kända om man inte mäter dem själv.

 

Dessutom förutsätts att AC-kopplingskondensatorn Cdc i schemat är så pass stor att den inte påverkar frekvensgången nämnvärt. Detta är ett mindre problem då detta är någonting som väljs av mig och således något som vi har kontroll över.

Det blir ett rätt stort uttryck, detta skulle kunna förenklas men då jag inte planerar att räkna ut detta för hand gör det inte så mycket i detta läge.

 

Några kommentarer om uttrycket ovan

1.       Bruspänningen från vald halvledare på ingångsteget kommer påverka SNR avsevärt, det är för den mer insatte självklart men jag tycker det bör poängteras

2.       För att strömbruset från valda halvledare inte ska påverka ska R1, R2 och R3 gärna hållas till låga värden.

3.       För att bidraget från SUT:en ska hållas till ett minimum bör den primära lindningsresistansen vara mycket lägre pickupens resistans. Den sekundära lindningsresistansen bör vara mycket lägre än pickupens resistans multiplicerat med SUT:ens omsättning i kvadrat. Detta beror dels på att termiska bruset från lindningsresistanserna är direkt i serie med pickupen, dels för att impedansen mot källan ökar vilket kommer öka bidraget från lastresistansen (ofta 47k) men även strömbruskomponenten från halvledaren i ingångsteget.

4.       Bidraget från det motståndet (Rf) i det passiva filtret på utgången kommer inte påverka nämnvärt

Link to comment
Share on other sites

17 hours ago, calle_jr said:

:tongue:

 

VnXX är väl enbart mätpunkter allihop, eller hur?

 

 

Njaaee. Det kan man säga, om du menar att om du mäter upp varje enskild komponents brusspänning och använder det som en spänningskälla/strömkälla.

 

Man ska snarare se det som att eftersom olika komponenters brus i mångt och mycket är kända, och eftersom brus inverkar på kretsen som en spänningskälla/strömkälla som genererar en slumpmässig spänning/ström i serie/parallell med varje komponent som genererar bruset,

 så kan man modellera det som en spänningskälla alternativt strömkälla på komponentbasis och faktiskt se vad det har för inverkan på SNR. Annars kan vi inte säga hur stor inverkan en enskild komponent har i slutändan.

 

Alltså så varje komponent har en spänningskälla och/eller en strömkälla som avspeglar dess beteende angående brus.

 

Så för ett motstånd: V,nRx= 1+2

1. Johnson Brus - sqrt(4*k*T*R)  där R -motståndsvärdet i ohm, T temperatur i Kelvin, k är Boltzmanns konstant.

2. Excess noise - biasberoende/teknologiberoende

 

Om vi tar motståndet Rf så kommer den endast generera Johnsson-Brus då den inte har någon DC-Bias, dvs Idc=0.

 

17 hours ago, calle_jr said:

Vad är det som skapar brus i en halvledare?

Det är flera fenomen som är komponentberoende. Jag tänkte gå igenom vilka halvledare jag övervägt i nästa inlägg och då kan vi ta upp det.

 

-------------------:

Jag har översatt Thermal Noise till Termiskt Brus i alla inlägg ovan, vilket är en felaktig/klantig översättning så hädanefter med start i detta inlägg kommer jag skriva engelskan Thermal eller Johnson Noise/Brus.

 

 

Man får läsa 'Thermal' där jag skrivit 'termiskt'. Jag tänker inte ändra inläggen.

 

Link to comment
Share on other sites

Ok.

Då förstår jag på ett ungefär.

VnXX läggs till i modellen eftersom komponenterna är ideala.

 

1 hour ago, tek said:

Jag har översatt Thermal Noise till Termiskt Brus i alla inlägg ovan, 

Jag förstod precis vad du menade, och ser inte att det är fel.

Tolkar det som brus som uppkommer i samband med en termisk energiomvandling, dvs en temperaturförändring.

Link to comment
Share on other sites

  • 1 month later...
On 2019-08-09 at 09:21, calle_jr said:


En annan sak jag tänkt på är att normalt anges frekvensgång för ett riaa med riaa-kodad "insignal".

Egentligen borde man ange frekvensgången i förhållande till riaa, speciellt med tanke på brus.

Basen kanske förstärks 60dB, medan diskanten bara förstärks 20dB.

Skillnaden i brus är ju då en faktor 100.

 

Och helt generellt borde det vara mycket enklare att få riaat "linjärt" (följa standarden) över 500Hz jämfört med under 500Hz.

 

Man borde alltså ange frekvensgång i förhållande till den här (bild från vinyltråden):

 

modulering-12.jpg

@tek

I nedan länk ser man anledningen till varför ovanstående är bra att titta på.

Med tanke på högfrekventa resonanser är det ju inte så smart att använda den fjärde tidskonstanten (enhanced riaa).

:39:

Däremot är det smart att använda den för mastring.

 

https://www.euphonia-audioforum.se/forums/index.php?/forums/topic/12193-vinylspelare-en-fråga-om-inställning/&do=findComment&comment=247199

 

 

Link to comment
Share on other sites

3 hours ago, calle_jr said:

@tek

I nedan länk ser man anledningen till varför ovanstående är bra att titta på.

Med tanke på högfrekventa resonanser är det ju inte så smart att använda den fjärde tidskonstanten (enhanced riaa).

:39:

Däremot är det smart att använda den för mastring.

 

https://www.euphonia-audioforum.se/forums/index.php?/forums/topic/12193-vinylspelare-en-fråga-om-inställning/&do=findComment&comment=247199

 

 

 

Snyggt jobbat!

 

Tänker mig att en masteringstekniker med skulle kunna eq:a dit de 4 polerna för att få med detta, eller iaf de första 2. Hur mycket avviker det om du byter pu, till exempel en MM av valfri sort?

 

Dina beräkningar tyder på ett ganska högt Q-värde, iaf Q>1, dvs magnituden ökar innan den sluttar. Ett enkelt nollställe skulle nog bara försämra som du skriver, men om man visste Q-värdet och frekvens skulle man kunna tuna ut det med ett dubbelnolla, dvs inversen av parallellresonansen. Det är överkurs, och kräver att vinylen i ens samling beter sig hyffsat lika, men det kanske den gör?

 

Link to comment
Share on other sites

7 hours ago, tek said:

Hur mycket avviker det om du byter pu, till exempel en MM av valfri sort?

Den första puckeln styrs av nålens massa och LP-materialet (se nedan). Nålens massa på MM av valfri sort är oftast högre än för Lyra, så puckeln kommer längre ner i registret.

 

 

7 hours ago, tek said:

Dina beräkningar tyder på ett ganska högt Q-värde, iaf Q>1,

Ja. Jag har inte laborerat med olinjär dämpning i beräkningarna, utan diskuterar bara detta lite senare i tråden, och i praktiken kommer detta in högfrekvent. Så kallat skanningsförluster. Du har helt rätt och skanningsförlusterna påverkar sannolikt även Q. Men jag är ganska säker på att en Lyra är underdämpad.

Man ska såklart tänka på att när man mäter i den elektriska kretsen kommer även andra fenomen in, exvis magnetism och den elektriska kretsens impedanser. Detta är den råa mekaniska spänningskällan.

 

 

7 hours ago, tek said:

Det är överkurs, och kräver att vinylen i ens samling beter sig hyffsat lika, men det kanske den gör?

LP-material skiljer nog för mycket för att det ska vara värt.

Det skulle vara intressant att mäta några olika LP, men det inbegriper ganska knepig kontaktmekanik under dynamiska förhållanden.

Vi allihop ställer ju oftast in våra spelare efter en modern test-LP, och det kan vara intressant att ta med någon gammal CBS eller Brüel & Kjaer.

Link to comment
Share on other sites

  • 4 weeks later...
  • 3 weeks later...

Jag har latat mig med att renskriva beräkningarna så för att det inte ska gå alltför långt mellan inläggen visar ett principschema över kraftdelen. Det är ett linjärt, reglerat nätaggregat med ett ganska överdimensionerat ingångsfilter för applikationen.

 

Nätaggregatet är fördelat över 3 mönsterkort. Detta schema visar inte alla komponenter, exempelvis visas endast glättningen som två kondensatorer, dessutom visas heller inga avkopplingskondensatorer. Schemat  nedan är ritat utifrån ett funktionellt perspektiv.

 

Varje kanal har separat matning: likriktning, glättning och reglering men kanalerna delar ingångsfilter.

 

Delarna består i:

1. Ingångsfilter, mönsterkort med av/på-knapp, diff och cm filtrering, ingångsäkring huserar på ett mönsterkort.

2. Likrikning och glättning och reglering sker på ett separat mönsterkort. Regleringen sker via LM317 / LM337. Dessa kretsar har en mycket bra ripple rejection över audiobandet.

3. Det sista steget är "ripple eaters" (Q1-Q4), de är placerade på samma mönsterkort som själva förstärkaren. RIAAsteget matas av ett par transistorer och rumble/utgångsbuffrarna matas av ett annat par transistorer.

 

PSU_191031.jpg

Link to comment
Share on other sites

2 hours ago, AlfaGTV said:

Härligt @tek! Suveränt att du låter oss både följa och se framstegen! :77:

Tack!!

 

Kul att du hänger med.

 

Ovanstående bilder skvallrar lite väl mycket om att bygget kommit mycket längre än tråden visar, men vi kan låtsas att det är realtid... :)

 

Link to comment
Share on other sites

Jag fortsätter gå lite i förväg här.

 

Detta är sista mönsterkortet jag gjort till detta RIAAsteg. Nån gång vill jag ha en skivspelare med plats för mer än en tonarm, dock inte ha fler RIAAsteg så detta mönsterkort ger möjlighet att koppla in 3 pickuper.

 

Kortet är enkelt, ett par reläer som styrs av en vridomkopplare på fronten. Jag gillar reläer då det sätter lägre krav på vridomkopplaren i fronten, de har dessutom låg resistans. Nackdelen är att de kostar en del. Vridomkopplaren switchar bara mellan 3 styrsignaler som styr reläerna. Endast en kanal visas i schemat nedan.

 

InputBoard.jpg

 

Kortet ser ut som nedan.

IMG_20191107_220229-1024x766.jpg

 

Link to comment
Share on other sites

On 2019-11-08 at 11:40, calle_jr said:

 

Kul att se.

Detta utesluter ju inte att ge ingångarna olika egenskaper om man vill det. Tex olika last eller t.o.m förstärkningsomfång.

 

Ja man kan ändra iaf vissa saker om det behövs, det skulle behöva en ny kortvända, men det är ju en mindre sak.

 

On 2019-11-08 at 11:40, calle_jr said:

 

Ursäkta min okunskap, men vad är Vdd? Är det styrspänning till reläerna?

 

 

Vdd är matningen till relästyrninge. Vdd betyder egentligen matning till drain till en FET på en IC-krets. Dessa är kanske lite gammalmodiga och inget jag brukar använda själv speciellt ofta. Jag var bara lite för lat för att fixa en egen symbol.

 

 

Link to comment
Share on other sites

När man är inne på detta kort så har det för närvarande ytterligare en viktig funktion. Jag har hittils endast testa med labbagg och inte separata matningar. Jag har haft brumproblem av och till i min setup på skivspelaren, hittils har dessa problem löst sig när jag flyttat RIAA och SUT längre ifrån försteg och slutsteg men hur det blir nu med separata matningar är jag inte riktigt säker på. Min mockup/prototyp har inte haft en riktig låda där alla sådana här saker har kunnat utredas ordentligt utan det blir i närtid.

 

 

Så här är utgångsläget när jag nu är i färd att sätta ihop alla delar i en bättre låda.

- PE / Chassi är inte anslutet till signaljord, det finns möjligheteter att göra det på lite olika ställen, ingångskort, PSU osv

- Signaljord vänster / signaljord höger är endast knutna till varandra i en punkt nämligen på ingångskortet direkt på ingången. Utgångarnas referens är inte knutna till denna punkt.

 

 

 

 

 

 

grounding.jpg

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

×
×
  • Create New...