Sign in to follow this  
tek

Maria - ett RIAAsteg

Recommended Posts

För ungefär 7-10 år sedan, jag minns inte exakt så började jag skissa på ett RIAAsteg utav av intresse av brus i elektriska kretsar. Det stannade på beräkningstadiet då jag vid den tiden var säker på att jag aldrig skulle skaffa en vinylsvarv. Det resulterade dock i en hörlursförstärkare.

 

För några år sedan, troligen på grund av att jag hjälpte @calle_jr och @Peo att simulera/modellera några mindre delar till artikelserien om vinylavspelning blev jag intresserad och min första svarv införskaffades. För ett tag sedan så återupptogs grävde jag upp mina anteckningar igen och projektet startades igen. Det är nu på slutspurten  och jag tänkte redovisa intressanta delar här.

 

Jag hade ganska löst formulerade tankar angående steget från start:

 

- väldigt lågt egenbrus

 

- I huvudsak diskret uppbyggt

 

- Fast förstärkning (MM). Jag trodde vid starten att jag endast skulle använda MM pickuper till min vinylspelare. Återigen, saker förändras med tiden. Att jag nu använder en MC pickup förändrar inget då jag gett mig in på att linda SUT:ar, det kanske blir en tråd utav det med.

 

- låg mängd återkoppling, dvs lite 'sladdrig' feedbackloop. Lite som ett rörsteg 

 

Detta enkla blockdiagram visar min plan i början. 

 

image.png

 

- steg 1 med riaakorrektion med all förstärkning

- steg 2 är ett rumblefilter, där man kan styra gränsfrekvensen på högpassfilter med några switchar. Man skulle kunna lägga rumblefiltret som en del av ingången på steg1 men jag ville hålla ingången så 'ren' som möjligt.

- steg 3 är ett drivsteg för att driva kabeln till försteget, och ge hög impedans så att rumblefiltret får samma beteende oavsett kabel och ingångsimpedans på förförstärkaren. Det är således ett rent buffersteg.

Allt blev kanske inte som tänkt i detta läge men detta var huvuddragen när detta startade.

 

Nästa steg är val av RIAAkorrektion

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 2019-05-31 at 16:27, tek said:

Man skulle kunna lägga rumblefiltret som en del av ingången på steg1 men jag ville hålla ingången så 'ren' som möjligt.

Eller komplettera riaa-eq med en tidskonstant, exvis 10ms, så att rumblefilter inkluderas i riaa-kretsen.

Jag antar det finns en anledning att ingen gör så?

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 2019-06-02 at 07:28, calle_jr said:

Eller komplettera riaa-eq med en tidskonstant, exvis 10ms, så att rumblefilter inkluderas i riaa-kretsen.

Jag antar det finns en anledning att ingen gör så?

 

Jag antar att du menar att man lägger filtret i samma steg som RIAAkorrektionen. För man kan dela upp det mellan olika steg och ändå få önskad kurva, utifrån ett black box perspektiv. Men visst, det finns inget som hindrar en att göra så.

 

Jag resonerar så att rumblefiltret avslaget är liksom 0-nivån. Att det ska helst vara avslaget.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 hours ago, tek said:

Jag antar att du menar att man lägger filtret i samma steg som RIAAkorrektionen.

Ja.

Att få med ett högpassfilter från säg 16Hz i samma krets som riaa-korrektionen.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, calle_jr said:

Ja.

Att få med ett högpassfilter från säg 16Hz i samma krets som riaa-korrektionen.

 

Det går absolut, beroende på vilken koppling man valt så kan man göra det svårare eller lättare för sig.

 

Exempelvis en icke-inverterad koppling med ett helt aktivt RIAA försöka klämma in högpassfiltret i återkopplingsloopen kan vara opraktiskt. Detta då minsta förstärkningen är 1 för en sådan förstärkarkoppling, vilket gör att; oavsett vad du gör får ett nollställe nånstans vid x Hz ,0dB (efter magnitudkurvan) med ökande förstärkning mot den valda förstärkningen (RIAAkorrektionen). Realiseringen är inte självklar, beroende om man använder återkopplingsnätet för biasering också, som i mitt fall.

Då är det lättare att hänga på filtret direkt på utgången (eller ingången), och då kan man åstadkomma mer dämpning än ner till 0dB.

 

Använder man en icke-inverterande koppling så bör det gå bra, men en sån koppling kan vara opraktiskt för en MM eller MC+SUT av andra skäl.

 

Använder man ett passivt RIAA eller aktivt-passivt RIAA så blir det enklare. Då bör det vara bara att hänga på existerande nätverk, möjligtvis med en lite tuning då.

 

Finns det ingen tillverkare som gör detta? Rumble kanske inte är så stort problem generellt?!

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, tek said:

Rumble kanske inte är så stort problem generellt?!

Jag sticker in en "kill-gissning";

Jag tror att de flesta, som du var inne på, helst undviker filter. De RIAA jag provat som haft möjligheten har jag generellt föredragit att lyssna till utan detta filter inkopplat. Dessutom tror jag (mycket gissningar nu! ;) ) att där Rumble ÄR ett problem, där är det sällan man har det frekvensomfånget på återgivningen. Alltså, i samband med billigare spelare med sämre lager eller mindre fokus på att eliminera problemet är det sällan man har full återgivning i oktaverna under 100Hz vilket i sig undanröjer problemet.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Rumble-filter tycker jag låter omodernt, det är snarare subsonic-filter som diskuteras. Moderna och bra skivspelare har inte rumble som går att filtrera men buckliga skivor finns och det kan ge upphov till stora membranrörelser. Det gäller främst högtalare som inte lastar elementet under en viss frekvens och det är i stort sett alla utom slutna lådor.

 

Jag tycker att det kan vara lämpligt att ha ett inkopplingsbart subsonic-filter i ett RIAA om det inte finns i förförstärkaren. En liten påverkan av ljudet ger det nästan alltid så därför är det bra om det kan väljas bort.

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 2019-06-03 at 19:52, AlfaGTV said:

Jag sticker in en "kill-gissning";

Jag tror att de flesta, som du var inne på, helst undviker filter. De RIAA jag provat som haft möjligheten har jag generellt föredragit att lyssna till utan detta filter inkopplat. Dessutom tror jag (mycket gissningar nu! ;) ) att där Rumble ÄR ett problem, där är det sällan man har det frekvensomfånget på återgivningen. Alltså, i samband med billigare spelare med sämre lager eller mindre fokus på att eliminera problemet är det sällan man har full återgivning i oktaverna under 100Hz vilket i sig undanröjer problemet.

 

Att "killgissa" är helt okej i denna tråd. Får du för dig att "gubbgoogla" är är det också okej i om andan faller på. :)

 

Jag har endast gjort en del snabba lyssningstester tester och har märkt ganska liten eller ingen skillnad, på båda skivspelarna jag äger. Mina dipoler LX521 spelar heller heller inte avgrundsdjupt, vid 20Hz hör jag knappt nåt, jag upplever det som de faller brant runt 30Hz-40Hz. Det skulle kunna vara en anledning till att jag inte upplever problemet. Även om mina spelare skulle ha en del rumble så kanske jag inte hör det ändå.

 

On 2019-06-04 at 07:20, MatsT said:

Moderna och bra skivspelare har inte rumble som går att filtrera men buckliga skivor finns och det kan ge upphov till stora membranrörelser.

 

De spelare där rumble faktiskt specas brukar vara runt -60dB till -70dB vilket är lågt, troligtvis inte hörbart.

 

Med slitna lager bör det öka. Vad menar du att det inte går att filtrera eller inte finns? 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
20 hours ago, tek said:

De spelare där rumble faktiskt specas brukar vara runt -60dB till -70dB vilket är lågt, troligtvis inte hörbart.

 

Med slitna lager bör det öka. Vad menar du att det inte går att filtrera eller inte finns? 

 

Det är sällan man hör rumble från en spelare som har -70dB (vägt värde) men -60dB hörs ibland beroende på musikval. Det brukar ofta vara högre störnivå från skivan än från skivspelaren och visst hörs det en hel del av lågfrekventa störningar vid skivavspelning men det brukar "försvinna" när musiken börjar flöda. Just det att störningarna försvinner bakom musiken är anledningen till att jag inte ser någon vits med rumble-filter, de kommer att påverka musiken lika mycket som störningen man vill få bort såvida musiken inte är basfattig men även i det fallet ser jag inte vitsen med filter som rullar av hörbar bas.

 

Lågfrekvent information som inte är hörbar kan man ju med fördel filtrera bort och då är det subsonic-filter som gäller.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Anledningen till ett sådant filter är väl för att skydda högtalarna från mekaniska skador mer än ljudligt plåster? Det är vad jag alltid trott syftet vara i alla fall.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
14 hours ago, MatsT said:

 

Det är sällan man hör rumble från en spelare som har -70dB (vägt värde) men -60dB hörs ibland beroende på musikval. Det brukar ofta vara högre störnivå från skivan än från skivspelaren och visst hörs det en hel del av lågfrekventa störningar vid skivavspelning men det brukar "försvinna" när musiken börjar flöda. Just det att störningarna försvinner bakom musiken är anledningen till att jag inte ser någon vits med rumble-filter, de kommer att påverka musiken lika mycket som störningen man vill få bort såvida musiken inte är basfattig men även i det fallet ser jag inte vitsen med filter som rullar av hörbar bas.

Ok, då är jag med vad du menar. Det är min erfarenhet också. 

 

Dock skulle jag kunna tänka mig, att en anledning till varför man skulle vilja ha sina filter inkopplade även om man själv inte hör själva rumble från motorn skulle man kunna tänka sig ett störningar tillsammans med musiken skapar intermodulationsdist.

 

Det är lite vagt argument kanske, då intermodulationen bör ha sina peakar på ganska låga värden. Måhända skulle man kunna uppleva musiken som lägre skärpa, mer otydligt eller nåt i den stilen. Som jag skrev tidigare är det inget jag upplevt själv. 

 

Jag har valt att lägga mina filter vid ganska låg frekvens hittils då de påverkar korrektionen negativt. Efter lite googlade verkar subsonic filter ligga runt 20Hz. Jag ska fundera på huruvida jag vill höja detta, men min första tanke är att jag hellre slänger skivan som producerar skräp än spelar den om det kräver ett HP-filter vid 20Hz. :)

 

Hittade en mätning som jag gjort på RIAAt där två switchar styr gränsfrekvensen på ett HP-filter. Egentligen hade jag tänkt vänta att visa detta men då diskussionen kom upp...

left.PNG

 

Röd - ideal Riaakorrektion

Orange - Maria med Rumble avstängd

Lila, grön, blå - Maria med olika nivåer av rumblefiltret påslaget

 

Den oranga kurvan mellan 5-10Hz är troligtvis ett resultat av överstyrning.  Det är lite svårt att få till en vettig mätning utan att överstyra för låga frekvenser och få lågbrusiga mätningar vid högre frekvenser.

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

Subsonic eller rumble filter är väl i princip olika namn på samma sak, med syfte att filtrera lågfrekventa vibrationer oavsett var de kommer ifrån.

16 Hz ska brytfrekvensen vara :)

 

 

9 hours ago, tek said:

Röd - ideal Riaakorrektion

Orange - Maria med Rumble avstängd

Lila, grön, blå - Maria med olika nivåer av rumblefiltret påslaget

 

Den lila kommer se perfekt ut med alla vinylriggar, och jag undrar fortfarande varför man inte kompletterar med en 10ms tidskonstant till direkt i riaa-kretsen. Det borde ha klara fördelar.

Jag funderade faktiskt på om man inte kunde skapa ett subsoniskt filter redan i transducern, men jag vet inte hur.

 

Jag tror det är som MatsT skriver att det blev omodernt i hifi-kretsar.

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 hours ago, tek said:

Efter lite googlade verkar subsonic filter ligga runt 20Hz. Jag ska fundera på huruvida jag vill höja detta, men min första tanke är att jag hellre slänger skivan som producerar skräp än spelar den om det kräver ett HP-filter vid 20Hz. :)

 

Jag undrar om du inte har ett filter i dina Linkwitz-system som tar hand om problemet redan? Det är bra att ha ett HP-filter vid cirka 16Hz som vi kan kalla det för att undvika förvirring om högtalarna är obelastade vid frekvenser under resonansfrekvensen (t.ex dipoler och basreflex). Det är för att undvika stora membranrörelser orsakade av buckliga skivor (även normala). Råkar man stöta till något på en skivspelare med volymratten uppvriden är det också bra om filtret finns.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nästan. 

Jag har en switch för ifall man har extern subwoofer, sub-cut. Minns inte vart den lägger sig men bör vara 40-80Hz nånstans. Minns det som att det är ganska låg frekvens.

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 2019-06-08 at 05:57, calle_jr said:

 

Subsonic eller rumble filter är väl i princip olika namn på samma sak, med syfte att filtrera lågfrekventa vibrationer oavsett var de kommer ifrån.

16 Hz ska brytfrekvensen vara :)

 

 

Den lila kommer se perfekt ut med alla vinylriggar, och jag undrar fortfarande varför man inte kompletterar med en 10ms tidskonstant till direkt i riaa-kretsen. Det borde ha klara fördelar.

Jag funderade faktiskt på om man inte kunde skapa ett subsoniskt filter redan i transducern, men jag vet inte hur.

 

Jag tror det är som MatsT skriver att det blev omodernt i hifi-kretsar.

 

Eftersom jag har två switchar som styr detta skulle jag kunna implementera både filtertyperna. Jag ska på detta senare. 

 

Vilka är fördelarna du tänker dig förutom då just när man har problem med lågfrekventa störningar eller buckliga skivor?

 

En fördel jag kan tänka mig är att som kund 'vet' hur korrektionen beter sig även mot lägre frekvenser. Men då bör den kopplingen komma in i standarden, och tillverkare ska följa densamma.

 

Tänker mig som det är nu är att det är rimligt att optimera för en bra spelare och fina skivor, med avslagbara filter för de fall då det är problem.

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 2019-06-08 at 07:54, MatsT said:

 

Jag undrar om du inte har ett filter i dina Linkwitz-system som tar hand om problemet redan? Det är bra att ha ett HP-filter vid cirka 16Hz som vi kan kalla det för att undvika förvirring om högtalarna är obelastade vid frekvenser under resonansfrekvensen (t.ex dipoler och basreflex). Det är för att undvika stora membranrörelser orsakade av buckliga skivor (även normala). Råkar man stöta till något på en skivspelare med volymratten uppvriden är det också bra om filtret finns.

 

Jag svarar på detta igen:

 

Ja du har rätt jag har ett inkopplingsbart filter för just detta ändamål när jag kollar efter.

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 hours ago, tek said:

Vilka är fördelarna du tänker dig

Ett filter som eliminerar allt subsoniskt är ju såklart positivt.

Att integrera ett sådant filter direkt i riaa-korrektionen borde vara en fördel. All in one go, så att säga.

Det borde väl vara en fördel för riaat att slippa förstärka under 20Hz?

 

Ett fenomen med buckliga skivor som man ofta glömmer är att det får nålen att röra sig framåt och bakåt, som ett slags scratchfenomen. Detta kan ge flera procents distorsion även med måttligt ojämna skivor. Ofta ännu mer eftersom det ofta ligger i närheten av tonarmsresonans vilket boostar scratchfenomenet.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 hours ago, calle_jr said:

Ett filter som eliminerar allt subsoniskt är ju såklart positivt.

Att integrera ett sådant filter direkt i riaa-korrektionen borde vara en fördel. All in one go, så att säga.

Det borde väl vara en fördel för riaat att slippa förstärka under 20Hz?

 

Ska man ändå upp till x dB vid någon frekvens så brukar det inte svårare att nå dit för låga frekvenser. Förstärkningen brukar vara hög upp till en frekvens då den börjar rulla av för de flesta halvledare. Det kanske går att hitta specialfall dock.

 

Det går dock säkert att hitta andra fördelar, jag kan komma på några men ingen riktig killer. Som jag skrev tidigare är det inte nödvändigtvis lättare att integrera ett HP-filter, det beror lite på vilken topologi man valt.

 

Om man kikar RIAAkorrektionen (lyckas inte länka bilden) från Wikipedia  visar de en bildfrån 20Hz till 20kHz. Om man lägger till ett första ordningens HP-filter vid 16 eller 20Hz så får du då också en avvikelse mot definitionen. Om du har ett HP-filter vid 20Hz kommer du ha en avvikelse på några dB från RIAAkorrektionen vid 20Hz, lite lägre om du lägger den vid 16Hz. Felet kommer minska med ökande frekvens. Det är nog helt ok för somliga och oacceptabelt för andra.

 

Att det inte finns nån entydig definition av vad exempelvis en AC-koppling (dvs HP-filter) är så om du tar en hel audiokedja och lägger ihop alla sådana så blir bildar de tillsammans en större dämpning. I vissa fall kommer sub-sonic/Rumblefiltret vara det klart begränsande.

 

I andra fall om man använder exempelvis vissa typer av rörprylar där man har en ganska frikostig syn på vad AC-koppling är med gränsfrekvenser på 10-15Hz, då får man en annan respons, och man börjar 'äta' på totala responsen. Det är säkert ok för somliga, men inte för andra.

 

Därtill att alla skivor är i olika skick och skivspelare har olika grader av störningar. Så för vem ska man optimera... ?

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 hours ago, tek said:

 för vem ska man optimera... ?

Om det inte förenklar topologin och om det inte avlastar förstärkningen, så är switch det självklara valet.

 

Min tanke var att -3dB vid 16Hz ger en väldigt liten avvikelse från definitionen även med ett 1:a ordningens filter.

Målsättningen är att det i praktiken blir mer high fidelity för en normal skivsamling.

 

Ska du välja enhanced RIAA?

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 hours ago, tek said:

Så för vem ska man optimera... ?

 

Som jag ser det är det högtalarna. Det är där problemen kommer, i RIAA-steget blir det knappast jättehöga nivåer under 20 Hz om man inte stöter till skivspelaren och då låter det inte bra hursomhelst.

 

Jag tycker inte att 1:a ordningens filter är optimalt för ett subsonic-filter, det påverkar långt över sin brytfrekvens och ganska lite under den trots allt. Med brantare filter kan man få rak frekvensgång ned till 20Hz och betydligt bättre dämpning nedåt i frekvens. Alla filter påverkar så urkopplingsbart kan vara en fördel.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 2019-06-11 at 06:59, calle_jr said:

Ska du välja enhanced RIAA?

 

Nej eller Nja, när jag startade hade jag inte ens hört talas om det faktiskt. Tror du nämnde det första gången för mig. Det finns möjlighet att i rumblefiltret lägga in en extra pol utan att behöva strappa och ha komponenter i luften. Enligt denna skulle det inte räcka utan det krävs nåt maffigare för att "på riktigt" komma tillrätta med problemet, men jag tror inte de tillverkare som implementerat eRIAA gjort så.

 

On 2019-06-11 at 06:59, calle_jr said:

Min tanke var att -3dB vid 16Hz ger en väldigt liten avvikelse från definitionen även med ett 1:a ordningens filter.

Målsättningen är att det i praktiken blir mer high fidelity för en normal skivsamling.

Jag håller med, men vill heller inte stänga in mig. Därav möjligheten att lägga till några poler med en switch. Switchen styr dessutom ett relä så längd och dylikt på kablar till switcharna och blir en icke fråga.

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Det kommer bli en del inlägg relaterat till begreppet ”brus”, vilket inte är så konstigt då det är ett RIAAsteg som konstrueras. Även om vi inte riktigt är på den nivån än att börja beräkna SNR (signal to noise ratio) än så gör jag en del val vilket baserat på förstärkarens egenskaper gällande brus så det är rimligt att jag visar modellen jag använder. Tanken är att åskådliggöra processen i ett slags miniformat för att underlätta förståelsen för designvalen.

 

Det är lämpligt att börja se på brus i redan i detta stadiet för att signalen är som lägst i början och därmed blir första förstärkningsteget viktigt i detta avseende. Om förstärkningen är riktigt hög i första steget kan man också bortse från brus i efterföljande steg, se exempelvis Friis Formula.

 

Signalen från en pickup som följer en LP-skiva är så pass låg att brus, dvs slumpmässigt varierande spänning/ström som uppkommer utifrån val av komponenter och vald topologi i kretsen kommer det påverka kvalitén med vilken vinylen avspelas. Brus kommer alltid finnas i kretsen men tanken är att göra val som minskar dess påverkan.

 

För att utvärdera hur komponenter eller topologi påverkar brus/spektraltäthet/SNR görs följande nedan. Tanken är att kunna jämföra insignalen med en ekvivalent bruskälla. Beroende på var källorna finns i kretsen kommer de påverka olika mycket.

  1. Lägg in en ekvivalent bruskälla för alla komponenter som generar brus i kretsen, det gäller främst motstånd och aktiva komponenter. Då vi inte vet vilken av transistorer jag kommer använda i nuläget så har jag lagt till en ekvivalent bruskälla för ström och en för spänning som visar på förstärkarens ekvivalenta brus. Vad de olika komponenterna brus består utav skippar vi i detta läge utan det får vi återkomma till.
  2.  Under förutsättning att utimpedansen är mycket låg, inimpedansen är väldigt hög och förstärkaren har väldigt hög råförstärkning så ”puttar runt” bruskällorna i kretsen via olika manipulationer tills jag samlat alla på ingången, dvs i serie med pickupen. Detta visas i bilden nedan ”Vn,eq all”
  3. När detta är gjort får man ett uttryck där man kan utvärdera hur stor inverkan komponent har gällande brus. Om man vill sätta en siffra på signal-till-brus-förhållandet  så måste man först göra om uttrycket för Vn,eq all till en spektraltäthet och sedan integrera över bandbredden. För att RIAAförstärkare är bandbredden säg 20Hz-20kHz.

 

noise1.jpg

Efter steg 1 

 

noise2.jpg

Efter steg 2

 

Exempelvis för en icke-invertande koppling som i bilden ned där Z1 och Z2 är rent resistiva (Lpu=0H, Criaa=0pF och Rriaa är oändligt stor skulle det uttrycket bli:

 

noise_vn.PNG

 

Detta är ett skolboksexempel (med reservation för teckenfel) gällande brusberäkningar, men några intressanta saker kan ses utifrån detta uttrycket. Pickupens egenbrus och förstärkarens ekvivalenta spänningsbrus är svårt att göra något åt i detta fall, de dyker upp i uttrycket oförändrat. Det går såklart att välja en ingångstransistor med lägre spänningsbrus för att minska Vn,a.

 

Motstånden i återkopplingsslingan R1 och R2 syns på ingången som en via en spänningsdelare så det kan vara lämpligt att försöka hålla värdet på dessa motstånd till ett minimum, vilket minskar på storleken på Vn,Z1 och Vn,Z2. Hur mycket den ekvivalenta strömkällan påverkar beror på parallellkopplingen av R1 och R2, men även av storleken på pickupens interna resistans. För att minska denna källa kan man använda JFET’ar där denna bruskälla är i princip försumbar.

 

Lastmotståndet, RL påverkar inte uttrycket för det ekvivalenta ingångsbruset då utimpedansen i förstärkaren är väldigt låg.

 

Men för att se storleksförhållandet mellan bruskällorna i kretsen måste man göra om uttrycket till en spektraltäthet, då SNR är relaterat till effekt snarare än spänning.

 

noise_sn.PNG

 

Ofta kan man utifrån uttryck se vilka bruskällor man bör optimera för att öka SNR.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Val av topologi

 

Det finns 4 sätt sätt att återkoppla förstärkare men där de vanligaste är den icke-inverterande och inverterande kopplingen. Icke-inverterande kopplingen är den som finns i inlägget ovan och den inverterande visas nedanför.

noise3.jpg

 

Tyvärr är denna koppling inte ett alternativ då pickupens impedans kan ganska hög ,MM pickup ~ 1000ohm + 500mH. Jag använder för närvarande är en MC-pickup tillsammans med en 12xSUT men även denna kombination ger en hög utimpedans (12 ohm + 26uH =>12^2*12 ohm + 12^2*26uH =1728 ohm + 3.7mH) .  Minusingången på förstärkaren är en virtuell jordpunkt så för att vi inte ska belasta pickupen och förlora förstärkning behöver Z1 vara relativt högimpediv och som jag försökte illustrera i föregående inlägg så kommer detta bli oacceptabelt högt brus.

 

Kopplingen skulle kunna användas om man använde den till ett RIAAsteg för för en MCpickup, men för mig är den inget alternativ så valet blir ganska lätt att gå på en icke-inverterande koppling.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Single-Ended eller Diffsteg som ingångsteg

 

För att gå vidare till vilken topologi av RIAAkorrektion som ska användas så tänkte jag först visa tankegångarna om ett single-ended eller diffsteg på ingången.

SEinput.jpg

 

I bilden ovan är de ekvivalenta bruskällorna för förstärkaren utbytt mot bruskällor för en bipolär transistor. Det spelar mindre roll att veta vilken typ av transistor som ska användas utan detta är ett ”allt-annat-lika” resonemang. I slutändan kan man också tänka sig att flera transistorer i parallell används, men även detta spelar mindre roll för härledningen. Med ett diffsteg på ingången så läggs ytterligare två bruskällor till för den andra transistorn.

diffinput.jpg

 

Om vi för enkelhetens skull tänker oss att Rriaa och Criaa är försumbara så får vi samma effekter som i inlägg #22, dvs för transistorn på plus-ingången så ses dess spänningsbruskälla direkt i serie med pickupen. Spänningsbruset på minus ingången så kommer den också  också synas direkt i serie med pickupen. Detta är kanske inte intuitivt, men följer av detta

 

1.       Om man skjuter Vn,rb2 genom noden vid kopplingen nära Z1 och Z2, så är detta ok ur kretsberäkningsynpunkt för vi bryter inte mot KVL (Kirchoffs Voltage Law). Då får man bilden nedan.

diffinput2.jpg

 

2.       Då har vi i princip samma situation som i inlägg #22 för de ekvivalenta spänningskällorna tillhörande R1 och R2, och vn,rb2 kommer hamna på ingången som via 2 spänningsdelare men summera till "1", dvs

 

noise_diff.PNG

 

Att vi nu har två strömkällor är lite klurigare, men jag tänker så här; Båda strömkällorna är kopplade till diffstegets emittrar. Denna nod är en virtuell jordpunkt vilket gör att det går att se dem som kopplade mot jord och man får en strömkälla som driver en ström genom Rpu och en strömkälla som driver en ström genom paralellkopplingen av Z1 och Z2 (även om härledningen av denna inte är fullt så enkel). Hursomhelst så blir effekten densamma som tidigare. 

in.PNG

 

Att effekterna från strömkällan verkar inte öka är bra (även om jag är lite fundersam gällande min härlednign). Det är dock mindre bra att det ekvivalenta ingångsbruset ökar, det ökar med:

 

vn_diff.PNG

 

Förutsatt att det är samma typ av transistor som används i diffsteget. Det är relativt vanligt att minska spänningsbruset igenom att parallellkoppla transistorer. Om man tänker sig att paralellkoppla n stycken transistorer för ett single ended steg (för att minska spänningsbruset med sqrt(n)) så kommer det behövas 4n transistorer totalt i diffsteget för nå samma spänningsbrus. Detta blir ganska snabbt svårt att hantera så jag har valt att använda ett single ended ingångsteg.

 

Detta val blir viktigt när jag väljer RIAAkorrektion. Pga av valet med ett SE-steg på ingången så kommer Z1 få dubbel funktionalitet:

1. Som en del av att sätta förstärkningen

2. Men även biasera ingångsteget, dvs bestämma hur mycket ström som kommer drivas genom ingångstrissan/trissorna

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

Val av RIAA-korrektion

Det finns mängder av topologier för RIAAkorrektion men jag har kollat in dessa typer av korrektion.

 

passive_riaa.jpg

1. Passiv RIAAkorrektion - Förstärkningen görs först och RIAAkorrektionen följer som ett passivt filter efter förstärkaren

+ Simpel att konstruera

- Förändring av förstärkning kräver endast ett motståndsbyte

+ Lasten på utgången kommer vara snäll, rent resistiv

- Kräver  headroom på matningspänningen då RIAAkorrektionen görs efter förstärkningen.

 

active_riaa.jpg

2. Aktiv RIAAkorrektion - korrektionen görs i återkopplingsloopen

 + Behöver ingen buffer utan kan driva rumblefiltret direkt

 + Kräver lägre headroom på matningspänningen då

 - För höga frekvenser kommer utgångsteget  motståndet R1 som last så utgångsteget måste klara av att driva detta

 - Att förändra förstärkningen kommer man behöva ändra både motstånd och kondensatorer i återkopplingsloopen

 

active_passive_riaa.jpg

 

3. Aktiv-Passiv RIAAkorrektion - Korrektion delas mellan återkopplingsloopen, lågfrekventa polen (50Hz och nollstället runt 500Hz ligger i återkopplingsloopen och polen vid 2kHz ligger som ett passivt filter efter förstärkaren

- Behöver en buffer mellan RIAAkorrektionen och rumblefiltret

+ Kräver inte så mycket headroom på matningspänningen som för ett passivt RIAA men mer än ett aktivt RIAA

- Om man ska ändra förstärkningen måste Criaa,2 också ändras

+ För höga frekvenser kommer utgångsteget se Rriaa1 || (Rriaa3 + R1) vilket är hanterbart

- Kanske den minst "puritanska" kopplingen. 

 

 

 

 

Edited by tek
edit1: Förtydligande angående passiv RIAA korrektion och matningspänning

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tidigare inläggets funderingar om headroom kräver lite mer eftertanke. Det är svårt att avgöra hur mycket headroom man faktiskt behöver på matningspänningen för musik har inte jämnt fördelad energi mellan 20Hz - 20kHz. Mest energi brukar finnas i basområdet. Men för att åskådliggöra signalnivåerna har jag gjort några simuleringar.

 

Jag har satt upp en testbänk där en källa sveper en signal med konstant amplitud från 20Hz - 20kHz.  Denna signal går genom ett anti-RIAA för att simulera att vi graverat en LP-skiva med samma amplitud för alla frekvenser. Därefter går samma insignal till 3 olika förstärkare med olika typer av RIAAkorrektion. De nämnda topologierna är dimensionerade för att ge en utsignal på ungefär 1V efter korrektion och alla har R1=10 ohm för alla 3 förstärkare, detta för att simulera biasering till ingångsteget. Bilden nedan visar hur förstärkning och de olika tidskonstanterna är fördelade i förstärkningstegen.

 

Passiv - Förstärkning först därefter ett passivt filter som applicerar RIAAkorrektionen

Aktiv-Passiv - Förstärkning och applicering av 2 tidskonstanter i RIAAkorrektionen, den sista tidskonstanten läggs som ett passivt filter efteråt

Aktiv - Förstärkning och RIAAkorrektion görs i samma steg

 

comments.jpg

 

Detta visar delar av testbänken i simuleringsprogrammet med förstärkare och RIAAkorrektion.

image.png

 

 

Efter ANTI-RIAA så ser signalen ut så är amplituden map frekvens: Vin i blockschemat

image.png

 

Det är intressant att se är förutom utsignalen efter korrektionen också är att titta på det "passiva" och "aktiv-passiva" topologiernas interna noder direkt på utgången av förstärkaren (AKTIV_PASSIV_INT och PASSIV_INT). 

 

Alla förstärkare har på utgången xxxxx_UT ungefär 1V, de överlappar allihop i den blå kurvan. De interna noderna kan dock ha betydligt högre signalnivå.

image.png

 

Om musik hade haft en ungefär "rak frekvensgång", så skulle det passiva RIAA'at behöva ca 80x högre matningspänning än det helt aktiva RIAAt. Det aktiv-passiva RIAAt behöver ca en 8x i jämförelse med det helt aktiva RIAAt. 

 

Om man tittar på strömmen som går ut direkt ur förstärkarsteget så kan man bli lite förvirrad då allihop kräver ungefär lika mycket. Men det beror såklart på att även om det passiv RIAAt till synes kräver mindre mängd ström så måste den klara av att producera en högre spänning i dess last. Dessutom är detta en ACsimulering som inte tar hänsyn till transienter.

image.png

 

Transientsvar då? För att simulera transienter så har satt alla förstärkare i kretsen till att ha en råförstärkning av 10Meg och en bandbredd på 10MHz för att få en icke-ideal respons. Den "Passiva" RIAAkorrektionen klarar helt enkelt inte att få till en vettig stigtid annars, medans om jag sätter O1, O2 och O3 till att vara helt ideala så får jag andra egenheter. Hursomhelst, jag använder samma testbänk fast nu en fyrkantsvåg på 1kHz (500ns stigtid och falltid) som körs igenom antiRIAA som tidigare  och sedan genom varje förstärkare. Som förväntat så får den helt aktiva korrektionen högre ström på utgången från förstärkaren än de andra topologierna.

 

I(A1) - Passiv korrektion ~ 3mA toppström 

I(A2) - Aktiv- Passiv  korrektion ~12mA toppström

I(A3)- Aktiv korrektion ~18mA toppström

 

image.png

 

Det är ganska svårt att göra rättvisa till de olika korrektionerna, men utifrån dessa funderingar/simuleringar så valde jag att gå på det aktivt-passiva RIAAt. Den blir en bra medelväg.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Så då ser systemet ut så här

1. Rumble/subsonic-filtret är ett enkelt passivt filter med två reläer

2. Ett DC-servo har lagts till på utgången

3. Ingången är också den numera AC-kopplad

 

whole_system_190715.jpg

 

Nästa steg är att designa ingångsteget på RIAAförstärkaren....

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this