Jump to content

Tape Head Preamp


calle_jr
 Share

Recommended Posts

 

TAPE HEAD PREAMP


Denna tråd kanske mest är intressant för att belysa tekniken kring magnetband och rullbandspelare. Det är inte säkert vi kommer längre än så, men har vi tur kanske vi även klarar få ihop en tape head preamp :)

 

Det är på ett sätt märkligt att magnetbandstekniken har varit totalt förhärskande för ljudinspelning under merparten av den epok man har kunnat spela in ljud. Dels ökar utspänningen med 6dB/oktav för ett konstant magnetflöde, dels ger tekniken med magnetband och tonhuvud alltid olinjära förluster högfrekvent. Så, det är inte helt intuitivt att ens fatta hur en bandspelare fungerar.

 

Standarderna för eq, både IEC/CCIR och NAB, förutsätter att man har en ideal reproduktion samt en föreskriven standard post-emfas (post-eq). Denna ideala reproduktion med post-emfas gör att det totala systemet ger en rak frekvensgång. Men eftersom både band- och inspelningsförluster varierar, finns det ingen standard pre-emfas. Det är alltså viktigt att påpeka att post-emfas inte är en komplementering (invers) av någon pre-emfas, utan det är en komplementering av det band som spelats in inklusive pre-emfas. Komplementeringen sker då med en post-emfas och avvikelserna mellan olika bandtyper+tonhuvuden+magnetiseringsnivå hanteras med kalibrering.

Det låter som att jag beskriver det onödigt invecklat, men eq utförs alltså inte alls på samma sätt som med riaa, även om karakteristiken i grunden är densamma (hastighetstransducer). Vi återkommer till det.

 

IEC/CCIR (IEC1) har bara ett nollställe och det är vid 4.5kHz, alltså ingen lågfrekvens-eq så som NAB. IEC/CCIR följer väldigt väl bandförluster högfrekvent, men kanske det viktigaste är att den använts som utgångspunkt för pre-emfas för masterinspelning på 1/4"-band i Europa sedan 50-talet. Och den användes även i USA för "double track density"-bandspelare från Tascam, Otari och Fostex.

 

image.png

 

Det finns inte fler tape preamps på marknaden än att man kan räkna upp dem, och de fåtal som går att få tag på är ganska eller hiskeligt dyra och byggs på beställning. De jag känner till är King/Cello, Doshi, Thöress (custom), De Havilland 222, ATR Aria, Bottlehead, Manley Tape Head och Merrill Tape Head Preamp. Att det inte finns så många kan bero på att R2R drivverk och elektronik är så integrerade med tonhuvud att det inte går att förbättra trots att förstärkarkretsen är 40-50 år gammal och byggd med lite väl mångsidiga specar. Men jag har svårt att ta det till mig och kan inte släppa detta tills motsatsen är bevisad :D

Det borde gå att bygga en enklare och bättre krets.


Jag har funderat på detta en längre tid, och efterhand har ett embryo till specifikation tagit form;

 

  • Eq enligt IEC 15 ips
  • Förförstärkning till linjenivå med ca 56 dB
  • Kalibrering för tonhuvud/bandtyp ca 6dB i registret
  • 20-20k +/-2dB
  • Signal från tonhuvud 1.1-1.3mVrms (+/-1,25mV vid 320nWb/m 2-spår med 2mm bandbredd IEC 15ips)
  • Drivimpedans tonhuvud: dc-resistans 50-300ohm, induktans 100-200mH
  • Lastimpedans input: 47k
  • Utnivå/utgångsimpedans: ~1 Vrms / <200ohm
  • Princip: Single-end topologi inkl output. Dual mono med tre trimpotar för kalibrering och eq.
  • Fokus på lågt brus och låg distorsion
  • Anslutning för VU-mätare
  • Skruv till signaljord

 

Link to comment
Share on other sites

 

5 hours ago, calle_jr said:

ett embryo till specifikation

 

Jag har försökt luska lite i hur andra har gjort, och Charles King är den som byggt King/Cello, dvs en tape preamp/riaa som baseras på Cello P603.

 

null null null

 

Av någon anledning vill man inte visa scheman eller foton på kretsen.

Jag har försökt få tag på det, men jag tror att de som köper denna i USA (direkt från Charles) måste lova honom att inte visa foton.

 

Quote

Yeah I have everything related to the P603 module but for a number of reasons can't release anything beyond a few pictures - email me if you'd like something.

Key to the operation of all the Cello preamps (and power amp input stages) was their development of what were effectively, op-amp modules constructed with discreet parts.  They had a series of OTA modules which were VERY low noise / high speed voltage amplifiers, and a series of VF modules which were current amps configured for various ouptut drive / load requirements.  

The Audio Suite used these in their modules - phono, line level and tape input modules as well as their output modules, and their later preamps incorporated subsequent versions as well.  The P603 tape preamp used the same amplifying circuit as their P100 phono preamp with the exception of the (active) equalization network.  The 603 had a bunch of 10 turn pots for "tweaking" the tape response at 30hz, 1kHz and 10Khz (Similar to what is in the tubed Manley tape repro electronics).

As an aside, I "grafted" the 603 circuit onto the P100 cards I have and found that some of the pots didn't do much of anything (as I also found playing with the controls on the Manley).  What I've found matters most is the ablilty to control head damping (to minimize head bumps without rolling off the lows) and some method of easily varying the HF pole response (up around 10Khz).  Can only do this well if you have the ability to sweep the entire audio spectrum with a tape / analyzer setup like what the ST 1500 provides.  Also have tried to "recreate" Cellos op amp modules, but found (as they did) that parts like critical semiconductors get obsoleted and finding suitable replacements may be next to impossible.  Cello never obsoleted any of their products and they were selling Audio Suites (first introduced in 1985) right up until they went out of business in early 2001!  The "speed" of their op amps is what I believe gives them their superior sound - superior to everything else I've listened to.  They get the transients right (leading / falling edges with minimal overshoot) - am working with square waves coupled to the head via a flux loop. 

Charles

 

 

Här är en Cello Palette eq:

 

Relaterad bild

 

Bildresultat för cello palette preamp

 

Även om den är extrem så kan man utläsa en hel del matnyttigt kring hur den är konstruerad.

Här är en beskrivning av den: http://www.burwenaudio.com/images/CELLO_AUDIO_PALETTE.pdf

 

 

DeHavilland 222 mk II:

 

image.png

 

 

ATR Aria:

 

image.png

 

 

Manley Tape Head:

 

image.png

 

 

Bottlehead Tube Repro:

 

Bildresultat för bottlehead tube repro

 

Relaterad bild

 

 

 

Doshi Tape Stage:

 

image.png

 

image.png

 

 

Merrill Audio Tape Head Preamp:

 

image.png

 

 

Tar tacksamt emot info om någon har något mer matnyttigt kring dessa eller andra tape head preamps.

 

 

Link to comment
Share on other sites

Det är bra specificerat i första inlägget och det påminner mycket om RIAA-steg fast med aningen enklare EQ. Signalnivåerna vid olika hastigheter skiljer sig nog inte mer än att det är ganska enkelt att bygga in i samma hårdvara med separata EQ-delar.

Link to comment
Share on other sites

2 hours ago, MatsT said:

Det är bra specificerat i första inlägget och det påminner mycket om RIAA-steg fast med aningen enklare EQ. Signalnivåerna vid olika hastigheter skiljer sig nog inte mer än att det är ganska enkelt att bygga in i samma hårdvara med separata EQ-delar.

:blush: Givetvis, jag borde bläddrat och läst innan..

Link to comment
Share on other sites

On 2019-08-26 at 07:29, MatsT said:

Bottlehead beskriver sin förstärkare så pass bra att det inte borde vara alltför svårt att göra en liknande och jag skulle nog bygga på ungefär samma sätt men kanske använda lite andra rör.

 

Tube Repro

Den är klockren, men det är en sak som jag inte alls förstår hur de har gjort eller tänkt och det är kalibrering.

Utsignalen från tonhuvudet kan ju skilja en hel del även om de gafflat in den till medium and high inductance heads.

Dessutom varierar dc-resistansen för olika tonhuvuden, och det finns även mekaniska egenskaper (gapmått, avläsningsyta mm) som i princip gör varje exemplar unikt. För att inte tala om bandtyper. Det finns ju en anledning till att man alltid har kalibrering på maskinerna.

 

 

On 2019-08-26 at 10:31, AlfaGTV said:

:blush: Givetvis, jag borde bläddrat och läst innan..

Du behöver inte bläddra. Jag har skrivit prel specar i förstainlägget.

Men här kommer lite mer input:

 

 

 

Eq och kalibrering

 

Om man ska hitta ett sätt att ta signalen direkt från tonhuvudet på en Studer, så behöver man veta hur signalen kommer se ut eftersom den är okalibrerad.

Målsättningen är att kunna åstadkomma en rak frekvensgång där IEC/CCIR-eq för 15ips och tonhuvudskalibrering görs i samma krets.

Egentligen behövs endast IEC 15ips eftersom det är förhärskande för band som finns i omlopp.
Men, eftersom det ändå kommer behövas kalibrering för olika tonhuvuden och bandtyper, så kan man tills vidare hålla öppet för både IEC och NAB och 7½, 15 och 30 ips.
Pga kalibrering och eq tror jag det är bäst att bygga dual mono med tre separata trimpotar för resp kanal.
 

Magnetband och tonhuvud utgör ju tillsammans en hastighetstransducer, så att utspänningen ökar med 6dB/oktav. Det beror på att utspänningen är proportionell mot frekvens (se nedan), och att förstärkningen således blir 20log(u2/u1)=6dB/okt. Dvs detta är ”inbyggt” i själva principen för bandspelarteknik (induktion). Det är i grunden samma teknik och samma koppling mellan hastighet och spänning som för mm/mc-pickuper. Skillnaden är att för mm/mc-pickuper är magnetfältets styrka konstant och endast magnetens/spolens hastighet varierar. För magnetband är hastigheten konstant och magnetfältets styrka varierar.

 

Denna linjära ökning sker upp till centrumfrekvensen, som då utgör maxvärdet för utspänning. Över centrumfrekvensen avtar output pga egenavmagnetisering. Centrumfrekvensen ligger i området 5-10 kHz (beroende på gapets bredd på aktuellt tonhuvud och bandhastighet mm).

 

image.png
Output från tonhuvud

 

Eq och förstärkning tillämpas för att kompensera både för 6dB/oktav och för förlusterna över centrumfrekvensen. Eq för uppspelning är standardiserad till:

 

image.png

 

Där flow och fhigh motsvarar tidskonstanter enligt IEC/CCIR med flow=0 och fhigh=4500Hz vid bandhastigheter 15ips. För IEC 15ips sker alltså ingen korrigering i basen, och vid 20kHz är den endast 13dB, dvs mycket mindre eq än riaa för LP.

 

Utspänningen från ett tonhuvud kan beräknas:
 

image.png

 

Sambandet är i stort en härledning av Faradays induktionslag, Lorentz lag och att man hängt på empiriska förluster. För detaljer kring hur förlusterna kan beräknas, se exvis Jay Kadis Magnetic Recording Analog Tape.

Utspänningen varierar för olika tonhuvuden och olika bandtyper, men den är i storleksordningen dubbelt så hög som från en mc pickup. Dvs kring 1mVrms vid 1kHz.
 

 

 

Magnetisering

 

Ett rullband karakteriseras av vilket magnetiskt flöde ϕ som kan lagras på bandet. Detta benämns i folkmun magnetisering eller flux.

Storleken på detta flöde beror på typ av emulsion (järnoxidvarianter), emulsionens tjocklek och bandets bredd.

Typ av emulsion och tjocklek ger en flödestäthet B, och en helt mättad flödestäthet ligger för vanliga emulsionstyper på max 100 mT. Maxvärdet för emulsionen på ett professionellt magnetband vid max inspelningsnivå ligger på ca 50mT. Rms-värdet av detta är:

image.png

 

Den area A som kan ge aktuellt magnetflöde är produkten av bandets bredd och emulsionens tjocklek. Ett 1/4”-band är 6.3mm brett och emulsionens tjocklek är typiskt 14µm, dvs: image.png

 

Vilket ger ett magnetiskt flöde: image.png

 

Normalt anges dock flödet per bandbredd, så att: image.png

 

Ett standard studio stereoband är 1/4" brett och bandets tjocklek är ca 50µm varav emulsionen är max 15µm. För denna typ av band används tonhuvuden som kan modulera 2.58mm breda spår:

 

image.png

 

Bilden illustrerar longitudinell orientering av nord- och sydpoler av järnoxiden, vilket är det vanligaste.

För korta våglängder (höga frekvenser) kommer magnetiseringen inte "fylla ut" hela emulsionens tjocklek, utan flödet "kortsluts" inom emulsionen. Så, även om flödet spelas in och finns på bandet, så kan det inte avläsas av spelhuvudet. Därav frekvensgångens avtagande högfrekvent. Se även förluster nedan:

 

image.png

 

 

 

Förluster och olinjäriteter

 

Tonhuvuden visar två typer av olinjäriteter inom audiobandet. Dels frekvensavvikelse, dels våglängdsförluster. Våglängdsförluster yttrar sig dels i "gapeffekter" (gap length effects) vid korta våglängder, och dels i kanteffekter ("fringing") vid långa våglängder. Förluster pga gapeffekt är försumbara under 15kHz vid 15ips, och har mätts upp till ca 0.5dB vid 15kHz. Kanteffekter kan uppstå om det inspelade spåret är bredare än tonhuvudet. Det är alltså väldigt små avvikelser i själva tonhuvudet.

 

Däremot är avvikelsen i output betydande vid avspelning med band!

Jag lyckas inte riktigt reda ut exakt vilka orsaker som ger vad, men vi kan kalla alltihop "separationsförluster" eftersom separation mellan tonhuvud och band är den absolut största boven. Även om bandet ligger an mot tonhuvudet, så har det magnetiserade skiktet en tjocklek. Även om skiktet skulle ha en perfekt jämn magnetisering, så kommer "tyngdpunkten" ligga på halva skikttjockleken. Det innebär att korta våglängder kommer inducera en lägre spänning än långa. Det gäller även om tonhuvudet är korrekt monterat, men blir såklart etter värre vid avvikelse i tonhuvudets montering (läge, azimut och zenit).

 

Jag har hittat en mätning av förluster på en Ampex 351 med 1/4" fulltrack (mätning redovisad i "The Frequency Response of Magnetic Recorders for Audio" John G. McKnight). Mätningen är utförd så att man matar ett inspelningshuvud med en konstant spänning och läser av frekvensgången för det inspelade Ampexbandet:

 

image.png

 

 

Ganska avsevärda förluster alltså!

 

 

 

 

Avspelning

 

Vid avspelning kommer magnetflödet på bandets spår att passera tonhuvudets kärna och på så sätt inducera en spänning u(x,f) i spolen:
 

image.png

 

 

Exempel; för en 50Hz-ton upptar varje våglängd 7.5mm band vid avspelning med 15ips. 

 

Om vi använder mätningen på Ampexbandet ovan med ett "rakt inspelat" band (dvs output ökar 6dB/okt) och ritar upp hur det ser ut, samt hur preamp ska se ut med förstärkning (med 60dB - 6dB/okt) och EQ enligt IEC/CCIR 15ips så blir det såhär:

 

 

image.png

Röd kurva output från tonhuvud, grön kurva komplementering och förstärkning i preamp, och blå kurva output från preamp.

 

Så, även om detta är så nära ideala förhållanden man kan få så har man en avsevärd avrullning i toppen även efter eq. IEC tämjer den en del, men inte helt. I praktiken är förlusterna alltid större än vad som visas här. Kanske mycket större. Detta är en anledning att man normalt även tillämpar pre-eq för att korrigera för aktuell bandtyp, inspelningsmaskin och inspelningshuvud. Nackdelen är att man då tillför högfrekvent brus, så man vill gärna göra så lite pre-eq som möjligt.

 

Link to comment
Share on other sites

 

Här är lite mer data för Studer B62

 

DSC_3231-panorama.JPG

 

 

När jag demonterar huvudblocket ser det ut som att alla tonhuvudena är original.
Studer använde Woelke som raderhuvud med artikelnummer 1.116.067 och induktans 0.6mH.
Inspelningshuvud är 1.116.070 med 10mH induktans och avspelningshuvud 1.116.071 med 200mH induktans.
Spaltbredden för inspelning är 7µm och för avspelning 3.5µm.

 

!cid_0EC33DE8-7E1B-4C4B-8C9C-A02F5025E187.jpg  

 

!cid_54673B56-CCE5-475D-BC9B-0F1F6DF1EDC6.jpg

 

!cid_C29D7C45-AAF9-41FA-84DD-2736921AA259.jpg  

 

!cid_56E2F188-8C45-4376-8BA0-F047FB72DC84.jpg

 

head.jpg

 

 


 

 

Såhär ser den övergripande kopplingspanelen ut. Det är alltså en integrerad maskin för inspelning, avspelning, eq, förstärkning till linjenivå och nivåjustering:

image.png

 

 

Blockschema för uppspelningsförstärkare med eq:

image.png

 

Kretsschema för Studer B62 uppspelningsförstärkare med eq:

image.png

image.png

 

Som synes förstärker denna 52dB plus att det sitter en trafo 1:2.5 på utgången, dvs totalt 60dB vid 1kHz.

 

 

Brus

 

En bandspelare utsätts för en rad olika sorters brus pga band, tonhuvud och transport (drivverk). Man brukar skilja på bandbrus, DC-brus, moduleringsbrus och elektronikbrus.

 

För B62 anges SNR 56dB (effektivvärde) över bandbrus vid distorsion max 1% enligt CCIR.

30 Hz - 18 kHz +/-2dB.
Det gäller vid 15ips och 320nWb/m, 2-spår och 2mm spårbredd, och det är mätt med bandtyp AGFA 525.
Mätning är då utförd med Siemens REL 3U33.

 

Link to comment
Share on other sites

On 2019-08-25 at 21:54, calle_jr said:

Jag har försökt luska lite i hur andra har gjort

 

Det finns även så kallade Direct Out-kort från tex SEPEA Audio:

 

image.png

 

 

Och SEPEA Audio har även utbyteskort för Studer. Här är ett reproduktionskort för NAB/IEC och 15/30ips:

 

image.png image.png

 

Jag har svårt att hitta info om dem, men det ser ut som att dessa tillsammans terminerar eq och kalibrering men behåller förstärkarkretsen :unsure::question:

 

 

Link to comment
Share on other sites


Kalibrering

 

I vårt "skolexempel" med ett idealt tonhuvud och perfekt magnetband, så borde det inte behövas kalibrering eftersom IEC/CCIR borde ta hand om detta. Men det räcker inte till för att höja toppen som vi sett i föregående inlägg.

 

Detta har ofta beaktats vid inspelning så att man gör en viss pre-eq för att man inte ska behöva förstärka diskanten så mycket vid avspelning.

Utan pre-eq skulle man alltså behöva lyfta även en perfekt setup enligt den streckade linjen:

 

 

image.png

 

 

I praktiken är sannolikt förlusterna (betydligt) större, och det är kanske inte heller linjärt i basen. Vi får återkomma till det :)

 

Link to comment
Share on other sites

 

@tek hjälper mig med kretsen, och det har figurerat åtskilliga delkretsar i dialogen. Vi är inne på att utgå från hans riaa-krets som redovisas i den pågående tråden om MARIA. Man kan tänka sig ett steg baserat på samma trissa som han använder där, och med rör som kaskod och ett andrasteg med enbart rör.

 

IMG_20190730_151618-1024x768.jpg  IMG_20190818_131231-1024x768.jpg  IMG_20190819_110203-1024x768.jpg

 

IMG_20190819_110203-1024x768.jpg  IMG_20190820_123536-1024x768.jpg  IMG_20190820_123606-1024x768.jpg

 

 

Problemet med riaa-kretsar är att de inte alls är anpassade för källor med lite högre drivimpedans. Dessutom kräver tape en kalibreringsfunktion, vilket sällan finns i ett riaa (vilket det kanske borde). Jag vet att man använde mer högimpediva tonhuvuden för rör och mer lågimpediva för transistorförstärkare.

 

Bottlehead har gjort tape preamp kits med rör som de anpassade för lågimpediva huvuden från Flux Magnetics (20ohm/2.5mH), men de hade en SUT mellan tonhuvud och försteg.

 

En mycket intressant phono preamp konstruerades av Allen Wright (Vacuum State), och jag är ganska säker på att det är nära nog exakt denna som Thöress riaa bygger på. Allen Wright använder en hybrid kaskadkrets och e88cc. Vi har pratat om den tidigare för riaa, och när det gäller eq är det ju exakt samma teknik, enbart andra tidskonstanter. Här är den kretsen:

 

RTP3C schematic

Vacuum State: http://www.vacuumstate.com/index.dna?rubrik=8&amp;lang=2&amp;a=%FBI%8E%19%B3%2522%250DU&amp;b=734958.1238131906

 

RTP3C from below

Vacuum State RTP3C. Bild: http://soundmovements.co.uk

 

Tim de Paravicini har ju sysslat jättemycket med tape, och framför allt på inspelningssidan och arkivering.

Ska försöka luska lite mer om han har något att läsa.

 

Link to comment
Share on other sites

  • 9 months later...

 

 

Jag tänkte rekapitulera här lite :)

Det har inte stått stilla. Tvärtom.
Jag mätte upp tonhuvudet på Studer B62 redan i november förra året.
Jag fick mäta på flera olika sätt för att bli klok på det. Två olika mätförstärkare som jag lånat av @Peo samt med oscilloskop och genom att spela in signalen.

 

Ett krux är också att själva standarden för tape-EQ är helt ideal, så endast den geometriska avvikelsen finns med i eq både för IEC/CCIR och NAB vilket är helt i sin ordning utifall någon i framtiden kan tillverka ideala tonhuvuden och band :)


Men än så länge står det skrivet i stjärnorna. Det finns alltid separationsförluster högfrekvent.
 

image.png

 

 

Kurvans form beror av förhållandet mellan avspelad våglängd (bandhastighet/frekvens) och bredd på tonhuvudets gap. I min Studer B62 sitter ett Woelke 1.116.071 tonhuvud som har ett gap med bredden 3,5µm. Första dippen hamnar därför vid 15ips x 25300µm/tum / 3,5µm = 108kHz.

Som syns (och som vi visat i tråden tidigare) så kommer denna karakteristik överhuvud taget inte synas inom audiobandet för aktuell bandhastighet och tonhuvud. Upp till 20kHz är det linjärt 6dB/oktav i ett logf-dB-diagram.

 

Men om man kombinerar detta med separationsförluster (streckad kurva, schematisk), så får man den karakteristik för output från tonhuvud som vi är vana att se (jämför inlägg #7). Dvs förluster pga att bandet inte har 100% anliggning, bandets tjocklek ger i sig hf-förluster, azimut, zenit etc etc. Alla dessa bidrar till att lägre spänning induceras för höga frekvenser än för låga.

 

Så, för att hitta rätt måste man dels beakta ideal EQ, dels avvikelse från ideal (kalibrering).

 

 

Link to comment
Share on other sites

 

Nåväl, här är resultat av rå output från mitt tonhuvud (marginell skillnad mellan hö och vä kanal):

 

image.png

 

Bara att mäta när båda skalor ändras med en faktor 1000 under 50sek är en utmaning, men jag tycker att avläsningarna är pålitliga.

Ovanstående är mätt med EC MC-2 som är en aktiv head-amp, 47 kOhm/100 pF/36 dB (DC - 200kHz   +0/-0,5dB), och ett Hantek oscilloskop.

Jag mätte även med EC MC-2 och PUC2 ADC, och spelade in svepet 24/192. Resultaten är helt lika.

 

Detta foto togs inledningsvis i augusti 2019 när jag mätte med Peoamp vilket inte fungerade alls. Tanken var att räkna baklänges genom att simulera kretsen och se vilken input jag behövde för spotfrekvenser för att få den output som jag mätte. Men jag fick inte ordning på det.

 

!cid_258317D4-F156-47D9-A20F-37AF42422B2A.jpg

 

Här är svepet inspelat med mätförstärkaren och AD-omvandlare: 15ips-IEC-355nWb/m-20-2000Hz-50s-svep

 

 

Link to comment
Share on other sites

3 hours ago, MatsT said:

Man borde kunna göra ett LP-filter med gränsfrekvens strax under 20Hz och sedan kompensera med lämplig förstärkning som verkar bli rätt hög, 

 

I grunden är det kanske bäst att skapa 1/f-förstärkning med en traditionell intregrerande op-förstärkare.

Därefter är det enklare att applicera passiva tonkontroller för att anpassa till aktuellt tonhuvud.

 

I väldigt stora drag;

  1. förstasteg 1/f-förstärkning (ca 12dB vid 1kHz)
  2. andrasteg med ca 30dB förstärkning hela registret
  3. kalibrering bas, innebär dämpning av bas säg 0-12dB
  4. kalibrering diskant, innebär treble boost säg 0-18dB (dock hellre integrera detta i steg 2)
  5. utgångstrafo ca 1:6

 

 

3 hours ago, MatsT said:

förstärkning som verkar bli rätt hög, ska vi gissa på att 400 ggr till 1000 ggr kan vara lämpligt?

 

Där nånstans vid 1kHz. I basen krävs mer än 1000ggr.

 

 

 

@tek håller på att klura på en hel rad olika alternativ.

Här är ett schema på testbänken:

bild.png

 

Jag ska be honom posta något intressant. Jag vet att han provat byta ut JFET:arna i diffsteget (steg 2) mot bipolära transistorer eftersom de har högre transkonduktans och därmed lägre utresistans.

 

 

 

 

3 hours ago, MatsT said:

Du har mätt med 47k, är det lämplig impedans?

 

Enligt @Peo är mätförstärkaren en icke inverterad OP (LT1115) utan krusiduller. Motkopplingsresistorn är parallellkopplad med en kondensator för bandbreddsbegränsning uppåt. Teoretiskt -3dB vid 500kHz.

 

Link to comment
Share on other sites

Tanken har varit att designa en kretslösning som liknar kretsar som @calle_jr  brukar länka till. Det brukar nästan alltid vara rörsteg. 

 

Så hittills har detta utkristalliserats, vi är väl på andra eller tredje iterationen nu:

 

1. Kompensation (steg 1 och steg2). Möjligtivs kommer en tonkontroll in någonstans, men det är inte avgjort i nuläget.

2. Ingen feedback, i varje fall inte global feedback.

3. "Rörlik" kretsdesign - enkel kretslösning, inga P-trissor (det finns ju inga P-rör)

4. Balanserad

5. +/-12V matning. Kan matas direkt från bandspelaren.

 

 

Resultatet så här långt är en trestegsraket där varje del är AC-kopplad. Tanken var att bara använda J-FET:ar som signaltransistorer. Jag har varit tvungen att gå ifrån det för att steg 2 ska fungera väl. Steg 2 har relativt låg förstärkning och kommer varken arbeta med stora eller små signalnivåer så tanken är att detta knappt påverkar signaturen.

 

Resultatet så här långt är ganska likt en rörkrets, förutom en del trix för att kunna använda låg matningspänning. Detta är att steg 1 och steg 3 använder strömkällor som kollektorlast istället för motstånd (steg 1) eller matas vi mittpunkten på trafon (steg 3).  För steg 1 frikopplas matningspänningen från kollektorlasten och signaltransistorerna kan biaseras med en aktiv last. Det samma gäller för steg 3. Detta tror jag inte kommer göra någon inverkan på signaturen då Rpot1 och kondensatorn är den effektiva AC-lasten för steg 1 och transformatorn är den effektiva AC-lasten för steg 3.

 

På grund av den hög utimpedansen från kollektorlasterna (strömkällorna) i steg 1 och steg 3 så är DC-spänningen på utgången inte väldefinierad. Därför behövs en Common Mode Feedback. Detta är i princip DC-servon som håller DC-spänningen till något vettigt.

 

v25.jpg

 

Detta resonemang är baserat på att strömkälla paralellt med nämnda laster så är strömkällans utimpedans i oändlig eller iaf jätte jätte stor. En impedans Z1 som paralellkopplas med en jättestor impedans Z2 kommer reduceras till Z1.

 

Link to comment
Share on other sites

 

Tack för dessa pedagogiska illustrationer @tek. De var snygga.

 

Studera teks figurer ihop med utsignalen från tonhuvudet i inlägg #17.

Som syns blir resultatet att den ideala IEC/CCIR-kurvan komplementeras (inverteras) i steg 1.

Justering för separationsförluster (kalibrering) sker i steg 2.

Extra förstärkning till signalnivå sker i steg 3.

 

Link to comment
Share on other sites

 

Det underlättar om man kan formulera karakteristiken matematiskt, och jag tycker att man kan approximera mätningen till:

 

image.png

 

Där f= 195 Hz och f= 7 kHz.

 

 

Då skulle komplementeringen behöva vara:

 

image.png

 

 

Utöver detta behövs en övergripande förstärkning till linjenivå, antag 58dB.

 

Tillsammans ser det då ut såhär:

 

image.png

 

 

 

Utöver detta behövs kalibrering, och den behöver man ha med sig i kretsen eftersom det inte går att skruva till karakteristiken hur som helst.

 

 

Jag har även tillverkat ett syntetiskt svep för karakteristiken för testning:

Studer-B62-syntetisk-karakteristik.flac

 

 

On 2020-06-17 at 19:03, MatsT said:

Du har mätt med 47k, är det lämplig impedans?

Jag har försökt luska i detta. Jag har i bakhuvudet att tonhuvudet är gjort för 47k, men kan inte verifiera detta.

Kanske någon kan hjälpa mig på traven?

 

Som syns är det en märklig peak i mätningen kring 6 kHz. Vet inte om detta kan hänga ihop med min mätmetod (någon form av oscilleering). Om jag mäter med samma band efter Studer-förstärkaren syns inte denna peak. Det är ju inkl kalibrering, men jag tror aldrig Studer kan ha en så skarp kalibrering.

 

Link to comment
Share on other sites

1 hour ago, calle_jr said:

Utöver detta behövs kalibrering

 

Återigen kan man se detta matematiskt;

 

image.png

 

 

När f1 > 30 kHz går karakteristiken mot idealt tonhuvud och band.

Ju lägre f1 desto mer separationsförluster.

 

@tek och jag har diskuterat hur man bäst löser kalibreringen praktiskt.

Ska man utgå från f= 7 kHz och använda både boost och dämpning för kalibrering?

Eller ska man utgå från en kraftig treble boost och dämpa för hela hf-kalibreringen? 

 

Link to comment
Share on other sites

  • 4 months later...

 

IEC/CCIR 15ips

 

Jag rekapitulerar här lite, för jag ser att jag egentligen inte (så tydligt) har visat de grundläggande stegen från band image.png tonhuvud image.png förstärkare image.png output från bandare.

Såhär kan man sammanfatta dessa för IEC/CCIR 15ips, inräknat eq, förluster och kalibrering:

 

 

image.png

 

 

De röda linjerna representerar inspelningen och är utspänningen från tonhuvudet.

De gröna representerar vad som sker i bandspelarens förstärkare.

Den blå linjen är resulterande output från bandspelaren.

 

Lägg märke till att trots att jag antar att man klarar kalibrera 12dB högfrekvent så kommer separationsförlusterna inte helt kunna kompenseras.

 

 

NAB 15ips

 

Innan IEC/CCIR etablerades hade man problem även i basen eftersom de bandformler som fanns då blev mättade.

Därför hade man en tidskonstant även vid 50Hz. Tidskonstanten i diskanten var dessutom lägre, vid 3150 Hz.

Denna eq kallas för NAB eller IEC2, och används fortfarande i stor omfattning.

 

image.png

 

Jag kan se fördelar med NAB eftersom råförstärkningen i basen kan minskas med ganska många dB.

Frågan är om man får mer brus från inspelningen eller från förstärkaren :663741902_thinkingface:

 

Utöver detta användes en rad olika eq internt i studios och labels. MRL-SM (Studio Master, fHIGH=6,3kHz), ADE (Ampex Duplicator Equalization, fHIGH=12,5kHz), AME (Ampex Master Equalization) m.fl.

Alla dessa ignorerar lågfrekvent boost typ NAB. John G. McKnight gjorde en utredning som presenterades 1962 där han konstaterar:

Data om lågfrekvent energi i musik motiverar inte användningen av fLOW, och lågfrekvent brus kräver inte det. Därför föreslår McKnight att man inte använder lågfrekvent pre-emfas.

 

Dr. Frederick J. Bashour:
 

Quote

Am I the only old analog guy who used your SM eq back in the mid-70s? I have so many tapes done that way, and I always preferred them to the ones I did with Dolby A.

In fact, I used SM until 1978, when I switched to 30 ips using my own "in-house" special curve, which was approximately 3 dB hotter from about 4 kHz on up. [That curve came about because my combination of Paradyne electronics and Ralph Norton high inductance heads couldn't quite make the normal 30 ips AES playback curve. The electronics were a dB or so from going into oscillation, but the tapes sure were quiet!

Dr. Fred

 

 

image.png

image.png

Link to comment
Share on other sites

 

AC-biasering

 

Det finns en till viktig funktion inom rullbandsteknik. Det påverkar inte en tape preamp för avspelning, men är helt avgörande för inspelning, och det är ac-biasering av signalen.

 

Exvis Studer tillämpar ac-biasering med 150 kHz bärvåg för att hamna i det linjära fältet i hysteresisloopen vid inspelning. Hysteres är ju en slags eftersläpning (tröghet) som styr beteendet av magnetiska material som placeras i ett magnetfält. När ett magnetiskt material magnetiseras från ett nollvärde så följer det en olinjär initiell kurva upp till en mättnadspunkt (blå kurva). Om sedan intensiteten i magnetiseringen avtar, så försvinner den inte från materialet utan det kvarstår en residual magnetism (grön kurva). Detta fortgår tills intensiteten går mot noll och vidare när den byter riktning, ända tills mättnad i motsatt riktning uppstår i materialet. Om sedan den motsatta intensiteten minskas och så småningom byter riktning igen och ökar så följer magnetiseringen ånyo en annan väg (röd kurva). När magnetiseringsstyrkan på detta sätt kontinuerligt ändrar intensitet så följer magnetiseringen en hysteresisloop.
 

image.png

 

 

Vilken residual magnetism det blir för en specifik magnetiseringsstyrka beror på var på hysteresisloopen man befann sig ögonblicket innan styrkan ändrade sig, man kan säga att materialet har ett magnetiseringsminne. För en specifik magnetiseringsstyrka (inputsignal), så kan den residuala magnetiseringen därför hamna var som helst mellan B1 och B2:

image.png

 

Detta betéende skulle aldrig fungera med en tillämpning för magnetband. Dessutom vill man att magnetiseringen ska ske så mycket som möjligt inom de linjära regionerna av hysteresisloopen, dvs en bit under mättnadspunkterna.

Av dessa skäl använder man en oscilleringskrets för att skapa en bias-signal. I tidiga tillämpningar på 1800-talet och en bit in på 1900-talet lade man DC på signalen för att hamna hyfsat i de linjära områdena, men sedan 1940-talet använder man högfrekvent AC-bias för rullbandspelare.

Såhär ser den signal ut som man spelar in. Det är alltså en mixning av audiosignalen och bias-signalen, vilket görs i bandspelarens inspelningskrets;

 

image.png

 

 

AC-biaseringen behövs för att den inspelade signalen ska hamna i det linjära området i hysteresisloopen. Bias-signalen måste ha minst 5 gånger så hög frekvens som audiosignalen, och ca 10 gånger högre amplitud. Eftersom bias-signalen är konstant och så mycket starkare än audiosignalen så kommer den summerade signalen befinna sig inom ungefär samma område oavsett om audiosignalen är stark eller svag, dvs magnetiseringen blir linjär.

 

image.png

 

 

Vid avspelning begränsas våglängder som är mindre än magnetgapets bredd, ett slags inbyggt LP-filter alltså. Så bärvågen behöver inte filtreras bort i förstärkaren. Det gör också att även om bandet spelats in med t.ex en gammal Ampex med 60 kHz ac-bias, så kommer den filtreras bort av alla typer av uppspelningstonhuvuden.

Inspelning och avspelning skiljer sig markant åt här, de är inte bara omvända processer. Annars hade bärvågen inte kunnat spelas in. Vid inspelning genereras magnetflödet över gapets kant, medan vid avspelning skapas magnetflödet över hela gapets längd.

 

Ps. Det kan finnas behov av en bias trap ändå i avspelningsförstärkaren. Ibland är bärvågen distorderad eftersom den ligger nära dead zone i hysteresisloopen.
 

Link to comment
Share on other sites

  • 8 months later...

 

Skakar liv i denna tråd eftersom jag kanske har hittat en lämplig förstärkarkrets som är anpassad för tonhuvud, National LM1897.

 

Jag har simulerat med denna och får bra respons upp till 10kHz. Förstärkaren baseras på att skapa en resonanskrets högfrekvent för att kompensera för skanningsförluster pga tonhuvudgap och virvelströmmar. 

 

Såhär ser mitt schema ut baserat på den uppmätning jag gjort tidigare på tonhuvudet (samma karakteristik som ovan). C3 är den konding som ger resonans med tonhuvudet, och det blir såhär med 550pF parallellt med 120kohm resistor;

 

image.png

 

 

image.png

 

 

 

Som synes blir det inte riktigt bra, och jag tycker inte heller det känns riktigt rätt att basera förstärkningen här på en resonanskrets.

Tips på hur jag kan göra detta med en kompletterande opamp i stället:question:

 

Link to comment
Share on other sites

10 hours ago, tek said:

Påminn mig, skanningsförlusterna kompenseras med +20dB/dec?

De ska kompenseras med ca +15dB/okt men de börjar lite flackare från ca 6kHz.

Se röd kurva ovan. Jag kallar allt som avviker från +6dB/okt för skanningsförluster.

 

Karakteristiken kan beskrivas med;

 

uh=20log(ff0(1+(ff1)4)   [dB], där f= 195 Hz och f= 7 kHz.

 

Men tacksam om du bara hjälper mig på traven så kan jag själv prova mig fram.

 

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.

 Share

×
×
  • Create New...