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  Filter, RIAA
 

Fortsetzung ab 12.2011


zwei Varianten :
  • Röhren-RIAA
  • diskret aufgebauter RIAA



RIAA-Filter - Vorverstärker
 





In den nächsten Wochen entstehen hier zwei (evt. mehrere Versionen - hängt vom Feedback ab) Entzerrer-Vorverstärker nach RIAA-Norm.

Bevor wir uns mit der Erstellung eines solchen Entzerrer-Vorverstärkers beschäftigen,
müssen die nachfolgenden Bedingungen erfüllt sein :
- die Möglichkeit, das entstandene Filter zu überprüfen
- weiterhin sollen Möglichkeiten geschaffen werden, hier vorgestellte Filter an andere Baugruppen anzupassen

Hierzu wird erst mal ein sog. Umkehrfilter erstellt, welches die Entzerrung (RIAA) wieder
umkehrt, so dass mit Hilfe eines Sinusgenerators und eines TRUE-RMS-Meters das
Filter überprüft werden kann.

Arbeitsweise eines RIAA-Filters :

Um ein Tonsignal auf eine Schallplatte zu pressen wird das Signal folgendermaßen verzerrt :
die Amplitude hoher Frequenzen wird verstärkt, die Amplitude niedriger Frequenzen wird verringert.
Das so verzerrte Signal muss nun im Entzerrer-Vorverstärker wieder so entzerrt werden,
dass hieraus ein der Quelle entsprechendes Signal entsteht.
Ein Entzerrer-Vorverstärker hat nun die Aufgabe, das Signal des Tonabnehmers von wenigen
Millivolt so zu verstärken, das es für die weitere Verarbeitung der Signalkette (Endverstärker  / Vorverstärker)
einen ausreichend hohen Spannungspegel aufweist; dabei muss das Signal dann noch entzerrt werden.
In nachfolghender Abbildung ist ein passives RIAA-Filter zu sehen,
wie es von Alfred G. Jung 1980 auf der AES Convention vorgestellt wurde.
 

 
Dieses passive Filter setzt eine niederohmige Quelle (ideal : unendlich klein)
und eine hochohmige Belastung voraus.
Ändern sich diese Bedingungen - z.B. Quelle mit einem Widerstand von beispielsweise
1000 Ohm, so muss der Widerstandswert (7290 Ohm) entsprechend angepasst werden.
Genaue Berechnungen des Hochpass- und Tiefpass-Teils sind im Netz reichlich zu finden.
 

Die Zeitkonstanten : 75µs = 2122 Hz;  318 µs = 500,5 Hz;  3180µs = 50,05 Hz.  (t = R x C). 
 
Diese Zeitkonstanten bestimmen den Verlauf der RIAA-Kennlinie :
Die Bezugsfrequenz wurde mit 1KHz festgelegt. Über dieser Gezugsfrequenz werden die Höhen angehoben, die Eckfrequenz ist dabei auf 2122Hz (+3dB-Punkt) festgelegt,
wobei die Frequenz von 1 KHz unbeeinflusst bleibt. Damit ergibt sich ein Anstieg von 6dB/Okt.,
womit bei 20KHz ein Anstieg von +20dB gegenüber 1 KHz erreicht wird.
Die tiefen Frequenzen werden bei einer Eck-Frequenz von 500,5 Hz (-3dB-Punkt) abgesenkt und
bei einer Eckfrequenz von 50,05 Hz gestoppt, so dass sich bei 20 Hz wieder ein linearer Verlauf einstellt -
damit laüft die Absenkung der tiefen Frequenzen nicht ins Unendliche.

Es gibt - bzw. gab - in den Anfängen der Normung andere Zeitkonstanten, auf die ich
hier nicht weiter eingehen möchte - interessant evt. für Liebhaber alter Schallplatten -
hierzu findet sich im Netz einiges an Informationen.


Aus diesem passiven RIAA-Filter "basteln" wir uns erst mal ein Umkehrfilter - welches eben
die RIAA-Funktion umkehrt. Wird das Umkehrfilter dann in Reihe zu einem RIAA-Entzerrer-
Vorverstärker geschaltet, kann mittels eines Sinus-Generators und einem TRUE-RMS-Meters
die Funktion des Entzerrer-Vorverstärkers überprüft werden; Vorraussetzungen :
- Frequenzstabile Spannung am Sinus-Generator
- ein "einigermaßen" funktionstüchtiges TRUE-RMS-Meter, Frequenzbereich ca. 40Hz . . . 25KHz

Das Umkehrfilter (mit Verstärker) :




Die Bauteile 2K2, Trimmpoti500R, 68n, 68n, 47n erzeugen hier in der Gegenkopplung des Operationsverstärkers das Filter.
Als Operationsverstärker sind typen wie NE5532, NE5534, MC33079 o.ä. nutzbar.
Die Datenblätter zu den OP's sind unter //Datenblätter//Operationsverstärker zu finden.
Der 47-pF-Kondensator dient der Frequenzkompensation, damit die Verstärkerschaltung
oberhalb 50KHz . . . 60KHz (je nach verwendetem OP) nicht in die Leerlaufverstärkung driftet.
Der Wert von 47pF funktioniert für die Typen NE5532, 34 und MC33078, 79 gleichermaßen gut. 
Frequenzbestimmende Kondensatoren und Widerstände sollten eng Toleriert oder selektiert sein.
Bei 1%igen Werten ergibt sich etwa eine Genauigkeit von 0,1 dB,
bei 0,2%igen Werten ergibt sich die Genauigkeit zu 0,02dB.

Ein Schema der Messanordnung zeigt nachfolgende Abbildung.






Schaltung 1 mit 2 Stück ECC83 (o.ä.)

Projekt-Beschreibung : 

RIAA-Vorverstärker mit ECC83.
Bauteilaufwand : mittel
Bauteilkosten : ab. 100 Euro je Kanal
Schwierigkeitsgrad : hoch


 


Stückliste




Bauteilauswahl:

Bei den Widerständen (bis auf R2, R3 und R4) verwende ich - falls möglich, Kohle-Masse-Widerstände (NOS).
Diese sind teilweise noch gut sortiert bei ebay erhältlich, ggf. muss ein erforderlicher Wert
durch Parallel- oder -Reihenschaltung erzeugt werden.
"Alte" NOS-Widerstände müssen ausgemessen- und selektiert werden.
Wer sich dieses nicht antun möchte, ist mit Metallfilfwiderständen der E-192-Reihe bestens bedient.
Kondensatoren : auch hier sollten im Signalzweig nur hochwertige Typen verwendet werden.
Für C11 sollte ein SILMIC oder BLACK-GATE-Elko verwendet werden (bloß keine 0815-Billigware !).

Zeitkonstanten :


Die Zeitkonstanten sind wie folgt realisiert :
75µs mit R8, R9 und C8, C9 - Gesamtwiderstand aus R8 und R9 : 10150 Ohm,
ggf. können mit R9 Toleranzen (C8, C9) ausgeglichen werden.
318µs und 3180µs sind mit R12...R15 und C12 realisiert.
Die Widerstände sollten selektiert und vermessen sein, ebenso der Kondensator C12.

Eingangsbeschaltung :

Für die Eingangsbeschaltung habe ich hier zwei 4-polige DIP-Schalter vorgesehen,
über die das jeweilige System angepasst werden kann (z.B. R = 47K, C = 47pF).
Durch Verwendung geeigneter Kondensatoren und Widerstände kann durch Schalten
der jeweiligen DIP-Schalter ein großer Anpassungsbereich abgedeckt werden.
Bsp.:
R18..R21 : 4K7, 10, 36K, 47K
C13..C16 : 4p7, 10p, 22p, 47p
Weitere Möglichkeiten :
Alternativ kann die Eingangsbeschaltung aus S1.4, S2.4, C13..C16 und R18..R21 auch entfallen
und gegen Festwerte : R = 47K, C=47p ausgetauscht werden.
Eine weitere Möglichkeit ist das Parallelschalten von zwei CHINCH-Buchsen zur Eingangsbuchse.
Je ein CHINCH-Stecker bekommt dann einen Widerstand und einen Kondensator.
So kann mit einer entsprechendenden Anzahl CHINCH-Steckern ein weiter Eingangsbereich
abgedeckt bzw. passend erstellt werden.

Spannungsversorgung :

Auf die Spannungsversorgung werde ich hier nicht weiter eingehen.
Entsprechende Vorschläge sind unter :Spannungsversorgungen
reichlich vorhanden.
Die Anodenspannung sollte über mindestens zwei PI-Glieder (C-R-C oder C-L-C) geglättet sein.

Aufbauhinweise :

Der Aufbau sollte ausreichend geschirmt sein, ggf. Aufbau in einem seperaten Gehäuse vorsehen.
Für die Verbindung Masse-Gehäusemasse (R17) ist ggf.
ein Widerstand im Bereich 10 Ohm ... 100 Ohm zu verwenden. 





Variante mit der russischen 6n2p







... hier sind die Zeitkonstanten in den Rückkopplungszweig integriert.
Da die Filterschaltung u.a. auch vom Ein-Ausgangswiderstand der Röhren abhängig ist, wurde der Hochpaß
mit 2n2, 2n7, 1M und einem 500KOhm-Trimmpotentiometer (20-Gang) realisiert,
so dass hier geregelt werden kann - 200KOhm sind ein  guter Anfangswert, danach sollte mit einem
True-RMS-fähigen Multimeter oder besser einem Oszi feineingestellt werden.
Die 6N2P ist gut erhältlich (zu moderaten Preisen).



Version mit LT1115 und LT1010CT(Buffer)





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