Preamplificatore RIAA MM a massa virtuale

Diversamente dalle testine a bobina mobile (MC), le testine a magnete mobile (MM) più economiche possono soffrire di alcune limitazioni nella risposta alle alte frequenze della banda audio. Grazie ad una circuitazione del tutto innovativa, il preamplificatore RIAA presentato in quest’articolo permette di estendere sensibilmente la banda passante delle testine a magnete mobile fino alle frequenze ultrasoniche.

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Fig. 1 – Scheda del preamplificatore RIAA a massa virtuale

Questo circuito è stato concepito, in primo luogo, al fine di rappresentare una soluzione economica per migliorare sensibilmente le prestazioni delle testine a magnete mobile di fascia “entry level”, ottenendo risultati paragonabili alle testine a magnete o bobina mobile di fascia superiore.

Nota: questo è un progetto sperimentale che, per ottenere le migliori prestazioni, va accordato in base al modello di testina impiegato modificando il valore di alcuni componenti. È quindi necessario conoscere i dati della testina impiegata e la sua messa a punto richiede un’adeguata competenza.

1. Cenni sul funzionamento

I comuni preamplificatori RIAA presentano al loro ingresso un’elevata resistenza (~47 kΩ) ed una capacità regolabile che, risuonando con la testina magnetica, ne estende leggermente la risposta in frequenza. Tuttavia, le testine a magnete mobile più economiche possono risuonare già a frequenze prossime ai 15 kHz, peggiorando inaccettabilmente l’andamento di ampiezza e fase in banda audio.

Il circuito proposto in quest’articolo risolve efficacemente questo problema fornendo un’impedenza d’ingresso nulla, mentre un’apposita rete di correzione, accordabile con la testina, provvede a rendere perfettamente costante la sua risposta in frequenza fino a frequenze all’ordine delle centinaia di chilohertz. Il risultato è una percepibile estensione della risposta alle alte frequenze, come illustrato nell’animazione seguente.

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Fig. 2 – Spettrogramma di un brano riprodotto con una testina Shure M44G usando un preamplificatore fonografico tradizionale (a) e il preamplificatore fonografico a massa virtuale di quest’articolo (b)

Infine, essendo l’ingresso una massa virtuale (ovvero, un “cortocircuito virtuale”), le risonanze meccaniche della testina magnetica vengono smorzate, migliorando sensibilmente sue le prestazioni. Un approfondimento teorico sulla tecnica impiegata in questo circuito è disponibile qui.

2. Descrizione del circuito

La testina magnetica è connessa al morsetto invertente di un amplificatore operazionale impiegato come amplificatore in transresistenza, ovvero il cui ingresso è pilotato in corrente (anziché in tensione); il guadagno complessivo del circuito è di circa 40 dB a 1 kHz.

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Fig. 3 – Schema elettrico del preamplificatore RIAA a massa virtuale

Data l’elevata amplificazione in continua del primo stadio, è necessario impiegare operazionali con piccolo sbilanciamento d’ingreso (VOS, offset). Inoltre, dal momento che il segnale d’ingresso è una corrente, per ottenere un elevato rapporto S/N è conveniente scegliere amplificatori operazionali con bassa corrente di rumore d’ingresso. A questi scopi sono particolarmente indicati gli amplificatori operazionali con ingresso a JFET come i modelli TL031, TL052, LT1793 o OPA2140; questo permette di ottenere un rapporto S/N di oltre 70 dB(A). In alternativa, è possibile valutare l’uso di amplificatori operazionali con retroazione di corrente (current feedback op-amp, CFOA).

R1(7), C1(6), R3(9), C3(8) e R5(11) sono i componenti della rete RIAA, che assicurano un’accuratezza entro ±0,2 dB in banda audio, come illustrato in fig. 4.

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Fig. 4 – Andamento dell’errore della riproduzione della curva RIAA

Nello schema di fig. 2 si è supposto arbitrariamente di impiegare una testina Shure M44G, che è caratterizzata da una resistenza interna Rs = 640 Ω e da un’induttanza interna Ls = 640 mH; al fine di ottenere la miglior fedeltà possibile, se si impiegano altri tipi di testine è necessario modificare i valori di R2(8), C2(7) e R5(11) usando le seguenti formule:

\[R_{2(8)}=\frac{(L_s/R_s)-8\times10^{-7}}{3,18\times10^{-3}-(L_s/R_s)}\times1,8\times10^5\]

\[C_{2(7)}=\frac{8\times10^{-7}}{R_{2(8)}}{/tex}\]

\[R_{5(11)}=\frac{9\times10^6\times R_s}{1,8\times10^5+R_{2(8)}}\]

Si noti che il rapporto \(L_s/R_s\), che rappresenta la costante di tempo della testina, dipende dal modello impiegato. I valori di Rs e Ls di ciascuna testina possono essere ottenuti dai documenti tecnici del produttore o misurati opportunamente.

Lo stadio d’alimentazione è costituito da un moltiplicatore di capacità (Q1, R13 e C12) che fornisce un’attenuazione del ripple all’ordine dei -50 dB, seguito da un generatore di massa fittizia che permette di ottenere un’alimentazione duale a partire da una tensione singola. Per assicurare il corretto funzionamento degli amplificatori operazionali, la scheda dovrebbe essere alimentata con una tensione compresa tra +18 e +24 V.

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Fig. 5 – Schema dello stadio d’alimentazione

I condensatori da 100 nF servono al by-pass delle alimentazioni, pertanto devono essere di tipo ceramico, mentre i condensatori da 6,8 µF dovrebbero essere al tantalio per assicurare una bassa reattanza alle alte frequenze.

3. La scheda

Le dimensioni della scheda sono di 100 × 60 mm, e pertanto può essere facilmente montata in contenitori metallici di piccole dimensioni.

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Fig. 6 – Vista dettagliata della scheda

La scheda dispone di un punto centrale di massa che può essere collegato all’apposito cavetto proveniente dal giradischi. Per non degradare il rapporto S/N, è necessario evitare anelli di massa nei collegamenti tra la scheda ed i connettori.

Foto del profilo di bsproj

Autore: bsproj

Amante della musica, appassionato di progettazione elettronica.

2 pensieri riguardo “Preamplificatore RIAA MM a massa virtuale”

  1. Ciao.
    Per una testina MM consiglieresti l’utilizzo di questa versione dedicata oppure come qualità del suono il T-Phonum MKII risulta sempre superiore?
    Grazie per i progetti.

    1. Ciao Carmelo,
      come precisato nell’articolo, questo progetto richiede di essere opportunamente accordato modificando il valore di alcuni componenti in modo da ottimizzare l’interfacciamento con la testina usata. Chiaramente da quest’operazione dipende la qualità finale della riproduzione, ma se viene eseguita correttamente il circuito può fornire risultati particolarmente interessanti ad un costo di realizzazione irrisorio. Per questo, lo consiglio solo a chi ha esperienza o voglia di sperimentare qualcosa di insolito.
      Il T-Phonum MKII è invece un progetto davvero “pronto all’uso”, nel senso che non è necessaria nessuna accordatura né presenta particolari difficoltà nel montaggio, ed è in grado di fornire prestazioni estremamente elevate (sia in termini di rumore che di fedeltà nella riproduzione della curva RIAA). D’altro canto, realizzarlo è chiaramente più costoso del progetto di quest’articolo (anche se in entrambi i casi le cifre sono nettamente inferiori rispetto a quelle richieste per l’acquisto di un qualsiasi prodotto commerciale simile).

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