T-Phonum MKII

Il T-Phonum MKII è un preamplificatore phono RIAA ad elevate prestazioni concepito sia per testine a magnete mobile (MM) che a bobina mobile (MC).

Introduzione

Il T-Phonum MKII è stato sviluppato allo scopo di ottenere le migliori prestazioni nella riproduzione del disco in vinile. Il circuito impiega una particolare rete d’equalizzazione RIAA a due stadi, uno attivo ed uno passivo, che permette di risolvere efficacemente le problematiche di accuratezza, rumore e dinamica d’ingresso che tipicamente si presentano impiegando le reti attive o passive tradizionali.

Attraverso una complessa procedura di dimensionamento è stato possibile ottenere un’elevatissima accuratezza nella riproduzione della curva RIAA, garantendo un’eccezionale fedeltà nella riproduzione. L’uso della rete RIAA a due stadi, unitamente al particolare arrangiamento degli stadi di guadagno, ha permesso di ottenere un rapporto segnale/rumore e una dinamica d’ingresso sensibilmente superiori rispetto alle circuitazioni convenzionali.

Parametro	Valore	Note
Guadagno	MM: 40 dB, 46 dB MC: 60 dB, 66 dB	4 valori selezionabili mediante interruttori DIP
Rapporto segnale/rumore	A-weight: MM: 92 dB, 87 dB MC: 73 dB, 67 dB Unweight: MM: 88 dB, 83 dB MC: 69 dB, 63 dB	Op-amp LT1115
Massimo segnale d’ingresso	81 mVRMS (230 mVpp) a 40 dB 7,8 mVRMS (22,2 mVpp) a 60 dB	1 kHz, alimentazione a ±12 V
Margine prima del clipping (headroom)	27 dB	1 kHz, alimentazione a ±12 V
Distorsione armonica totale	~0,002%	Op-amp LT1115, 1 kHz
Accuratezza della curva RIAA	±0,05 dB	Typ., 20 Hz ÷ 20 kHz
Capacità d’ingresso	0 pF, 100 pF, 150 pF, 220 pF, 250 pF, 320 pF, 370 pF, 470 pF	8 valori selezionabili mediante interruttori DIP
Resistenza d’ingresso	47 kΩ, 1 kΩ, 100 Ω, 91 Ω	4 valori selezionabili mediante interruttori DIP

Alcuni interruttori DIP presenti sulla scheda permettono di regolare il guadagno (modalità MM e MC), la capacità d’ingresso (per ottimizzare l’interfacciamento delle testine MM) e la resistenza d’ingresso (per le testine MC).

Tutti questi aspetti sono stati concepiti allo scopo di ottenere una riproduzione estremamente fedele del supporto in vinile e assicurare prestazioni musicali di elevatissimo livello.

Stadio preamplificatore

Il circuito impiega complessivamente quattro amplificatori operazionali singoli per applicazioni audio, due per ciascun canale.

La rete RIAA a due stadi è a bassa impedenza per minimizzare il rumore termico. Questa viene pilotata dal primo op-amp, che fornisce anche una porzione significativa del guadagno complessivo. Il secondo op-amp fornisce il restante guadagno necessario, che può essere regolato a seconda del livello d’uscita della testina impiegata. La particolare combinazione di equalizzazione e amplificazione è alla base dell’elevato rapporto segnale/rumore e dell’elevata dinamica d’ingresso del T-Phonum MKII.

Per ottenere il miglior rapporto segnale/rumore è necessario che il primo op-amp fornisca un basso rumore d’ingresso. Per esempio, i modelli seguenti sono adatti.

Op-amp del primo stadio	Rumore d’ingresso	Alimentazione
NE5534	3,5 nV/√Hz	Da ±12 V a ±20 V
OP37	3 nV/√Hz	Da ±12 V a ±22 V
LME49710	2,5 nV/√Hz	Da ±12 V a ±17 V
AD797	0,9 nV/√Hz	Da ±12 V a ±18 V
LME49990	0,9 nV/√Hz	Da ±12 V a ±18 V
LT1115	0,9 nV/√Hz	Da ±12 V a ±22 V
LT1028	0,9 nV/√Hz	Da ±12 V a ±22 V
BK251 (scopri di più)	0,5 nV/√Hz	±15 V (da ±12 V a ±18 V)

Il secondo op-amp non incide significativamente sul rumore complessivo, per cui la sua scelta è meno critica. Alcuni modelli consigliati sono i seguenti.

Op-amp del secondo stadio	Slew-rate	GBP	THD	Alimentazione
NE5534	13 V/µs	10 MHz	0,002%	Da ±12 V a ±20 V
LME49710	20 V/µs	55 MHz	0,00003%	Da ±12 V a ±17 V
OPA604	25 V/μs	20 MHz	0,0003%	Da ±12 V a ±24 V
OPA134	20 V/µs	8 MHz	0,00008%	Da ±12 V a ±18 V
OPA627	55 V/µs	16 MHz	0,00003%	Da ±12 V a ±18 V
OPA637	135 V/µs	80 MHz	0,00003%	Da ±12 V a ±18 V

L’accuratezza della riproduzione della curva RIAA dipende dalla tolleranza dei componenti usati nella rete d’equalizzazione. Per questo, i resistori sono a strato metallico con tolleranza uguale o inferiore all’1% e i condensatori sono a film plastico metallizzato con tolleranza uguale o inferiore al 5%.

I condensatori di accoppiamento (C6, C7, C17 e C18) sono a film plastico (qualsiasi capacità compresa tra 2,2 e 10 µF è adatta). I condensatori di bypass delle alimentazioni (da C8 a C11 e da C19 a C22) sono di tipo ceramico per ottenere la minima impedenza alle alte frequenze.

Gli interruttori DIP possono essere attivati secondo varie combinazioni per ottenere 4 valori di guadagno (S2 e S4), 8 valori di capacità e 4 valori di resistenza d’ingresso (S1 e S3).

La rete RIAA a due stadi

Diversamente dalla maggior parte dei preamplificatori RIAA, che impiegano reti d’equalizzazione esclusivamente attive o esclusivamente passive, il T-Phonum MKII impiega simultaneamente due distinte reti specializzate: una attiva per le basse frequenze ed una passiva per le alte frequenze. Questa tecnica offre dei notevoli vantaggi, perché permette di superare efficacemente le limitazioni delle reti tradizionali.

Infatti, le normali reti RIAA passive introducono un’attenuazione di circa 20 dB ad 1 kHz, che deve essere recuperata amplificando ulteriormente il segnale. Questo pone severe limitazioni circa il rapporto segnale/rumore e la dinamica d’ingresso ottenibili. La rete RIAA a due stadi non introduce quest’attenuazione, per cui è in grado di massimizzare il rapporto segnale/rumore e la dinamica d’ingresso del preamplificatore.

Inoltre, con questo approccio è agevole dimensionare reti a bassa impedenza senza sovraccaricare lo stadio amplificatore. Questo riduce sensibilmente il rumore termico, che è il principale problema delle reti passive tradizionali ad alta impedenza.

D’altro canto, l’uso di una parte passiva per le alte frequenze (il polo a 75 µs) permette alla rete RIAA a due stadi di seguire il corretto andamento della curva RIAA anche alle frequenze ultrasoniche, cosa che non sarebbe stata possibile impiegando una sola rete attiva nella configurazione non-invertente. Questo permette di ottenere una perfetta fedeltà nella riproduzione della curva RIAA anche alle alte frequenze.

La corretta attenuazione delle frequenze ultrasoniche previene anche la comparsa delle distorsioni d’intermodulazione dovute alle limitazioni dello slew-rate degli stadi amplificatori successivi, che lavorano così nelle loro condizioni operative ottimali.

In definitiva, la rete RIAA a due stadi permette di beneficiare dei vantaggi di ciascuna tipologia di rete senza presentarne le limitazioni. Un’accurata analisi della rete ha permesso di sviluppare un apposito algoritmo finalizzato ad individuare la miglior combinazione di valori per assicurare sia un’elevata accuratezza che un basso rumore.

Stadio d’alimentazione

La scheda del T-Phonum MKII può essere alimentata in molte diverse modalità (a partire dalla Rev. 7). Pertanto, la scheda può essere assemblata secondo due opzioni:

• sfruttando lo stadio d’alimentazione integrato nella scheda (opzione A);
• sfruttando un alimentatore esterno o una coppia di batterie (opzione B).

Le fotografie di questo articolo sono relative all’opzione A, mentre nell’articolo “Montaggio in due telai del T-Phonum MKII” sono descritte diverse possibili realizzazioni dell’opzione B.

Opzione A (predefinita)

La scheda include uno stadio d’alimentazione stabilizzato progettato per assicurare un’adeguata alimentazione a basso rumore. Questo permette di alimentare la scheda dal connettore E5 con un trasformatore da 15 V~ (a singolo o, preferibilmente, doppio secondario) da almeno 6 VA, o anche con una tensione duale non stabilizzata compresa tra ±18 e ±24 V come quella fornita dalla scheda di pre-regolazione BP221.

Il raddrizzatore è costituito da diodi veloci di tipo 1N4936 che, in parallelo ai condensatori, assicurano un basso rumore di commutazione. I diodi D5 e D6 prevengono l’aggancio delle uscite (output latch) al momento dell’accensione. I regolatori possono essere sostituiti con modelli simili capaci di fornire tensioni diverse, in accordo con gli op-amp e il trasformatore impiegati.

C29, C30 e C31 sono i condensatori di bypass dei regolatori e sono di tipo ceramico. Invece, C32 compensa il regolatore negativo e deve essere da 1 µF al tantalio. Le tipologie indicate assicurano la stabilità dei regolatori, un’ottima risposta al transitorio e un basso rumore.

L’impiego di un trasformatore esterno è il miglior modo per evitare i disturbi elettromagnetici. Il trasformatore può anche essere inserito all’interno del contenitore purché sia posizionato opportunamente.

Opzione B

Escludendo lo stadio d’alimentazione integrato nella scheda è possibile alimentare direttamente gli op-amp dal connettore E7. Quest’opzione è utile se si desidera impiegare una coppia di batterie o un alimentatore esterno con una tensione d’uscita duale adatta agli op-amp impiegati (generalmente compresa tra ±12 e ±18 V per la maggior parte degli op-amp). In questo caso i componenti contrassegnati con l’asterisco (*) non devono essere montati.

Modalità di alimentazione

Le due opzioni permettono di alimentare la scheda con un trasformatore a singolo secondario (1), con un trasformatore con presa centrale (2), con una tensione duale non stabilizzata (3) o con una tensione duale stabilizzata (4).

Opzione	Modalità	Note
Opz. A	Modalità 1 (predefinita) Funzionamento a singola semionda	Utile se si dispone di un trasformatore a singolo secondario da 12 V o 15 V. Vengono usati i terminali AC1 e GND di E5.
	Modalità 2 Funzionamento a onda intera	Utile se si dispone di un trasformatore con presa centrale da 12-0-12 V o 15-0-15 V. Vengono usati i terminali AC1, GND e AC2 di E5.
	Modalità 3 Funzionamento in DC	Utile se si dispone di una tensione DC duale non stabilizzata compresa tra ±15 e ±22 V. Vengono usati i terminali AC1 (per V+), GND e AC2 (per V-) di E5.
Opz. B	Modalità 4 Alimentazione diretta degli op-amp	Utile se si dispone di una tensione DC duale stabilizzata compresa tra ±12 e ±18 V. Vengono usati i terminali V+, GND e V- di E7.

Montaggio

La scheda deve essere montata in un contenitore metallico per assicurare un’adeguata schermatura. Il contenitore impiegato è in alluminio anodizzato nero, dove il logo è stato inciso al laser. Il collegamento a massa del contenitore è stato effettuato attraverso il connettore d’alimentazione montato sul pannello posteriore: dal momento che la parte esterna di questo connettore non è isolata dal contenitore, questa è stata connessa al terminale 2 (GND) del connettore E5 per portare il telaio a massa.

I connettori RCA sono isolati dal pannello e i collegamenti di segnale sono stati eseguiti con cavo RG-174. Anche il morsetto per il collegamento della massa del giradischi è isolato dal pannello ed è connesso al terminale GND al centro della scheda, che è il punto d’incontro dei piani di massa dei due canali e dell’alimentazione.

Il circuito stampato è stato attentamente progettato per offire piani di massa a basso rumore. Le dimensioni sono di 10 × 12 cm e sono previsti dei fori di fissaggio per viti M3 da usare con distanziatori isolanti. La serigrafia facilita l’assemblaggio, mentre il trattamento HASL protegge il rame e favorisce saldature di elevatissima qualità.

Configurazione dei DIP-switch

Gli interruttori DIP possono essere attivati in varie combinazioni per modificare resistenza d’ingresso, capacità d’ingresso e guadagno.

Capacità e resistenza d’ingresso (S1, S3)	1	2	3	4	5
0 pF	Off	Off	Off
100 pF	On	Off	Off
150 pF	Off	On	Off
220 pF	Off	Off	On
250 pF	On	On	Off
320 pF	On	Off	On
370 pF	Off	On	On
470 pF	On	On	On
47 kΩ				Off	Off
1 kΩ				Off	On
100 Ω				On	Off
91 Ω				On	On

Guadagno (S2, S4)	1	2
+40 dB (MM e MC ad alta uscita)	Off	On
+46 dB (MM e MC ad alta uscita)	On	On
+60 dB (solo MC)	Off	Off
+66 dB (solo MC)	On	Off

Cronologia degli aggiornamenti

• Aggiornamento (01/2021): modificati i regolatori predefiniti (da ±12 V a ±15 V) e alcuni valori di resistenza dell’alimentazione.
• Aggiornamento (Rev. 7, 03/2017): aggiunti due valori di guadagno e due valori di resistenza d’ingresso, aggiunta alimentazione ad onda intera.
• Aggiornamento (Rev. 6, 06/2016): aggiunto connettore per alimentazione diretta op-amp.
• Aggiornamento (Rev. 5, 01/2016): migliorato il rapporto S/N in modalità MC.
• Aggiornamento (Rev. 4, 01/2015): modificati i valori della capacità d’ingresso.
• Aggiornamento (Rev. 3, 05/2013): aggiunto un valore di resistenza d’ingresso.
• Aggiornamento (Rev. 2, 02/2013): sostituzione dei jumper con DIP-switch.
• Aggiornamento (Rev. 1, 12/2012): ottimizzazione della rete RIAA