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 |
|---|---|
| NE5534 | 3,5 nV/√Hz |
| OP37 | 3 nV/√Hz |
| LME49710 | 2,5 nV/√Hz |
| LT1028, LT1115, AD797, LME49990 | 0,9 nV/√Hz |
| BK151 | 0,5 nV/√Hz |
Il secondo op-amp non incide significativamente sul rumore complessivo, per cui la sua scelta è meno critica. Alcuni modelli adatti sono i seguenti.
| Op-amp del secondo stadio |
|---|
| NE5534 |
| LME49710 |
| LT1028, LT1115, AD797 |
| OPA627, OPA637 |
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).
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 12 o 15 V~ da almeno 6 VA, o anche con una tensione duale non stabilizzata compresa tra ±15 e ±22 V.
Il raddrizzatore è costituito da diodi 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.
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). 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 |
Buongiorno Luciano,
a parità di curva di equalizzazione e guadagno complessivo, qualsiasi preamplificatore tratta esattamente allo stesso modo il segnale prodotto dalla testina (che è un mix di segnale audio e rumore a bassa frequenza dovuto al giradischi).
Pertanto, il rumore a bassa frequenza viene amplificato esattamente allo stesso modo, indipendentemente da come vengono arrangiati gli stadi di guadagno.
Per il problema del rumore subsonico esistono almeno 2 soluzioni: la prima consiste nell’usare un filtro subsonico, la seconda consiste in un’accurata messa a punto del sistema braccio-testina e nell’uso di dischi piani. Generalmente, i puristi preferiscono evitare l’uso di filtri, per cui si orientano verso la seconda soluzione, che dà ottimi risultati senza richiedere ulteriori elettroniche.
Per ridurre il problema del rumore subsonico, nel 1976 la CEI ha proposto una variante della curva RIAA, che prende il nome di RIAA-IEC, che include un’ulteriore costante di tempo necessaria ad attenuare le basse frequenze. Nel T-Phonum MKII, questo può essere ottenuto inserendo un condensatore da 150 nF in serie a C6(17). Tuttavia, lo standard RIAA-IEC non ha avuto grande diffusione, per cui la maggior parte dei dischi risulta equalizzata con lo standard RIAA.
Consiglio vivamente a chi come me ama il vinile di montare questo spettacolare preamplificatore, sarà tutto un altro ascolto.
Si tratta sicuramente di un progetto con uno studio particolarmente approfondito nel campo della amplificazione di piccoli segnali, che viene ben descritto in modo completo ed esaustivo.
Sarebbe molto interessante avere disponibile una piastra da montare con una alimentazione molto curata, per una prova di ascolto.
Saluti. Roberto D.
Hello and apologies for writing in English, but i thought better in English than Google-Translate Italian :).
I stumbled over the T-Phonum mkII while looking for a nice DIY Phono Preamp.
There are a number of other projects out that fall in the same category, e.g. PlatINA or Muffsy, but my weird -maybe wrong- engineering gutsy feeling was drawn to this schematic.
It just seems to make more sense to me: Amplify the low frequencies, then a lowpass for the high frequencies. Then amplify everything to the desired level in the output stage. Nice!
Why i am writing: Is there a PCB layout for the Rev7 out there somewhere or can a PCB be purchased?
The downloadable PDF does not seem to contain it.
I played a bit with DesignSpark PCB and entered one Channel, but i am no routing genius. My blunt approach would be to mimic the original component placement, then use the copper-fill option to have as much ground as possible. Maybe separate ground areas for left and right channel and the power supply and just connect the those through a single track close to the voltage rails.
Kind Regards,
Tobias
Dear Tobias,
thanks for your comment. As you have seen, the T-Phonum MKII uses a two-stage RIAA network in order to fix the main weaknesses of only-active or only-passive RIAA networks.
This approach allows to get at the same time high signal-to-noise ratio, high headroom and high RIAA accuracy over the entire audio bandwith. Furthermore, the proper attenuation of ultrasonic frequencies according to RIAA standard (including MC cartridges high-frequency noise), avoids slew-induced distortion in the following stages (e.g. transient intermodulation distortion).
The downloadable PDF includes the reccomended layout, wich can be used to route the PCB (the project is licensed for personal use only – not for sale). In my design I used a low noise layout including independent ground planes for two channels. This ensure best noise and crosstalk performances.
Best regards,
Niki