T-Phonum MKII

Rev. 7

Preamplificatore phono RIAA MM/MC ad elevate prestazioni

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.

Vista interna del T-Phonum MKII.

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.

ParametroValoreNote
GuadagnoMM: 40 dB, 46 dB
MC: 60 dB, 66 dB
4 valori selezionabili mediante interruttori DIP
Rapporto segnale/rumoreA-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’ingresso81 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 dB1 kHz, alimentazione a ±12 V
Distorsione armonica totale~0,002%Op-amp LT1115, 1 kHz
Accuratezza della curva RIAA±0,05 dBTyp., 20 Hz ÷ 20 kHz
Capacità d’ingresso0 pF, 100 pF, 150 pF, 220 pF, 250 pF, 320 pF, 370 pF, 470 pF8 valori selezionabili mediante interruttori DIP
Resistenza d’ingresso47 kΩ, 1 kΩ, 100 Ω, 91 Ω4 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.

Schema elettrico del preamplificatore phono RIAA 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 stadioRumore d’ingressoAlimentazione
NE55343,5 nV/√HzDa ±12 V a ±20 V
OP373 nV/√HzDa ±12 V a ±22 V
LME497102,5 nV/√HzDa ±12 V a ±17 V
AD7970,9 nV/√HzDa ±12 V a ±18 V
LME499900,9 nV/√HzDa ±12 V a ±18 V
LT11150,9 nV/√HzDa ±12 V a ±22 V
LT10280,9 nV/√HzDa ±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 stadioSlew-rateGBPTHDAlimentazione
NE553413 V/µs10 MHz0,002%Da ±12 V a ±20 V
LME4971020 V/µs55 MHz0,00003%Da ±12 V a ±17 V
OPA60425 V/μs20 MHz0,0003%Da ±12 V a ±24 V
OPA13420 V/µs8 MHz0,00008%Da ±12 V a ±18 V
OPA62755 V/µs16 MHz0,00003%Da ±12 V a ±18 V
OPA637135 V/µs80 MHz0,00003%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%.

Scheda del T-Phonum MKII.

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.

Rete RIAA a due stadi
La rete RIAA a due stadi usata nel T-Phonum MKII.

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 massima deviazione rispetto alla curva RIAA ideale è compresa entro ±0,05 dB
La massima deviazione rispetto alla curva RIAA ideale prodotta dal T-Phonum MKII è compresa entro ±0,05 dB (typ.).

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.

Alimentatore del T-Phonum MKII.

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).

Varie modalità di alimentazione del T-Phonum MKII.
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

Il T-Phonum MKII può essere montato anche in una configurazione a due telai; le diverse possibili varianti sono illustrate nell’articolo Montaggio in due telai del T-Phonum MKII.

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.

Connessioni e montaggio della scheda del T-Phonum MKII.

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.

Circuito stampato (PCB) del T-Phonum MKII.

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)12345
0 pFOffOffOff  
100 pFOnOffOff  
150 pFOffOnOff  
220 pFOffOffOn  
250 pFOnOnOff  
320 pFOnOffOn  
370 pFOffOnOn  
470 pFOnOnOn  
47 kΩ   OffOff
1 kΩ   OffOn
100 Ω   OnOff
91 Ω   OnOn
Guadagno (S2, S4)12
+40 dB (MM e MC ad alta uscita)OffOn
+46 dB (MM e MC ad alta uscita)OnOn
+60 dB (solo MC)OffOff
+66 dB (solo MC)OnOff

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

Download

Download “T-Phonum MKII” tphonum-mkii-rev7-jan21.pdf – Scaricato 1779 volte – 228 KB

Autore: bsproj

Appassionato di musica e progettazione elettronica.

93 pensieri riguardo “T-Phonum MKII”

  1. Salve. Vorrei assemblare anche io il T-phonum , ma essendo un profano, dove dovrei reperire i componenti e il circuito stampato? Dovrei chiedere a voi?

    Grazie mille.

  2. Buona sera, scrivo questo pensiero per congratularmi con l’autore per aver condiviso pubblicamente questo magnifico stadio phono. Dopo aver terminato la realizzazione seguendo scrupolosamente le indicazioni fornite, mi sono cimentato con alcuni amici in un test comparativo confrontandolo con altri 4 stadi phono molto blasonati. Ebbene, siamo rimasti letteralmente di stucco nel constatare che questo progetto si colloca una spanna sopra a tutti gli altri!!! La ricostruzione tridimensionale è perfettamente definita, le voci sono riprodotte in maniera molto raffinata, e la timbrica degli strumenti è incredibilmente naturale, tanto che non abbiamo faticato a dimenticare che stavamo ascoltando una registrazione!! Non posso dire i nomi, ma considera che i phono usati per la comparazione erano prodotti high-end molto blasonati pagati tra 800 e 5000 €… I miei amici mi hanno letteralmente implorato di assemblarne uno anche per loro!!

    Per ora sto usando la versione A (alimentazione integrata nella scheda) con i LT1028 sugli ingressi, ma ora vorrei provare anche con altri op-amp (tra cui gli LT1115 che sono molto rinomati) e vorrei anche provare ad alimentarlo con un alimentazione esterna usando l’apposito connettore per l’opzione B (ho alcune schede di alimentazione regolabili con LM317 e LM337 provenienti dal mio phono precedente). Intanto grazie di cuore per aver condiviso questo progetto col quale ricomincerò a godermi come si deve la mia collezione che ormai ha superato i 2500 titoli.

    Cordiali saluti, Claudio.

  3. Buon giorno,
    sono interessato al suo pre-pre per testine MM-MC.
    In realtà sono a chiederle questo consiglio.
    io ho un giradischi della B&O con testina MC
    Il mio preamplificatore pur vecchio è un Hafler in pura classe A che però ha l’ingresso per testine MM.
    Per le MC bisognava acquistare una scheda aggiuntiva da inserire nel preamplificatore ma che oramai non trovo più in commercio.
    Quindi io userei il suo pre-pre per sfruttare l’ingresso MC.
    La domanda è:
    Essendo che il suo pre-pre ha l’equalizzazione RIAA posso utilizzarlo per gestire una testina MC ed entrare poi nel preamplificatore Hafler ingresso phono per MM?
    In questo modo avrei una doppia equalizzazione RIAA.
    Sul suo progetto è possibile escludere la RIAA e usarlo solo come pre per testine MM-MC?
    Oppure:
    lei ha un progetto per convertire un ingresso MC e avere un uscita gestibile da un preamplificatore con ingresso MM?
    Grazie 1000.

    1. Buongiorno Paolo,
      l’uscita dei preamplificatori RIAA esterni come il T-Phonum MKII può essere collegata esclusivamente ad un ingresso a livello di linea (p. es. Aux, CD, Tuner, ecc.) dell’amplificatore. Generalmente questi ingressi sono disponibili in qualsiasi amplificatore, per cui non vedo perché modificare il circuito per continuare ad usare l’ingresso MM dell’amplificatore.

      Attualmente sto sviluppando uno stadio amplificatore a bassissimo rumore che potrebbe essere impiegato per pre-amplificare il segnale prodotto da una testina MC, in modo da poterlo applicare ad un ingresso MM senza dover ricorrere ad un trasformatore step-up. Pubblicherò un articolo nelle prossime settimane.

       

       

  4. Ho preso solo la scheda. L’ho montata in un box artigianale, inseriti gli Opamp, saldati connettori etc…. senza avere troppe competenze.

    Il risultato è sorprendente, una profondità del suono incredibile! Non ho mai posseduto prephono dedicati di pregio, ma ho avuto macchine con phono integrato comunque di alto livello (Audible illusions modulus 2D, Mission Cyrus two etc….) e devo dire che questo pre è eccezionale. Credo sia impossibile immaginare di ascoltare qualcosa di simile a meno di non spendere veramente una cifra considerevole….

    Grazie Niki!

  5. Mi sto apprestando a realizzare il tuo progetto, ne ho gia’ realizzato uno valvolare  ma presenta del rumore di fondo fastidioso, nonostante l’alimentazione in CC dei filamenti, puo’ darsi che dipenda dal fatto che il PCB ho dovuto realizzarlo da zero e magari ho fatto degli errori sui piani di massa.

    Ho disegnato il tuo pcb con Target3001, pero’ ho alcuni dubbi sulla scelta dei condensatori per la rete RIAA, ad esempio il condensatore da 390 nF l’avrei trovato sul sito DigiKey (fornisce anche pezzi singoli) il costruttore e’ la Epcos(TDK) sulle caratteristiche riporta:
    Condensatori a film 0,39µF 40 V 63 V Poliestere, polietilene tereftalato (PET), metallizzato – Impilato Radiale
    Puo’ andare bene? La sua tolleranza e’ +/- 5%

    Ti ringrazio del supporto.

    Domenico

    1. Ciao Domenico,
      sono felice che tu abbia iniziato a realizzare il T-Phonum MKII.

      Effettivamente un disegno errato del circuito stampato può compromettere enormemente le prestazioni di un circuito a basso rumore. Proprio per questo motivo, la progettazione del layout del T-Phonum MKII ha richiesto notevoli investimenti.

      Per quanto riguarda il condensatore, le caratteristiche che hai indicato sono adatte.

       

  6. Complimenti all’autore di questo progetto, perché ho potuto provarlo da un mio carissimo amico e ne ho apprezzato le soprendenti qualità soniche. Vengo da stadi fono da oltre 1k e sono abituato ad una riproduzione di un certo livello….. sono rimasto sorpreso nel vedere che questo pre si colloca allo stesso livello di apparecchiature di dieci volte il suo costo. Penso che presto prenderà posto nella mia catena!!

    1. Ciao Oscar,
      grazie per i gentilissimi complimenti: mi fa piacere che tu abbia apprezzato questo progetto. Sulla pagina trovi tutti gli schemi per poter realizzare l’ultima versione, che include un’alimentazione ulteriormente migliorata.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *