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).

Aggiornamento (Rev. 7, 03/2017): aggiunti due valori di guadagno e due valori di resistenza d’ingresso, alimentazione migliorata.
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 i DIP-switch.
Aggiornamento (Rev. 1, 12/2012): ridimensionamento della rete RIAA.

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 (foto non aggiornata alla Rev. 7).

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.

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 stadio Rumore d’ingresso
NE5534 3,5 nV/√Hz
OP37 3 nV/√Hz
LME49710 2,5 nV/√Hz
LT1028, LT1115, AD797 0,9 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%.

Scheda del T-Phonum MKII (foto non aggiornata alla Rev. 7).

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).

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.

Alimentatore del T-Phonum MKII.

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.

Trasformatore esterno Friwo da 12 V alternati.

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).

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

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 (foto non aggiornata alla Rev. 7).

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 (foto non aggiornata alla Rev. 7).

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

 


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Autore: bsproj

Amante della musica, appassionato di progettazione elettronica.

70 pensieri riguardo “T-Phonum MKII”

  1. Gentile bsproj, leggendo i commenti molto positivi nei vari forum, ho realizzato l’ultima versione alimentando il circuito con due batterie esterne al piombo-gel da 12 V su consiglio di un mio amico e sono molto soddisfatto del risultato, suona egregiamente, in maniera molto neutra e naturale.
    Ho montato il circuito su una scheda millefori, è stato difficile perché i componenti sono parecchi, ma mi chiedevo se usando una PCB appositamente progettata si potessero migliorare ulteriormente le qualità soniche, anche se sono soddisfatto già così.
    Ancora grazie per condividere gratuitamente questo eccezionale progetto, che personalmente considero tra i migliori in circolazione, considerando la qualità progettuale e la grande neutralità.

    1. Salve Alberto,
      grazie per il suo gentile riscontro positivo. Sono felice che si sia trovato bene con la nuova versione, che permette appunto di essere alimentata anche esternamente, oltre che col circuito di alimentazione nativo.
      Per quanto riguarda la scheda, ritengo che l’uso di una PCB possa essere determinante dal punto di vista delle prestazioni, dal momento che permette di minimizzare i parametri parassiti (resistenza, capacità e induttanza parassite) distribuiti nei collegamenti. Consideri che i piani di massa del T-Phonum MKII sono stati appositamente disegnati per ottenere le migliori prestazioni di rumore e di seprarazione dei canali, e pertanto costituiscono una parte significativa delle prestazioni finali.
      Grazie ancora per i gentilissimi complimenti, che sono uno stimolo a continuare.

  2. Desidero complimentarmi con l’autore del progetto per le qualità di questo phono. Ascolto praticamente solo lp da quasi trent’anni e ultimamente mi ero trovato bene soltanto con il BLACKCUBE SE II, che considero nel complesso un ottimo stadio phono. Dopo aver realizzato il T-PHONUM MKII (con gli LT1028) ho capito di aver finalmente trovato uno stadio phono dalle qualità soniche chiaramente superiori. La scena appare NETTAMENTE più tridimensionale, con una profondità che prima col blackcube non riuscivo a cogliere, e la riproduzione sembra molto più naturale anche con incisioni non proprio facilissime. Fortunatamente ho accolto il suggerimento di provare questo progetto che si è dimostrato totalmente adatto a suonare in un impianto high-end a fianco di elettroniche di tutt’altra fascia di prezzo. Pertanto rinnovo i miei complimenti e saluto cordialmente.
    PS a quando un pre di linea?

    1. Buonasera Enzo,
      la ringrazio per i gentili complimenti. Commenti come il suo ripagano tutti gli sforzi investiti nella progettazione e nell’aggiornamento del T-Phonum MKII.
      Per quanto riguarda il pre di linea, spero di terminare la progettazione di un esemplare durante l’anno prossimo.

  3. Salve Niki, volevo ringraziarti per la tua cortesia nell’avermi aiutato a realizzare il t-phonum mkii con la nuova PCB. Durante il week-end ho provato a lungo questo pre e devo informarti che suona divinamente. Ho eseguito un confronto usando diverse testine: una DL-103, una Dynavector DV10x e anche una AT95. Durante l’ascolto ho riscontrato una naturalezza e una profondità impressionanti senza nessuna fatica d’ascolto. Anche il soundstage è ampio, definito e ben focalizzato anche nelle incisioni più ostiche. Davvero complimenti per l’ottimo lavoro… finalmente ho trovato un pre phono assolutamente godibile da tutti i punti di vista.

    1. Ciao Silvano,
      grazie per il tuo feedback. Sono felice di sapere che col T-Phonum MKII abbia trovato la soluzione per ascoltare al meglio la tua musica preferita.

  4. Salve, le faccio i complimenti per l’ottimo progetto.
    Dopo aver passato oltre 30 anni ad ascoltare musica usando esclusivamente elettroniche valvolari, ho finalmente trovato un valido pre phono a stato solido: devo dire che con questo progetto ho riscontrato un calore ed una naturalezza impressionanti, che in passato ho sentito solo in stadi RIAA valvolari top di gamma.
    Ho notato che anche l’accoppiamento con le varie testine è molto meno problematico, sicuramente merito dello stadio d’ingresso regolabile.
    Penso che questo progetto sia un vero “ammazza giganti”, ancora complimenti.

  5. Finalmente un pre fono a operazionali davvero ben suonante! L’ho provato a casa di un mio amico dove grazie al suo ampio rifornimento ho anche potuto confrontarlo con altri pre sia ad opamp (incluso il blackcube) che a discreti (un cambridge audio 640P) e devo dire che sono rimasto davvero colpito. Una dinamica mostruosa, un soundstage del tutto tridimensionale e una riproduzione di una musicalità totalmente coinvolgente anche usando testine non facilissime come la grado gold o la karat 17D3. Ora sto cercando i materiali per realizzarne uno per me, ma per il momento sono riuscito a mantenere la spesa tranquillamente sotto ai 200 €, che è incredibile se paragonato alle qualità soniche di questo progetto. Complimenti per l’ottimo lavoro!

    1. Salve Michele,
      ho apprezzato molto il suo feedback. Resto a disposizione se avesse necessità di aiuto su come reperire i materiali.

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