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

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, LME49990 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.

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.

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) 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

Appassionato di musica e progettazione elettronica.

78 pensieri riguardo “T-Phonum MKII”

  1. 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.

       

  2. 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.

  3. Buongiorno Niki,
    volevo farti i complimenti perché questo progetto mantiene ciò che promette.
    Sono quasi due mesi che ne ho terminato la realizzazione e l’ho provato con diversi generi.
    Ho usato gli LT1115, il T-Phonum è privo di qualsiasi ronzio, “preciso e veloce”, il suono ricco di dettagli e mai affaticante.
    Buona musica.
    Antonio

    1. Ciao Antonio,
      sono molto felice di risentirti e sapere che hai ottenuto i risultati che speravi. Effettivamente gli LT1115 (come anche gli LT1028) sono un’ottima scelta, perché rappresentano probabilmente lo stato dell’arte degli op-amp a basso rumore: non a caso hanno un costo considerevole!
      Spero che il T-Phonum MKII possa darti molte soddisfazioni nell’ascoltare la tua musica preferita.

  4. Buonasera, volevo segnalare all’autore del progetto che sono molto soddisfatto dei risultati ottenuti. Leggendo i commenti positivi degli altri utenti non immaginavo che si potesse arrivare a tanto con un investimento economico inferiore a quello di molti prodotti commerciali. Spero di vedere presto un pre di linea degno di essere affiancato a questo incredibile phono.
    Davvero complimenti per l’ottimo progetto e per i contenuti del sito (che a differenza di altri ci sono poche chiacchiere e molti fatti…).
    Maurizio

    1. Salve Maurizio,
      sono molto felice che sia soddisfatto del T-Phonum MKII e del sito. Sto lavorando continuamente per poter aggiornare il sito con nuovi progetti. Se vuole può iscriversi per mantenersi aggiornato.

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