Symmetrischer Phono-Vorverstärker 2013

Über Entwurf und Aufbau eines symmetrischen Phono-Vorverstärkers mit Ausgangsübertragern, separatem Mono-Entzerrervorverstärker und ausgelagertem Netzteil mit Drosseleingang

Die hier beschriebene Schaltung arbeitet mit Hochspannung und ist somit potentiell lebensgefährlich. Für gesundheitliche, technische oder ideelle Schäden die aus dem Nachbau entstehen lehne ich jede Haftung ab, jeder Nachbau geschieht auf eigene Verantwortung. Ebenfalls übernehme ich keine Gewährleistung für die ordnungsgemäße Funktion der Schaltung. Diese Seite richtet sich an Audioamateure, den kommerziellen Nachbau dieser Schaltung (oder Teile daraus) gestatte ich nicht.

Dieser Selbstbau löst meine bisherige Phono- und Vorstufe ab. Er ist das Ergebnis der Erfahrungen und Ideen der letzten Jahre, welche ich seinerzeit u.a. durch Umbauten an der bisherigen Phonostufe gewonnen hatte. Leise Phono-MC Systeme direkt mit Röhren zu verstärken ist kein einfaches Unterfangen, Mikrophone, Korrosion an Röhrenpins bzw. Fassungen so wie die Verfügbarkeit geeigneter Röhren setzen Grenzen.

Entfallen in diesem Neubau ist das Umschalten von Phonoeingängen vor der MM-Stufe. Das geht technisch natürlich sehr gut und funktioniert auch, aber eben nur bis zu einem gewissen Niveau. Wenn längere Zeit nur ein Phonoeingang benutzt wurde kam es im Laufe der Zeit zu Pegeldifferenzen der Kanäle, welche mit Betätigung des (hochwertigen) Schalters wieder verschwanden. Wie viel Mikrophonie so ein Schalter oder auch ein Relais an der Stelle einfangen? Wollte ich bei dieser Vorstufe nicht ausprobieren.

Jetzt habe ich ein separates Monophonoteil gebaut, mit einem kurzschliessenden ELMA 11-fach 2-Pol Schalter für die Filter. Kein Umschalten der Tonabnehmer mehr vor der Phonostufe. Auch wenn ich nach wie vor die Monoplatten über Stereolautsprecher höre, finde ich es psychoakustisch gut, nun ein wirklich monophones Phonoteil zu haben. Selbst bei geringen Abweichungen der Kanäle eines Stereophonoteils, auch in der Entzerrung, kann es dadurch nur Nachteile geben. Nun sind auch die ganzen umschaltbaren Filter im Stereoteil entfallen, denn Stereo-LP sind immer RIAA verzerrt.

Ebenfalls nicht mehr eingebaut sind Spannungsregler für die Betriebsspannung. Damit hatte ich mich äußerst intensiv beschäftigt und bin zu der Erkenntnis gelangt, das eine vollständig „klangneutrale“ Spannungsversorgung nicht möglich ist. Somit habe ich auch aus Platz- und Aufwandsgründen darauf verzichtet. Im Grunde müsste auch jede Verstärkerstufe einen eigenen Regler bekommen um ungewollte Interaktionen des Nutzsignals über die Betriebsspannung zu unterbinden, nur das geht aus Aufwandsgründen erst recht nicht. Lediglich die Röhrenheizung erfolgt mit geregelter Gleichspannung.

Ach ja, unsymmetrische Quellen (Cinch) lassen sich hier nicht mehr anschliessen. Lediglich ein XLR-Hochpegeleingang für D/A-Wandler ist vorgesehen. Um Cinchgeräte anschliessen zu können wäre ein 10k Eingangstransformator zur Symmetrierung notwendig. Das Gerät hat selbst hat nur XLR Anschlüsse. Ich hab es eben für meine eigene Benutzung gebaut.

Es gibt keine oben herausschauenden Röhren mehr. lediglich eine Signallampe am Netzteil die auf Betriebszustand hinweist. Die offene Bauweise ist auch ein ganz schöner Staubfänger. Und eigentlich gehört das empfindliche Phonoteil eben grade bei hohem Anspruch in ein abgeschirmtes Gehäuse. Auch Mikrophonie durch Raumschall sollte in der Phonostufe vermieden werden.

Das Phonoteil

Geblieben ist hingegen die bewährte EF86 bzw. EF806 Eingangsstufe als Differenzverstärker. Der RIAA Filter ist nun niederohmiger gerechnet, auch so gerechnet das eine hohe Genauigkeit mit weniger Bauteilen erreicht wird. Der Arbeitspunkt der EF86 wurde daran angepasst. Für das Stereoteil ist die Neumannkonstante hinzugekommen. Die zweite Stufe hinter dem Filter ist wiederum der gleiche EF86 Differenzverstärker. Damit dieser den 10k Lautstärkeregler und evtl. einen externen A/D Wandler treiben kann folgt DC-gekoppelt ein Kathodenfolger mit der ECC82.

Die Eingangsempfindlichkeit der Phonostufe liegt bei ca. 2 Millivolt. Sie ist ausgelegt um das SPU (oder DL103) mit einem 1:10 Übertrager zu benutzen. Das EMT TSD15 läuft ohne Übertrager mit gutem Rauschabstand an dieser Phonostufe. Das Ortofon "Modell C" passt mit seiner Ausgangsspannung ebenfalls ohne Übertrager. Die Wahl der EF86/EF806 ist für alle Anwendungen in Bezug auf Rauschen unkritisch, bei Verwendung aktueller Röhrenproduktion liegt das Rauschen eines EMT TSD 15 ohne Übertrager etwa auf dem Nieveau der Schallplattenleerrille wenn man Pech mit den Röhren hat. Die normalen NOS-Russen mit den Silberpins sind schon besser. Gute Deutsche NOS Ware schafft gemessen bis zu 60dB Rauschabstand bezogen auf 2mV Eingangsspannung. Real sind gute 50dB mit dem TSD 15 drin, noch ohne A-Korrektur. Probleme bei Röhren aus aktueller Produktion machen oft leider nicht funktionierende Schirmgitter. Da die Röhren zur Prüfung regelhaft als Triode beschaltet werden fallen solche fehlerhaften Exemplare durchs Raster. Sie machen sich durch starkes Rauschen und/oder starke Mikrophonie bemerkbar, oft nach einigen wenigen Betriebsstunden. Gemessene RIAA Abweichung: weniger als 0,5 dB.

Die letzte Siebstufe des Netzteils ist jeweils räumlich an der jeweiligen Verstärkerstufe untergebracht, jeweils ein großer WIMA DC-Link 260µF Kondensator. Auch für die Eingangsstufe, welche relativ wenig Strom verbraucht. Dort ist das Signal ja noch vorverzerrt, d.h. die tiefen Frequenzen deutlich abgesenkt.

Ganz besonders im Phonoteil befinden sich viele sogenannte „Boutique“ Bauteile, damit sind Bauteile gemeint, welche speziell für hochwertige Audiogeräte hergestellt werden und die natürlich auch teurer sind als normale Bauteile. Ob deren Einsatz „was bringt“ oder nicht, ist für mich gar nicht die Frage. Die Frage war für mich, ob ich in einen Verstärker der mich in erster Linie Unmengen Zeit kostet etwas hineinbaue was mit der Intention hergestellt wurde irgendwo einen letzten Cent heraus zu sparen, z.B. um im Netzteil von einem Flachbildschirm verbaut zu werden. Dann lieber Bauteile die mit der gleichen Intention produziert worden wie dieser Verstärker: Audio und/oder Qualität. Ich will mich auch im nachhinein nicht ärgern etwas womöglich nicht Optimales verbaut zu haben.


Ansicht des fertigen Verstärkers von unten. Links das Stereophonoteil mit Glimmerkondensatoren in der Entzerrung, rechts das Monoteil mit schaltbarer Entzerrung. WIMA DC-Link Kondensatoren direkt neben den jeweiligen Verstärkerstufen. Alles aufgebaut auf eine 5mm Pertinaxplatte. Mitte rechts die Verschraubung der Ausgangsübertrager. Nachträglich habe ich die blauen Clarity Cap MR-Kondensatoren eingebaut. Ebenfalls nachgerüstet wurde eine Rückwand mit Furutech-XLR Rhodium Anschlüssen, dabei wurde die Verdrahtung des Vorverstärkers optimiert.

Symmetrie

Warum kann es jetzt Vorteile haben, auch das Phonoteil symmetrisch zu bauen?
Der RIAA-Filter hat einen frequenzabhängigen Widerstand und die treibende Röhre, ganz besonders wenn es eine Triode ist, einen von der jeweilgen Aussteuerung abhängigen Innenwiderstand. Das Ergebniss dieser Mixtur kann nur Intermodulation sein. Bei einer Pentode dominiert der Anodenwiderstand den Innenwiderstand der Verstärkerstufe.

Eine mögliche Lösung wäre, das ich den Widerstand meines Filters frequenzunabhängig mache, z.B. induktive Entzerrung mit 600 Ohm. Oder ich mache den Innenwiderstand meiner Treiberstufe von der Aussteuerung unabhängig indem ich sie symmetrisch baue. Differenzverstärker bedeutet Klasse A Gegentakt, und somit ist der Innenwiderstand (theoretisch) nicht von der Aussteuerung abhängig. Auch ist die Wahl einer Pentode an dieser Stelle günstig, weil der Innenwiderstand der Verstärkerstufe wie erwähnt durch den Anodenwiderstand (konstant) dominiert wird.

Durch die Differenzverstärker ist man dann noch den Kathodenkondensator los, welcher ja in der Regel als Elektrolytkondensator aus klanglichen Gründen auch nicht erwünscht ist. Die Schirmgitter werden per Spannungsteiler versorgt und brauchen auch keinen Kondensator mehr zur Stabilisierung, dafür fällt ein zweiter Koppelkondensator an. Die EF806 ist eine Einzelröhre und keine Doppeltriode wie sonst üblich, daher ist die Gesamtanzahl der Röhren in dem Verstärker recht hoch, jedoch verteilt auf je 3,5 Verstärkerstufen bei Phonowiedergabe.

Vorverstärkerteil

Der Vorverstärker besteht aus einem Differenzverstärker der auf einen Gegentaktausgangsübertrager Sowter 8650E (Verhältnis 9:1) arbeitet. Der Übertrager ist komplett Mu-Metall gekapselt, das ist wichtig da er räumlich direkt neben den magnetischen Röhren der Phonoteile steht.

Bestückt ist er mit einem „balanced matched Pair“ der Doppeltriode 12BH7. Sekundär sind 200 Ohm Abschlusswiderstand fest eingelötet und mittig über 100k auf Masse gelegt.

Ein großes Problem beim Design von symmetrischen Vorverstärkern ist die Verfügbarkeit eines 4fach Lautstärkereglers, zumindest wenn es besser als 0815-Hifi sein soll. Dieses Mal fiel meine Wahl auf ein 10k Vierfachpoti des japanischen Herstellers TKD, getrimmtes Leitplastik.




Ursprünglicher Aufbau des Vorverstärkers, oben links die Übertrager, unten rechts der Lautstärkeregler. Lüftungslöcher.

Externes Netzteil

Die Spannung wird mittels GZ34 gleichgerichtet und mittels Drosseleingang gesiebt. Der kleine Kondensator vor der Drossel dient der Feineinstellung der Betriebsspannung und er sorgt dafür, das die Spannung an dem Punkt zu keinem Zeitpunkt negativ werden kann. Da er sich bei jedem Zyklus vollständig auf- und entlädt ist hier 600V AC die richtige Wahl (WIMA MKP 10).

Im Netzteilverlauf werden die Kapazitäten und Induktivitäten größer. Das Ganze wurde mittels Computersimulation so abgestimmt, das es sich nicht selbst zum Schwingen anregt, was bei einer Kombination aus Spulen und Kondensatoren je nach Güte immer passieren könnte. Zum Schwingen anregen meint nicht, das es sich großartig aufschaukelt, sondern das die Spannung ständig um wenige (Milli)Volt hin- und herschwankt.

Die Heizspannung wird mittels separatem Netztrafo gewonnen und durch einen LT1083 geregelt. Es wird also mit insgesamt fünf Ampere Gleichspannung geheizt. Die symmetrierte Heizung ist durch einen Spannungsteiler auf 35 Volt hochgelegt. Alles das ist freiverdrahtet im Netzteil.

Das Netzteil selbst hat eine saubere Seite, wo der Ausgang ist, und eine dreckige Seite wo der Netzanschluss ist. Siebung der Betriebsspannung vorn und der Heizungspannung hinten.






Wer findet die GZ34?

Externes Netzteil, gleicher Gehäusetyp von Schroff wie der Verstärker selbst. Die Erdung des Gehäusedeckels ist erkennbar (mittleres Foto). Gleichspannungserzeugung für Heizung ist frei verdrahten oben links (unteres Foto). Massseführung teilweise mit Gewebeschlauch isoliert (unten).

Aufbau

Der eigentliche Verstärker ist auf eine gefräste Pertinaxplatte (5mm) aufgebaut. Beim ersten Betrieb roch er ganz ordentlich nach Pertinax, nach 5 Stunden hat es aber aufgehört. Das Pertinax habe ich aus mikrophonischen Gründen gewählt, ich halte es diesbezüglich für günstiger als Aluminium.

Die Fassungen sind von Azuma aus Japan, qualitativ besser als die Standardfassungen die es überall gibt und mit denen ich bereits negative Erfahrungen sammeln konnte.


Vorm endgültigen Aufbau besser noch einmal kontrollieren ob alles passt.

Die Lötleisten sind von Denyo, „Ceramic stand-offs“. Ich bin sehr begeistert davon, wie sie sich verarbeiten und löten lassen, für Freiverdrahtung das Beste was ich bis jetzt kenne.

Die großen weissen Kondensatoren sind WIMA MKP 5, 260µF bei 500V, auch preislich eine echte Alternative zu Elkos. Befestigt mit 50mm Elkoschellen. Räumlich stehen sie im Verstärker jeweils an der Verstärkerstufe die sie stabilisieren, z.B. vor und hinter einem Phonokanal, der Massedraht der Stufe spannt sich zwischen den beiden Kondensatoren. Da die Kondensatoren knapp 3 Höheneinheiten hoch sind und ich nicht ausprobieren wollte, ob sie noch in ein 3HE Gehäuse passen, habe ich 4HE Gehäuse gekauft.



Die Gehäuse sind von Schroff. Mittels winkeligen Profilleisten lassen sich die Platten auf denen die Verstärker aufgebaut sind bequem in M4 Profilschienen einschrauben. Für einen Vorverstärker ist die Durchlüftung ausreichend, Löcher im Boden und der Rückseite. Das Netzteil hat kurzerhand von mir zwei Rückseiten bekommen wegen der Durchlüftung. Das Gehäuse ist außerordentlich solide, lediglich die Neigung zum resonieren ist für Audiogeräte nicht optimal. Eine Packung Klebebitumen 3,4mm hat das Gehäuse komplett ruhiggestellt. Die Gehäusedeckel und -Böden haben jeweils extra Edungsklemmen, die ich auch angeschlossen habe.

Die Verbindung zwischen Netzteil und Verstärker ist 7 poliges Ölflex Lappkabel mit schraubbaren 7-Pol Steckverbindern von Hirschmann.


Das Gehäuse wurde beim Aufbau zum Schutz gegen Kratzer mit einem Klebeband rundherum abgeklebt. Hier erste Version mit Switch-Craft Anschlüssen.




Hier entsteht ein Differenzverstärker. In der Mitte der Massedraht. Die grünen Widerstände bilden den Spannungsteiler für die Schirmgitterspannung. Links erkennt man wie die Pertinaxplatte in das Gehäuse geschraubt ist.


Innenansicht des Verstärkers bei der Feineinstellung der Röhrenheizspannung, daher zwei Fassungen zum Messen nicht bestückt. In der Mitte die Ausgangsübertrager, rechts daneben die Vorstufenröhren 12BH7 mit Lüftungslöchern. Ganz rechts an der Frontplatte Filterwahlschalter für Monowiedergabe, TKD 4-fach Lautstärkeregler sowie Eingangswahlschalter.

Mono

Die verschiedenen Filter habe ich rücklings an einen ELMA 11-fach 2 POL Schalter gelötet. Sie bestehen aus 1% Styroflexkondensatoren von LCR und HOLCO-Widerständen (gibt es in passenden Werten). Drei Beinchen in eine so kleine Lötöse zu bekommen erfordert viel Feingefühl. Die Filter sind für frühe LP optimiert und nicht für die Wiedergabe von Normalrillenplatten ("78er"). Untenstehende Tabelle enthält die entsprechenden Widerstände und Kapazitäten zum Einsatz in den oben dargestellten Schaltplan. Die Filter sind nach Verstärkungsfaktor bezogen auf 500Hz von oben nach unten geordnet!

Die einzelnen Filter:

10nF Basis
- Columbia "LP": 4,7nF parallel 1nF; 20k
entspricht 100 / 500 / 1590 Hz
- Decca/London "ffrr": 2,7nF; 15k
entspricht 100 / 500 / 2800 Hz

22nF Basis
- RIAA: 4,7nF parallel 2,7nF; 10k8
entspricht 50 / 500 / 2120 Hz
- DIN ("European"): 1,5nF parallel 1nF; 12k
entspricht 50 / 500 / 3180 Hz
- EMI (auch Electrola): 10nF parallel 1,2nF; 9k5
entspricht 50 / 500 / 1590 Hz

47nF Basis
- CCIR (Osteuropa, deutsche Grammophon u.a.): 3nF parallel 3,3nF; 8k4
entspricht 350 / 3180 Hz
- minigroove (Philips): 2,2nF parallel 2,2nF; 7k7
entspricht 400 / 5000 Hz
- NAB: 22nF; 4k7
entspricht 500 / 1590 Hz
- Orthophonic (RCA vor RIAA): 10nF parallel 820pF; 5k5
500 / 2800 Hz
- AES (u.a. Mercury):10nF; 6k8
400 / 2500 Hz
- 500 Hz: kein weiteres C; 6k8

Wenn eine einkanalige Phonostufe einen Stereovorverstärker antreibt sollte darauf geachtet werden, das die Eingangswiderstände beider Kanäle parallel liegen und die untere Grenzfrequenz sich nach oben verschieben kann. Deshalb habe ich hier etwas größere Koppelkondensatoren am Ausgang eingesetzt.

Der Schaltplan des Monovorverstärkers ist ansonsten fast völlig identisch mit dem eines Stereokanals. Der schaltbare Filterblock wird hinter (d.h. DC-frei) dem Koppelkondensator angeschlossen. Technisch sind alle Filter ständig mit Masse verbunden, die Filter teilen sich jeweils die gleich großen Basiskondensatoren. Geschaltet wird kurzschliessend die Verbindung des Filters zum Signal. Bei Abweichungen von diesen Empfehlungen kann es zu sehr lauten Schaltgeräuschen kommen!

Übertrager für SPU

Aufgrund der hohen Verstärkung des Phonoteils ist ein 1:10 Übertrager optimal. Ich habe mich für einen (für symmetrischen Betrieb vorgesehenen) Sowter 8055 in OCC-Kupfer entschieden. Der Abschlusswiderstand des Tonabnehmers wird hier parallel zur Sekundärwicklung geschaltet. Er liegt je nach persönlichem Geschmack zwischen 5 und 12 Ohm (SPU Classic) und wird entsprechend auf der Sekundärseite durch Widerstände von 500 bis 1200 Ohm dargestellt. Der Widerstand wird halbiert von jeder Hälfte (weis und grau) der Sekundärwicklung gegen Masse (orange) geschaltet.


Sowter 8055z (OCC Kupfer Version; 1:10) ....


..... hängt kopfüber in dem vogelsandgefüllten Aluminiumgehäuse. Die gelb/roten Leitungen kommen direkt aus den Übertragerkapseln, werden durch vogelsanddichte Kabeldurchführungen geführt und direkt an die Cinchstecker (Switchcraft) gelötet. In dem Gehäuse ist Kabel direkt mit den Übertragern verlötet, Abschlusswiderstände passend fürs SPU. Ziel: Möglichst wenig Steckverbindungen.

Mein Dank gilt allen mit denen ich das Projekt im Vorfeld diskutiert habe!
Dipl. Ing. J. Heinrich für die Messung des Versuchsaufbaus

Siehe auch Wiedergabe von Monoschallplatten - Zurück zu den Audioseiten