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  1. #1
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    Standard Günstiger, super rauscharmer, MM Phono Pre mit hoher RIAA Genauigkeit

    Länglicher Text, vielleicht bei einem Glas Rotwein lesen

    Mich hat es länger schon mal technisch gereizt, einen Phono Pre für MM Tonabnhemer zu bauen (obwohl ich selber gar keinen besitze).
    So habe ich mich mal ein wenig umgeschaut mit dem Ziel im Kopf, etwas einfaches, günstiges aber dennoch mit best möglichen Rauschwerten und guter RIAA Genauigkeit zu entwickeln, obwohl letztere gar nicht sooo kritisch ist.
    Dazu habe ich auch wieder viel bei Douglas Self nachgeschlagen, da er in seinen Büchern seine Designentscheidungen immer wieder schön und nachvollziehbar begründet.
    Er greift zielgerichtet in die OP Schublade, obwohl er auch anders könnte, also diskret. Offensichtlich hat er Gründe dafür.

    Also habe ich nun etwas zusammengetüdelt, was auf seinen Arbeiten beruht. Es ist aber nicht einfach kopiert, sondern die Teile in Handarbeit mit eigenem engineering zu einer Gesamtlösung zusammengefügt.

    Die Eckdaten sind ja quasi gegeben:
    Verstärkung >= 35dB
    Eingangswiderstand: 47KOhm
    Eingangskapazität: Wählbar von 0...100pF (plus vorhandene Kabelkapazität).

    Es ist gar nicht so leicht, einen RIAA Pre zu bauen, der MM und MC gleichermaßen gut kann. Das bleibt aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen (Quellimpedanz) immer ein Kompromis. Daher habe ich es auch gar nicht erst probiert und lieber auf MM optimiert.

    So ein MM System hat ja weder eine lineare noch eine niedrige Impedanz. Als wirklich passende OPs bleiben da gar nicht so viele übrig. Zwei der bekanntesten wären NE5534A und OPA627. Die A Version von letzterem kostet schlanke 20€ pro
    Käfer, die B Version ca. 30€ und der gute alte NE 0,33 cent. Noch Fragen ?

    Die OPs sind pinkompatibel und die Außenbeschaltung ist auch fast gleich. Zusätzliche Bauteile, die nur der OPA benötigt, habe ich vorgesehen. Also wer es sich und seinem Geldbeutel richtig besorgen will, bitteschön.
    Man kann so natürlich auch jederzeit nachrüsten, wenn einen der Tuningteufel packt.

    Das alte NE Ding kann MM RIAA aber schon ziemlich gut weil seine Strom- und Spannungsrauschwerte ein günstiges Verhältnis aufweisen bei entsprechend hohen Impedanzen wohl gemerkt. Hier ist die Stelle, wo der OPA dann noch einen drauf
    setzt: Das Spannungsrauschen ist etwas höher als beim NE aber das Stromrauschen beläuft sich auf sagenhaft niedrige 2,5fA / SQRT(Hz) (bei der A Version, die B wäre noch besser). Beim NE sind das sehr gute aber immerhin 400fA / SQRT(Hz).
    Genau aus diesem Grund ziehen viele andere, vermeintlich bessere OPs wie z.B. der LME49710 (der einfache LM4562) für MM den kürzeren.
    Und wer jetzt glaubt, daß ein OPA2134 in die gleich Kerbe wie der 627 schlägt, der hat leider Pech, denn hier ist das Spannungsrauschen wieder zu hoch.

    Aufgrund der geschilderten Zusammenhängen ist der OPA627 für niederohmige Quellen vielleicht so <1KOhm rausgeschmissenes Geld, da das Spannungsrauschen jetzt dominiert. Es hilft auch nichts, wenn man high-end dazu schreibt. Da bekommt man wesentlich bessere OPs für deutlich weniger Geld. Also lieber zweimal hinsehen, wenn hier jemand mit dem high-end Fähnchen winkt.
    Es ist nicht der OP ansich, der eine Schaltung gut oder schlecht macht, sondern sein Einsatzgebiet kann richtig oder falsch sein.

    Die Entzerrung, welche aus normalen E96 Widerständen und Parallelschaltungen von hauptsächlich 4,7nF und 10nF Kondensatoren besteht, habe ich komplett von Self übernommen, da man das in sinnvollem Rahmen nicht genauer, einfacher und niederohmiger und somit rauschärmer hinbekommt.

    Es gibt ein festes Subsonic Filter mit Butterworth 3. Ordnung bei 20Hz, um Rumpeln fern zu halten und einen 50KHz Tiefpass, um hochfrequente Dreckeffekte auch aufgrund von wortwörtlichem Dreck in der Rille aus den Folgestufen zu
    verbannen. Beide Filter können aufgrund der drastisch unterschiedlichen Eckfreq. mit nur einem weiteren OP realisert werden. Den Teil habe ich schon mit meinem MC Verstärker in Betrieb und es funktioniert hervorragend.

    Eine IEC Zeitkonstante braucht kein Mensch (eine ICE Zeitkonstante hingegen, wäre mal eine Erfindung wert...). Deshalb gibt es sie hier nicht und bei 20Hz setzt ja auch genau das Subsonic Filter ein.

    Wie bereits erwähnt, ist die Eingangskapazität zusätzlich zum Kabel zwischen 0 und 100pF in sinnvollen Grenzen frei wählbar, falls erforderlich.

    Der ganze Verstärker ist am Eingang single-ended. Das hat den Vorteil, daß der Abnehmer einseitig auf Masse liegt, um Einstreuungen sofort zu minimieren. Es gibt einige differentielle Amps wie z.B. den PaltIna. Das ist nichts abgeschirmt, es sei denn der Abnehmer ist von Haus aus intern "geschirmt". Aber dann bringt auch der INA nichts und rauscht mehr. Man muss auch die durchaus nennenswerte common-mode Spannung vom Tonabnehmer beachten, die einen OP-Eingang gerne in die common mode Verzerrung treibt, welche es bei single-ended so nicht gibt.
    Mit einfachen Worten: Wenn single-ended überhaupt irgendwo Sinn macht im Audioland, dann am Eingang eines MM RIAA Amps.

    Den Ausgang habe ich so gestaltet, daß man von dort aus wieder differentiell fahren kann (aber nicht muss), z.B. direkt in einen PreamPi o.ä.

    Gegen Rauschen:

    Also, die Entzerrung ist schon niederohmig. Ich glaube, ich habe noch keine niederohmigere gesehen. Der OP rauscht auch wenig in diesem Umfeld.
    Jetzt könnte man noch das Johnson Rauschen des 47K Eingangswiderstands minimieren, welches höher ist, als das des OPs selber.
    Dafür wird der physikalische Widerstand durch einen elektronisch sythetisierten Widerstand ersetzt. Der Witz dabei ist, daß der künstliche weniger rauscht sich aber ansonsten gleich in Bezug auf Strom und Spannung verhält wie ein "richtiger". Die Idee stammt ursprünglich von Marcel van de Gevel. Das bringt zwar insgesamt nicht riesen viel aber zum Preis eines NE5532 (IC2) und zwei Widerständen (also wenige Cent) kann man das mal machen. Laut Self funktioniert es exakt wie geplant.

    Das wäre dann in der Tat alles, was man tun kann. Weniger Rauschen gibt es quasi nicht bei MM.

    Wenn jemand je einen Tonabnehmer mit deutlich mehr als die üblichen 5mVrms hätte, wäre auch das kein Problem. Um den verlorenen headroom wieder zu kompensieren, würde man einfach das Netzteil für +-20V DC auslegen, was für den "alten
    Sack"-OP ebefalls kein Problem darstellt. Ansonsten reichen +-17V, was gerade so mit einem 15V Trafo machbar ist.
    Der OPA kann da leider nicht mithalten und man sollte es bei +-17V gut sein lassen.

    Für den 3. OP für die Filter würde ich ebenfalls einen NE vorschlagen.

    Zum Schluss habe ich noch einen weiteren guten Punkt von Self aufgegriffen: Man sieht recht selten, daß der Tonabnehmer gegen DC der Eingangstufe geschützt wird. Aber was passiert denn, wenn da die DC BIAS Ströme Richtung Abnehmer
    fließen ? Gibt es vielleicht Magnetisierungseffekte ? Sicherlich, wenn der Strom hoch genug wäre. Es gibt jedenfals keine Untersuchungen dazu. Aber mit ein paar Cent für einen entsprechend großen Kondensator braucht man gar nicht darüber nachzudenken. Und man weiß ja, daß wenn keine signifikanten Spannungen an Elkos abfallen, daß sie auch kein Signal verzerren können. Also der Sicherheitsgurt ist es mir in jedem Falle wert. Für den OPA bräuchte man diesen allerdings wirklich nicht, da die BIAS Ströme bei den DiFet-Eingangstransen tatsächlich gegen null gehen (2pA).

    So sähe der Entwurf dann aus:



    Ursprünglich sind 1% Styroflex Kondensatoren für die RIAA vorgesehen. Aber die sind so groß und so teuer, daß mir der Ansatz mißfällt.
    Stattdessen würde ich 2% Polypropylensulfid Folien einsetzen. Die sind klein, auch sehr klirrarm, günstig und genau genug. Durch die parallelschaltung gleicher Werte sinkt die Toleranz ja wieder ein wenig (daher die Übung). Die E96 Widerstände können und sollen von Hand selektiert sein. Aber ein Ohmmeter hat ja hoffentlich jeder zur Hand, der sowas baut.

    Mit der nächsten Platinenbestellung könnte ich einen Prototypen machen, falls es genügend Interesse an einer Sammelbestellung gibt.

    Viel Spaß beim Lesen und
    Grüße
    Geändert von 2pi (12.01.2015 um 02:07 Uhr)

  2. #2
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    Hi 2pi,

    Mal was richtig Neues! Hört sich sehr interessant an! Besonders die Rauschreduktion über IC2 würde mich interssieren, ob man es in der Praxis auch so hinbekommt.

    Also ich würde die Schaltung am liebsten gaaaanz fummelig klein in SMD sehen, da so die Leiterplattenkosten auf ein Minimum rediuziert werden können und die Platine schneller bestückt ist. Zusammen mit einem Akkupack in einem schnueckeligem Minigehäuse - lecker, das wäre genau mein Fall, auch wenn ich (noch) keine Platte höre.

  3. #3
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    Hi Sven,

    Self schreibt, daß er es ausprobiert hat und es geht exakt der Theorie nach.

    Bei SMD wäre ich dabei. Aber hier gibt es viele Leute, die eben nicht mit dem Lötkolben an der Hand aufgewachsen sind. Deshalb sind lediglich C11...C19 als SMD auserwählt, da die noch einfach zu löten sind und wesentlich genauer und billiger als die gängige Alternativen.

    Grüße

  4. #4
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    Niedlich der kleine, die Wahl des op kann ich nur unterstützen:-)

    Zur Rauschunterdrückung bzw. über haupt, hast die Sache mal durch Spice gejagt ? Da kannst du dir die Rausch Werte ausspucken lassen.

    MFG 3ee
    Meine Nachbarn hören auch Metal, ob sie wollen, oder nicht \m/

  5. #5
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    Kleiner Tipp zu den SMD caps, pass auf welche du nimmst ! Manche verwendeten Dielektriken verhalten sich piezoelektrisch (x7c z.b kann da grade bei größeren signalspannungen böse verzerren)
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  6. #6
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    Habe ich nicht durch Spice gejagt...ging gerade noch so mit Datenblättern und Taschenrechner. Aber die Batterien sind jetzt definitiv leer
    Die Cs sind 2% Polyproylensulfid (PPS), also verzerrungsarme Folien.

    X7R Keramik nehme ich nur als OP-bypass. Da sind sie gerade für zu gebrauchen.

    Grüße

  7. #7
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    Nice, dann bin ich mal gespannt
    Meine Nachbarn hören auch Metal, ob sie wollen, oder nicht \m/

  8. #8
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    Zitat Zitat von 3eepoint Beitrag anzeigen
    Niedlich der kleine, die Wahl des op kann ich nur unterstützen:-)

    Zur Rauschunterdrückung bzw. über haupt, hast die Sache mal durch Spice gejagt ? Da kannst du dir die Rausch Werte ausspucken lassen.

    MFG 3ee
    Rauschen simulieren hab ich mit SPICE noch nicht gemacht, ich biete es jedoch 2PI an, die Schaltung mit PSPICE komplett zu simulieren, wenns denn erfoderlich wäre und 2PI es nichts ausmacht oder er es nicht selber machen möchte. Dazu benötige ich aber die Bauteilewerte (Unangebrachte Anmerkung bezüglich Gewerblicher entfernt, weil wir über jeden Gewerblichen hier eigentlich sehr froh sein dürfen) z.B als als Extraktion aus dem Eaglefile

    In die Simulation könnte ich dann die Wertetoleranzen eingeben, um eine MonteCarloanalyse machen zu lassen, mit der der Einfluß der Wertetoleranzen auf den Frequenzgang simuliert wird.

    Ich bin zwar nicht pingelig aber ein Elko am Eingang könnte schon was ausmachen. Ich habe mich kürzlich aus Klirrfaktorgründen über Elkosauskoppelung (allerdings am niederohmigen Laustrpecherausgang) informiert und habe gelesen, dass alleine eine geringe der Gleichspannungsbelastung nicht der Garant für einen geringen Klirr ist. Zudem befindet sich der Elko keiner nicht im Gegenkopplungszweig. Also da würde ich ohne weitere Recherchen eher einen FolienC eingesetzen. Es gibt da so ein paar Unterlagen wo sich mal einer hingesetzt hat und ein bisschen am einem Kondensatorvergleich gearbeitet hat. Die Untersuchung war aber begrenzt auf einige wenige C's. Ich suche mal die Unterlage und poste hier.

    Zu SMD: Obwohl ich verstehe, dass manche hier im Forum lieber bedrahtet löten, schmeiss ich mal als Argument rein, dass die Kosten einer SMD Leiterplate + Bestückung möglichweise in der gleichen Region liegen als die Kosten einer normal großen Leiterplatte für bedrahtetet Bauteile ohne Bestückung. Die Schaltung, so wie sie oben gepostet ist, findet problemlos auf einer Fläche von 2 mal 3cm Platz. Allerdings muß man dann keramische Kondensatoren verwenden. Aber hier gäbe für unsere HighEnder die toleranz- und verlustärmeren COG Typen, so dass man hier qualitativ keine Abstriche machen müsste.
    Geändert von SNT (13.01.2015 um 19:12 Uhr)

  9. #9
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    Das rauschen in spice ist eine Sache, man kann es als command durch rattern, als wert im error log (ltspice) oder für die ganz harten mit white noise spannungsquellen und dem "Zufallsgenerator" von spice der das allerdings nicht wirklich ist. Ich lass es mir immer als wert gegen Frequenz anzeigen oder halt in der FFT, da sieht man den rauschteppich ganz gut.
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  10. #10
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    Hallo,

    Zitat Zitat von 2pi Beitrag anzeigen
    ...
    Jetzt könnte man noch das Johnson Rauschen des 47K Eingangswiderstands minimieren, welches höher ist, als das des OPs selber.
    Dafür wird der physikalische Widerstand durch einen elektronisch sythetisierten Widerstand ersetzt. Der Witz dabei ist, daß der künstliche weniger rauscht sich aber ansonsten gleich in Bezug auf Strom und Spannung verhält wie ein "richtiger". Die Idee stammt ursprünglich von Marcel van de Gevel. Das bringt zwar insgesamt nicht riesen viel aber zum Preis eines NE5532 (IC2) und zwei Widerständen (also wenige Cent) kann man das mal machen. Laut Self funktioniert es exakt wie geplant.

    Das wäre dann in der Tat alles, was man tun kann. Weniger Rauschen gibt es quasi nicht bei MM.
    macht das Sinn ?

    ein MM-Tonabnehmer hat typischerweise einen Innenwiderstand (Ri) von 500 - 1000 Ohm. Wechselstrommäßig betrachtet liegt dieser parallel zu den 47k Ohm (Eingangswiderstand der Schaltung).
    Wenn man das Rauschen der Schaltung messen bzw. simulieren will, sollte man das nicht mit "offenem" Eingang tun ... da wäre das Rauschen des 47K Widerstandes dominant und somit viel höher als mit angeschlossenem Tonabnehmer.
    Aus meiner Sicht komplett "praxisfremd" ...

    etwas verwirrte Grüße (ich werde das mal mit LTSpice simulieren)
    Udo

  11. #11
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    Die Impedanz steigt durch die hohen Induktivitäten bei höheren Freq. stark an und somit kommt das Rauschen des 47K Widerstands zum Tragen.

    Hier sieht man schön, wie es verteilt ist.

    In diesem Beispiel sind es lediglich 230mH aber es können auch gerne mal 700mH werden.

  12. #12
    HSG Bayern Benutzerbild von SNT
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    Wie schauts denn eigentlich mit den Schutzdioden vom Rauschen her aus? Kann man wohl vernachlässigen?

  13. #13
    Pfeffermühle
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    Zitat Zitat von 2pi Beitrag anzeigen
    Die Impedanz steigt durch die hohen Induktivitäten bei höheren Freq. stark an und somit kommt das Rauschen des 47K Widerstands zum Tragen.

    Hier sieht man schön, wie es verteilt ist.

    In diesem Beispiel sind es lediglich 230mH aber es können auch gerne mal 700mH werden.
    ich weiss ja nicht ...
    wir reden hier über 1-2 dB weniger Rauschen ( ... sobald die Nadel auf der Platte ist, hat sich die Diskussion in Sachen Rauschen so oder so erledigt...)
    ich bin echt skeptisch und würde auf den Schaltungs-Eumel (IC2) gerne verzichten

    Grüße Udo

  14. #14
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    Zitat Zitat von SNT Beitrag anzeigen
    Wie schauts denn eigentlich mit den Schutzdioden vom Rauschen her aus? Kann man wohl vernachlässigen?
    Diode rauschen ist nur bei schotkey oder Zenerdioden zu berücksichtigen , und dann kann man mit 100pF parallel entrauschen und gut ist, die Dioden hab vielleicht 1-2nV
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  15. #15
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    Hi Leute,

    Sven, ich schick dir mal die Werte, dann kannst du es durchrattern. Ich wäre auch am Ausgangsoffset nach IC1 interessiert, Vergleich von standard 47K (bzw. ca. 48,5K wegen der 100pF parallel) und der elektronischen Last. Habe nur akut noch ein paar andere Dinge zu erledigen.

    Die Schutzdioden wären nur für den OPA. Ich denke auch, daß sie nichts Spürbares am Rauschen machen.

    @Pfeffermühle,
    ich habe ja gesagt, es bring nicht riesen viel. Aber wenn man rauscharm dranschreibt, evtl. einen sündhaft teuren OP reinsteckt, dann wäre es meiner Meinung nach nur konsequent, wenn man das letzte Bisschen auch noch mitnimmt.
    Aber man braucht es ja nicht zu bestücken. Ein Masseanschluß für R1 ist auf dem Board schnell gefunden.


    Grüße

  16. #16
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    Hallo 2pi und an alle,

    weisst Du/Ihr vielleicht, wofür denn die Bauteile C20, C30 und C31 benötigt werden? Da wird doch eine +- Dualversorgung verwendet oder etwa nicht?

  17. #17
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    Zitat Zitat von SNT Beitrag anzeigen
    Hallo 2pi und an alle,

    weisst Du/Ihr vielleicht, wofür denn die Bauteile C20, C30 und C31 benötigt werden? Da wird doch eine +- Dualversorgung verwendet oder etwa nicht?
    Hallo Sven,
    C20 bildet mit R8 einen Tiefpass der Grenzferquenz Y.
    Führt dazu das bei Gleichspannung die Verstärkung nur 1 ist.
    Ob das allerdings nötig ist, da die nachfolgende Stufe ja eh die Gleichspannung nicht durchläßt, da muß der Erfinder der Schaltung antworten.
    Auch für C30/C31.

    Gruß
    Thomas

  18. #18
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    Zitat Zitat von ThomasF Beitrag anzeigen
    Hallo Sven,
    C20 bildet mit R8 einen Tiefpass der Grenzferquenz Y.
    Führt dazu das bei Gleichspannung die Verstärkung nur 1 ist.
    Ob das allerdings nötig ist, da die nachfolgende Stufe ja eh die Gleichspannung nicht durchläßt, da muß der Erfinder der Schaltung antworten.
    Auch für C30/C31.

    Gruß
    Thomas
    Also dient C20 quasi als Rumpelfilter...

  19. #19
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    Zitat Zitat von SNT Beitrag anzeigen
    Also dient C20 quasi als Rumpelfilter...
    Könnte man machen, ist es aber nicht. Entrumpelt wird anschließend steilflankinger und somit effektiver.
    Das ist wirklich nur gedacht, um DC nicht sinnlos zu verstärken.
    Bei einem System mit 5mV und den vorgeschlagenen OPs braucht man den Elko tatsächlich nicht zwingend.

    Aber beim PreamPi-Projekt habe ich wieder gesehen, daß die Leute so stark unterschiedliche Anforderungen bzw. Anwendungsgebiete haben, daß Flexibilität in einer Schaltung wichtig ist.

    Der nächste kommt und sagt, ich habe aber nur ein System mit 3mV und will da 45dB verstärken. Dann sieht die Offsetsituation schon wieder ganz anders aus.

    Also lieber ein paar Stellen flexibel halten und evtl. nicht bestücken müssen, als die Nachbauer wegzuschicken und sagen, sorry, geht nicht.

    Dabei ist mir gerade aufgefallen, daß es noch so eine Stelle gibt, wo es nicht schaden kann, etwas einzufügen...

    Grüße

  20. #20
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    Ah ja! Kapiert! Dann ist der nachfolgende Sallen-Key ähnliche Hochpass ausschliesslich als Rumpelfilter gedacht. Steiles Rumpelfilter find ich gut. Aber das bisschen Gleichspannung aus dem Entzerrer kommt doch eh nicht durch. Ich würde den Elko nachträglich brücken wenn ich die Schaltung nachbaue. Vergib mir!

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