RStAudio XOno 2019

!!! Leiterplatten verfügbar !!!

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

01. Mai 2019

Leider gehen die herausragenden 2SK170 JFETs von Toshiba, auch Goldstaub genannt, zur Neige. Der Lieferant, den ich immer empfohlen habe, kann sie nicht mehr anbieten. Es wird also schwierig bis unmöglich, eine originale XOno aufzubauen.

Ende 2018 entschloss ich mich, einen MC-Vorverstärker auf Basis der XOno-Topologie mit den 2SK2145-JFETs von Toshiba als Einsteckkarte für meinen DPV1 Phono Vorverstärker zu bauen. Er sollte mir als Versuchsaufbau für eine neu zu designende XOno dienen. Anfang 2019 habe ich diese Einsteckkarte mit großem Erfolg in Betrieb genommen, sodass einem Redesign der XOno nichts mehr im Wege stand.

Die Schaltung sollte dabei aber nach wie vor so nah wie möglich am Original XOno Design angelehnt sein, allerdings mit einigen sinnvollen Verbesserungen aus der Pass Labs XP-15 und meinen eigenen langjährigen Erfahrungen. Die folgenden Punkte habe ich in mein persönliches Pflichtenheft aufgenommen:

  • Wahlweise Bestückung mit 2SK170 / LSK170 oder 2SK2145.
  • Referenzspannungsquelle anstelle der simplen LED für die Stromquellen des RIAA Verstärkers.
  • Moderneres Design des Inverters (XP-15).
  • Wahlweise Bestückung mit DIP-Schaltern oder Relais.
  • Wahlweise AC- oder DC-Kopplung an den Ausgängen der RIAA Stufe und des Inverters.
  • DC Versorgungsspannungseingang mit CLC Filter.
  • Diskrete Spannungsreglung mit modifiziertem Jung Regler.
  • Aufsatzplatine mit zusätzlichen Entzerrungskennlinien (Columbia, Decca, EMI & Teldec).
  • Microcontroller Leiterplatte für den Relaisbetrieb.
  • Überwiegende Verwendung von bedrahteten Bauteilen.

Beschreibung der XOno Hardware

11. August 2020

Das Ziel des Designs war es, eine XOno mit aktuell erhältlichen Bauteilen zu entwickeln. Die im Original verwendeten 2SK170 (Goldstaub) können deshalb wahlweise durch aktuell erhältliche 2SK2145 ersetzt werden. Beim 2SK2145 handelt es sich allerdings um ein Doppel-JFET im 5-poligen SOT-Gehäuse. Das Design dieser Phonovorstufe orientiert sich weitgehend am Original, wobei einige sinnvolle Veränderungen und Verbesserungen aus dem XP-15 Design und meinen eigenen langjährigen Erfahrungen umgesetzt wurden.

MC Eingangsstufe

Die Schaltungstopologie der MC-Stufe entspricht der des XOno. Lediglich die Einstellung der Verstärkung habe ich an den Ausgang dieser Stufe verlegt, wie es beim XP-15 Design der Fall ist. Dies erschien mir sinnvoller als der direkte Eingriff in den Verstärkungsfaktor, wie er im Original vorgenommen wird. Beide Stufen des MC-Vorvorverstärkers basieren auf den oben genannten JFETs. Die Stufe kann mit fünf 2SK170 oder entsprechend vielen 2SK2145 aufgebaut werden. Das ergibt beim Einsatz der Doppel-JFETs eine deutliche Reduzierung des Rauschens durch die doppelte Anzahl parallel geschalteter Transistoren. Allerdings müssen die Arbeitspunkte an die unterschiedliche Anzahl angepasst werden, d. h., es sind andere Widerstandswerte erforderlich.

4× 2SK2145GR im Eingang der MC Stufe

Am Eingang der MC-Stufe gibt es acht schaltbare Widerstände zur Anpassung an den verwendeten Tonabnehmer. In der Original XOno werden diese Widerstände durch einen DIP-Schalter auf der Leiterplatte geschaltet. Das kann man selbstverständlich auch bei dieser Leiterplatte so handhaben. Wer es komfortabler haben möchte, kann aber auch Relais auf die Leiterplatte löten. In Verbindung mit dem optionalen Mikrocontroller Board lassen sich die Widerstände dann per Display und Drehwinkelgeber auswählen.

Auch die drei Verstärkungsfaktoren der MC-Stufe werden entweder über einen DIP-Schalter auf der Leiterplatte oder mithilfe von Relais per Mikrocontroller eingestellt.

MM Phono Verstärker

In dieser Stufe können wahlweise die Typen 2SK170BL oder 2SK2145BL für den Eingangs-Differenzverstärker eingesetzt werden. Es sind keine Anpassungen an anderen Bauteilen erforderlich. Zudem gibt es eine wesentliche Verbesserung der Referenzspannung der Stromquellen gegenüber dem Original XOno. Ich verwende hier statt einer roten LED eine TL431 Referenzspannungsdiode. Dadurch ist der Arbeitspunkt nicht mehr von der Charge des verwendeten Bauteils abhängig. Der TL431 hat eine spezifizierte Ausgangsspannung von 2,5V in der hier verwendeten Schaltungstopologie. Ansonsten entspricht dieser Verstärker dem Original XOno Design.

Am Eingang des MM-Verstärkers können drei Kondensatoren geschaltet werden. Auch hier gilt das oben Geschriebene: Entweder man verwendet DIP-Schalter oder Relais in Verbindung mit dem optionalen Mikrocontroller-Board.

Inverter

Der Inverter sitzt am Ausgang der MM-Stufe und erzeugt das invertierte Signal für ein symmetrisches Ausgangssignal. Ich habe mich dazu entschlossen, an dieser Stelle ein moderneres Design von Pass Labs zu verwenden, da die originalen IRFD9110 extrem heiß werden. Der aktuelle Inverter verhält sich hier wesentlich angenehmer und ist klanglich mindestens auf gleicher Höhe.

Servo-Regler

In der Original XOno sind der MM-Verstärker und der Inverter AC gekoppelt. Es befinden sich 10μF Folienkondensatoren am Ausgang beider Stufen und am Eingang des Inverters. Diese XOno kann auch so aufgebaut werden, um sich an das Original zu halten. Der entsprechende Platz für die großen Folienkondensatoren ist vorhanden.

Wenn man die beiden Servo-Regler bestückt, kann man allerdings auch auf diese Koppelkondensatoren verzichten. Dadurch werden die Ausgänge der Stufen elektronisch gleichspannungsfrei gehalten. Dieses Schaltungskonzept habe ich erstmals mit sehr großem Erfolg in meiner DPV1 eingesetzt.

Spannungsregler

Im Original erhält die XOno Leiterplatte ihre DC-Spannungen von einem externen Netzteil, das sich in einem separaten Gehäuse befindet. Auch in meinen Designs war und ist eine solche Aufteilung vorgesehen (siehe unten). Die ungeregelten Gleichspannungen werden auf dem Board der XOno auf die benötigten Betriebsspannungen gebracht. Pass Labs verwendete hochgesetzte 15V Spannungsregler (7815 und 7915), um die ±30V Betriebsspannung zu regeln. In meiner alten XOno habe ich an dieser Stelle variable Spannungsregler (LM317 und LM337) eingesetzt.

In der aktuellen Ausführung verwende ich modifizierte Jung-Regler. Ich habe sie zum ersten Mal in meinem DHA eingesetzt und bin von der audiophilen und regelungstechnischen Performance dieser Regler begeistert. Auf der Leiterplatte vor diesen Reglern verwende ich zudem eine CLC-Filterung mit einer stromkompensierten Doppeldrossel und einer Gesamtkapazität von 60.000μF.

EQ Board

Ältere, interessante Klassikaufnahmen klingen über eine moderne Phonovorstufe oft nicht besonders gut. Das liegt jedoch nicht an der Qualität der Vorverstärker, sondern einzig und allein an der falschen Entzerrerkennlinie. Aufnahmen aus den 1960er-Jahren oder älteren Jahren sind oft nicht mit einer RIAA-Kurve geschnitten worden (zum Beispiel Deutsche Grammophon).

Während der Entwicklung der XOno wurde der Wunsch nach zusätzlichen Entzerrerkennlinien an mich herangetragen. Da sich aber nicht jeder dafür interessiert – mich eingeschlossen, habe ich mich für ein optionales Aufsatzboard entschieden. Mit diesem Board wird die XOno um vier zusätzliche Kennlinien (Columbia, Decca, EMI und Teldec) erweitert. Damit sollte es möglich sein, den Großteil dieser Aufnahmen korrekt zu entzerren.

Das EQ Board

Auf dem Foto oben ist das EQ-Board für einen Kanal zu sehen. Die benötigten SMD-Widerstände (1206) sind auf der Unterseite des Boards platziert. Um eine möglichst exakte Wiedergabekurve zu erzielen, wurden alle Kondensatoren vermessen.

Fotos aufgebauter XOno’s

Im unteren Bild ist eine fertig aufgebaute XOno zu sehen. Hierbei handelt es sich um die Variante mit Kondensatorkopplung ohne Relais und EQ-Board, also den klassischen XOno Aufbau. Als Koppelkondensatoren habe ich Typen von Aeon verwendet, die ich noch vorrätig hatte. Vergleichbare Typen wurden seinerzeit auch in der XOno verbaut.

RStAudio XOno 2019 mit 2SK2145 und AC Kopplung, ohne Relais und EQ Board

Auf dem nächsten Bild ist die Version mit 2SK2145, Servo-Regler und Relais, jedoch ohne EQ-Board, zu sehen.

RStAudio XOno 2019 mit 2SK2145, DC Kopplung und Relais, ohne EQ Board

Mikrocontroller Board

10. August 2022

Wie oben bereits erwähnt, gibt es optional ein Mikrocontroller Board, mit dem die Relais auf dem XOno Board geschaltet werden können. Zur Bedienung stehen ein Display mit zwei Zeilen und 20 Spalten sowie ein Drehwinkelgeber zur Verfügung.

RStAudio XOno 2019 Controller Rev. 1, Bauteilseite

Ich verwende ein OLED-Display des Herstellers Display Visions. Auf dem Board können zwei Typen verbaut werden: das EA W202 XLG mit 5,5mm und das EA W202 XDLG mit 9,66mm hohen Buchstaben. Ich bevorzuge das größere Display, da es sich auch aus etwas größerer Entfernung gut ablesen lässt. Leider wird es mittlerweile nicht mehr hergestellt, sodass man sich mit dem kleineren Display begnügen muss.

RStAudio XOno 2019 Controller Rev. 1, Lötseite mit aufgestecktem Display

Auf dem Board kommt ein AT89C51ED2 von Microchip zum Einsatz. Selbstverständlich liefere ich ein Controller Board zusammen mit einem programmierten Mikrocontroller. Es ist allerdings auch ein Stecker vorhanden, an den man eine Programmierschnittstelle anschließen kann. Wer also seine eigene Software für die XOno schreiben möchte, hat darüber natürlich auch die Möglichkeit dazu. Ich setze nur freie Software ein: SDCC und Flip.

RStAudio XOno 2019 Controller ISP Adapter

Das Controller Board verfügt über einen integrierten IR-Empfänger. Damit kann die XOno komplett über eine Fernbedienung gesteuert werden.

Netzteil

25. März 2020

Ein Audio Vorverstärker – und insbesondere ein Phono Vorverstärker – hängt in ganz besonderer Weise von der Qualität des verwendeten Netzteils ab. Über die Jahre habe ich auf diesem Gebiet viel Erfahrung gesammelt und meine Schaltungen sind immer komplexer, aber auch immer besser geworden. Die RStAudio XOno 2019 verfügt über ein Netzteil, in das ich alle meine bis zu diesem Zeitpunkt gewonnenen Erkenntnisse implementiert habe. Über den letzten Teil des Netzteils, der sich auf der XOno Leiterplatte selbst befindet, habe ich oben bereits berichtet. An dieser Stelle geht es um die Erzeugung der ungeregelten Gleichspannungen.

230V/AC DC Filter

In der heutigen Zeit kommt es immer häufiger zu Störungen im 230V/AC Netz. Es ist deshalb unabdingbar, dass sich diese Störungen nicht auf die Gleichspannungsversorgung der Audioschaltungen auswirken. Als erste Abwehrmaßnahme habe ich in all meinen Netzteilen eine Netzbuchse mit integriertem Filter der Firma Schurter verbaut. Es folgt ein weiterer Filter mit Wima X2- und Y2-Kondensatoren, gefolgt von einem DC-Filter. Dieser sorgt dafür, dass eventuelle Gleichspannungsanteile in der 230V/AC Versorgung den Trafo nicht in die Sättigung treiben. Es ist genügend Platz für größere Elko-Werte vorhanden, denn es gilt die Faustformel: Pro 100VA braucht der DC-Filter 10.000μF.

230V/AC DC-Filter Rev. 2
230V/AC DC-Filter Rev. 2

Ungeregeltes Netzteil für die Audio Schaltungen

Mithilfe dieser Leiterplatte wird die ungeregelte, symmetrische Gleichspannung für einen Audiokanal erzeugt. Wie man auf dem folgenden Foto erkennen kann, handelt es sich nicht um die übliche Schaltung, die nur aus Gleichrichter und Ladeelkos besteht.

Der Eingang, der sich links auf dem Foto befindet, ist mit zwei Sekundärwindungen des Trafos verbunden. Direkt anschließend befinden sich zwei Snubber-Netzwerke, die die Schwingneigungen des Schwingkreises, der Induktivität des Trafos und der Sperrschichtkapazitäten der Dioden stark dämpfen. Es folgt der Brückengleichrichter mit diskreten Ultra-Fast-Soft-Recovery Dioden. Der nächste Schaltungsteil besteht aus einer CLC-Filterung mit vier 10.000μF Kondensatoren und einer stromkompensierten Doppeldrossel. Anschließend folgt ein Kapazitätsmultiplizierer, der jegliche Reste von Wechselspannungsanteilen (Rippel) aus der Gleichspannung entfernt. Die Masse wird über ein Dioden-Widerstands-Netzwerk an Erde angeschlossen. Am Ausgang steht eine extrem gute, jedoch noch nicht geregelte Gleichspannung zur Verfügung.

Die Ausgangsspannung ist selbstverständlich vom Übersetzungsverhältnis des Trafos sowie von der aktuell an der Steckdose verfügbaren Wechselspannung (230V/AC ±10 %) abhängig.

Ein Kanal des analogen ungeregelten Netzteils

Ungeregeltes Netzteil für die digitalen Schaltungen

Das Netzteil für die digitalen Schaltungsteile – und damit letztlich für den Controller – ist eher bescheiden ausgeführt. Zwar sind auch hier ein Snubber-Netzwerk und eine Masse-Erd-Verbindung vorhanden, ansonsten besteht das Netzteil jedoch aus einem klassischen, ungeregelten Aufbau aus Gleichrichter und Ladeelko. Auch wenn der Elko sehr groß dimensioniert wurde. Da der Controller keine direkte Verbindung zu den Audioschaltungen hat, ist dieses Netzteil mehr als ausreichend.

Ungeregeltes Netzteil des Controllers

Einbau in ein Gehäuse

14. August 2023

Wie eigentlich immer habe ich die Gehäuse in Italien gekauft. Auf dem Foto am Anfang der Seite ist die Frontansicht zu sehen. Das sehr gelungene Design der Frontplatte stammt von meinem Freund Guido. Mittig ist das Display schön zu erkennen, darunter befindet sich die LED zur Anzeige der Betriebsspannung. Auf der rechten Seite ist der Drehwinkelgeber positioniert, links davon befindet sich der IR-Empfänger. Die Power-LED ist sinnvoll, da sich das Display im Betrieb dunkel schalten lässt.

RStAudio XOno 2019 Audio Gehäuse

Im Bild oben ist das geöffnete RStAudio XOno 2019 Audio-Gehäuse zu sehen. Es ist komplett ausgestattet, also mit Relais, Controller und EQ-Boards. Als JFETs sind 2SK2145 verbaut. Zudem handelt es sich um die Version mit DC-Kopplung und Servo-Reglern.

Die Front des Netzteils ist sehr schlicht gestaltet. Da die RStAudio XOno 2019 für den Dauerbetrieb vorgesehen ist, befindet sich der Netzschalter auf der Rückseite. Auf der Frontplatte ist lediglich eine LED zur Anzeige der Betriebsspannung zu sehen.

Blick auf die Elektronik des RStAudio XOno 2019 Power Supply

Auf dem Bild oben sind die elektronischen Komponenten des Netzteils sehr gut zu erkennen. Links hinten ist die Netzbuchse mit Schalter, Sicherungen und Filter zu sehen. Vor dieser ist der DC-Filter angeordnet und hinter der Front sitzt der Ringkerntransformator. Ich habe einen einzelnen Trafo mit getrennten Wicklungen für den linken und rechten Kanal gewählt. Selbst die besten Tonabnehmer erreichen nur eine Kanaltrennung von ca. 35dB, ein Wert, den das Netzteil spielend übertrifft.

Auf der rechten Seite befinden sich die Platinen zur Erzeugung der ungeregelten Betriebsspannungen. Ganz außen befinden sich die beiden Audio-Netzteile und weiter innen das einfache Netzteil für die digitale Elektronik.

Der zentrale Erdungspunkt ist sehr gut zu erkennen. Alle Erdungsleitungen sind direkt mit diesem Punkt verbunden. Zudem ist gut zu erkennen, wie ich durch den Einbau eine Trennung der einzelnen Signalgruppen (230V/AC, sekundäre AC und DC) bei der Verkabelung erreicht habe.

RStAudio XOno 2019, Ansicht von hinten

Auf dem folgenden Foto ist die Front des Audio Gehäuses mit dem kleinen Display EA W202 XLG von Display Visions zu sehen.

RStAudio XOno 2019 mit kleinem Display

Auf den Seiten von Meinolf Stute kann man sich eine sehr schöne und detaillierte Aufbaubeschreibung anschauen. Er hat den Fortschritt seines Projekts mit einer Menge fantastischer Fotos dokumentiert. Dadurch bekommt man einen sehr guten Eindruck von dem Projekt. Seine RStAudio XOno 2019 hat übrigens die Vollausstattung.

Weitere Bilder sind in der Fotosammlung der aufgebauten XOno’s zu finden. Die Nachbauer haben mir freundlicherweise ihre Fotos zur Verfügung gestellt.

Anfang 2021 habe ich für meinen Freund Guido eine RStAudio XOno 2019 aufgebaut. Das Besondere an diesem Gerät sind die Frontplatten. Guido hat mein Logo in Fräsdaten umgesetzt und diese bei einem befreundeten Metallbearbeiter fräsen lassen. Dieser ist übrigens der Lieferant für clearaudio. So ist eine wunderschöne RStAudio XOno 2019 entstanden. Die Schriften sind bewusst nicht geschwärzt worden, da es ihm einfach so besser gefällt.

RStAudio XOno 2019 für Guido F., Ansicht von vorn

Audiophile Bewertung

22. Juli 2022 / Ralph Stens

Ich höre nun schon seit einiger Zeit mit dem Prototypen Musik. Zunächst in der Version mit 2SK2145 und Kondensatorkopplung, anschließend mit Servo-Reglern. Die XOno mit den 2SK2145 ist, wie ich es bereits beim Probeaufbau der MC-Stufe für meine DPV1 erlebt hatte, äußerst rauscharm. Ansonsten ist die Version mit Kondensatorkopplung eine ganz normale XOno – und das meine ich durchaus sehr anerkennend! Allerdings gewinnt diese Phonovorstufe noch einmal deutlich, wenn man die Servo-Regler verwendet. Für mich ist dies die beste XOno, die ich je gehört habe.

Meine Empfehlung lautet also:

XOno mit 2SK2145 und Servo-Reglern

Bei dieser Lösung muss sichergestellt sein, dass der nachfolgende Eingang, an den die RStAudio XOno 2019 angeschlossen werden soll, keine Gleichspannung produziert. Sollte dies der Fall sein, muss eine Kondensatorkopplung verwendet werden. Eine solche Gleichspannung wäre allerdings ein grober Fehler im Design des nachfolgenden Geräts.

Weitere Bewertungen über die RStAudio XOno 2019 kann man sich hier anschauen.

FAQ

15. September 2020

Käufer der Leiterplatten der RStAudio XOno 2019 erhalten Zugang zu einer geschützten FAQ-Seite. Den Zugangscode bekommt man von mir zugeschickt.

Leiterplatten

26. August 2020

Ich stelle den kompletten Satz der Leiterplatten dieses Projektes für Selbstbauer zur Verfügung. Nach einer E-Mail Anfrage übersende ich eine detaillierte Liste mit allen Informationen.

Oberseite der RStAudio XOno 2019 Leiterplatte

Wer sich für die Leiterplatten interessiert, kann das folgende Kontaktformular verwenden.

Bitte achtet darauf, die E-Mail-Adresse korrekt anzugeben. Ansonsten sind Antworten auf Eure Anfragen einfach nicht zustellbar. Ihr könnt davon ausgehen, dass ich auf jede Anfrage antworte. Wenn Ihr keine Antwort von mir erhaltet, schaut bitte auch in Eurem Spam-Ordner nach.

    Bei einigen Anwendern funktioniert das Kontaktformular leider nicht. In dem Fall schickt mir bitte eine E-Mail an

    info[at]rstaudio[dot]de

    Die Angaben in den rechteckigen Klammern bitte entsprechend ersetzen (SPAM Schutz).