Inhaltsverzeichnis
Einleitung
23. November 2017
Mein Freund Heiner hatte lange Zeit immer wieder den Wunsch geäußert, dass ich für ihn einen Mehrkanal-Vorverstärker baue. Da mich das Thema selbst sehr reizte, begann ich im 3. Quartal 2016 mit der Entwicklung. Zunächst musste das grundsätzliche Konzept für die Hardware und die Software erstellt werden. Zudem wollte ich möglichst viele meiner aktuellen Schaltungstopologien in diesen Vorverstärker einfließen lassen. Letztendlich habe ich jedoch alle Schaltungen überarbeitet und neue Layouts erstellt.
Der gesamte Vorverstärker verteilt sich auf 2 Gehäuse
- die Control Unit besteht aus
- dem 230V/AC Eingang mit Netzfiltern
- der Erzeugung der ungeregelten analogen Spannungen
- der Erzeugung der digitalen Spannungen
- dem Controllerboard für die Ansteuerung und Bedienung
- die Audio Unit besteht aus
- 2 Motherboards, jeweils für 6 Aufsatzplatinen
- 12 Aufsatzplatinen mit den eigentlichen Vorverstärkern
Control Unit
05. Januar 2018
In der Control Unit sind alle Schaltungsteile untergebracht, die nicht unmittelbar etwas mit der Verarbeitung von Audiosignalen zu tun haben. Insbesondere wird die Netzspannung nur in diesen Teil des Vorverstärkers geführt.
Die 230V/AC gelangen über einen Netzfilter mit integrierten Schmelzsicherungen ins Gehäuse. Über den Netzschalter wird diese Spannung auf die erste Leiterplatte geführt. Auf dieser befinden sich zunächst ein weiterer Kapazitätsfilter und anschließend ein 230V/AC DC-Filter. Hinter diesen Filtern sind zwei externe Ringkerntransformatoren zur Erzeugung der Audio-Spannungen sowie ein Ringkerntrafo auf dem Board zur Erzeugung der digitalen Versorgungsspannungen platziert. Alle Trafos sind zusätzlich einzeln abgesichert. Die digitalen Spannungen werden direkt auf diesem Board gleichgerichtet. Es stehen zwei ungeregelte Gleichspannungen zur Verfügung: μC-Board Versorgung und Relais-Spannungen.
Auf diesem Board befindet sich außerdem ein Schaltungsteil zur Ermittlung der aktuellen Phasenlage. Hierbei habe ich mir erstmals umfassende Gedanken über die funktionale Sicherheit einer solchen Schaltung gemacht und sie daraufhin neu entworfen. Ich verwende nun eine Glimmlampe, die per Relais vom Mikrocontroller zwischen einer Phase und der Erde geschaltet werden kann. Sollte es hier zu einem Defekt kommen, ist die Wahrscheinlichkeit einer Gefährdung des Benutzers äußerst gering.
Die Sicherheit des Benutzers ist natürlich in erster Linie durch die Erdung des Gehäuses gewährleistet.
Die Glimmlampe wird von einem Photowiderstand überwacht, dessen Signal über einen Komparator mit der μC-Leiterplatte verbunden ist. Bei der Abfrage der Phasenlage schließt der Controller das Relais und wertet das Ausgangssignal des Komparators aus. Anschließend wird das Relais wieder abgeschaltet.
Zwei weitere Leiterplatten dieser Einheit sind für die Bereitstellung der ungeregelten DC-Spannungen der Audioschaltungsteile zuständig. Hier setze ich auf bewährte Technik. Hinter den Sekundärwicklungen der Ringkerntrafos befinden sich zunächst Snubber-Netzwerke. Daran schließen sich die Gleichrichter mit diskreten Ultra-Fast Soft-Recovery Dioden an. Darauf folgt eine CLC-Filterung mit 22mF Kondensatoren. Hinter diesen Filterungen befinden sich Kapazitätsmultiplizierer mit zusätzlichen Tiefpassfiltern zum Ausgang hin. Von hier aus werden die DC-Spannungen über ein Kabel in die Audio Unit geführt.
Als weitere Leiterplatte ist das steuernde Microcontroller-System zusammen mit dem LC-Display hinter der Frontplatte geschraubt. Ich setze hier wieder meinen bewährten Atmel AT89C51ED2 x51-Controller ein. Die Kommunikation zur Audio Unit läuft nur über die seriellen Protokolle I²C und SPI und befindet sich im Ruhezustand, solange nicht geschaltet wird. Die Bedienung des Vorverstärkers erfolgt über zwei Drehwinkelgeber oder eine RC5 Fernbedienung sowie das Display mit zwei Zeilen und 20 Spalten.
Das LC-Display hat zwei Zeilen und 20 Spalten mit einer Zeichenhöhe von 12,7 mm. Wie oben schon erwähnt, ist es direkt auf die Rückseite des μC-Boards geschraubt.
Im folgenden Bild ist die komplette Control Unit mit abgenommenem Deckel zu sehen. Alle oben beschriebenen Leiterplatten und Komponenten sind darauf gut zu erkennen.
Audio Unit
22. Januar 2018
Die Audio Unit wird fast vollständig von zwei Bus-Boards ausgefüllt. Auf diesen Boards befinden sich diskrete Spannungsregler für die Spannungsversorgung der analogen Schaltungen sowie sechs Steckplätze für Audioboards. Für jeden dieser sechs Steckplätze sind zwei Eingänge und ein Ausgang auf das Board gelegt. Somit ist keine Verdrahtung mit den Audioboards erforderlich.
Jedes Bus-Board verfügt außerdem über einen digitalen Schaltungsteil zum Ansteuern der Relais und der digitalen Potenziometer. Der Übergang vom μC-System zur analogen Schaltungstechnik erfolgt über eine Potenzialtrennung mit Bausteinen der ADuM-Serie von Analog Devices.
Es gibt zwei Typen von Audio-Boards. Beide sind von ihrer Schaltungstopologie her identisch. Der symmetrische Eingang wird direkt auf die erste Verstärkerstufe geschaltet, während der unsymmetrische Eingang mithilfe eines DRV134/135 erst symmetriert wird. Anschließend gelangen die symmetrischen Signale auf den Verstärker, der aus einem OPA1632 besteht. Die Verstärkung ist auf 6dB eingestellt. Nach diesem Verstärker wird das symmetrische Signal durch ein digitales Potenziometer auf seine Endlautstärke eingestellt, wobei der MUSES72320 zum Einsatz kommt. Als letzte Stufe befindet sich ein symmetrischer Ausgangstreiber.
In der Ausgangsschaltung unterscheiden sich die beiden Boards voneinander. Das erste Board ist mit zwei parallel geschalteten Operationsverstärkern pro Signalphase ausgestattet (2 × OPA1612).
Das zweite Board verfügt stattdessen über diskrete Diamond-Buffer mit Servoregler. OPA1632 und MUSES72320 sind auf der Rückseite des Boards platziert.
Im unteren Bild ist die komplette Audio Unit mit abgenommenem Deckel von hinten zu sehen. Insgesamt sind vier Audio-Karten gesteckt.
Gehäuseeinbau
22. Januar 2018
Wie in den letzten Jahren üblich – bis auf den Aktivabsorber – habe ich Gehäuse von HiFi-2000 verwendet. Für die Control Unit kommt ein Gehäuse mit einer inneren Höhe von 80mm und für die Audio Unit eines mit 120mm zum Einsatz. Das höhere Gehäuse benötige ich, um auf der Rückwand Platz für alle Steckverbindungen zu schaffen. Zudem benötigen die Steckkarten natürlich auch etwas Platz in der Höhe.
Die Ansicht von vorn ist oben auf der Seite zu sehen. Mittig ist das LC-Display platziert. Links und rechts davon befinden sich die beiden Drehwinkelgeber. Auf der linken Seite erkennt man den integrierten IR-Empfänger.
Die Rückansicht ist auf dem nachfolgenden Foto zu erkennen. Pro Kanal sind die beiden Eingänge (XLR und Cinch) sowie ein XLR-Ausgang zu sehen. Über die 25-polige Sub-D Verbindung werden die digitalen Signale und die digitale Versorgungsspannung von der Control Unit an die Audio Unit übertragen. Die Hirschmann Industriestecker werden für die Verbindung der analogen Spannungen zwischen den beiden Gehäusen genutzt. Die beiden hierfür benötigten Verbindungskabel sind Eigenfertigungen.
An der Control Unit befinden sich eine 9-polige Sub-D Buchse zur Übertragung der Software auf den Mikrocontroller (ISP – In-System-Programming), ein Eingang für einen externen Infrarotempfänger (IR) sowie der Ausgang für die Remotespannung (siehe oben). Selbstverständlich ist hier auch der Eingang für die 230V Netzspannung mit Filter und integrierten Sicherungen vorhanden. Der Netzschalter ist auf den Fotos nicht zu sehen. Er befindet sich vorne rechts auf der Unterseite der Control Unit.
Audiophile Bewertung
22. Januar 2018
Wie schlagen sich die beiden Audio-Module nun im Vergleich zum VV5? Ich muss sagen: überraschend gut! Allerdings habe ich sie nur einen Nachmittag lang gehört, sodass die Vorverstärker-Module noch nicht eingespielt sind. Mein Freund Heiner wird sie erst einmal eine Zeit lang betreiben und anschließend werden wir beide berichten.
03. April 2018 / Ralph :
Mein erster positiver Eindruck hat mich nicht getäuscht: Inzwischen würde es mir schwerfallen, mich zwischen diesem Vorverstärker und dem VV5 zu entscheiden. Der Detailreichtum beider Preamps ist vergleichbar, es gibt jedoch geringfügige tonale Unterschiede. Diese gehen jedoch in Richtung Geschmack, sodass ich nicht sagen könnte, wofür ich mich letztendlich entscheiden würde. Alles in allem eine ziemlich gelungene Konstruktion, die zeigt, wozu moderne Audio-ICs heutzutage in der Lage sind.
23. April 2018 / Heiner :
Nachdem ich nun den VV6 seit einiger Zeit besitze und schon viele Stunden gehört habe, hier nun mein Eindruck: Eigentlich sollten ja alle Vorverstärker gleich oder sehr ähnlich klingen, das legen die Messwerte nahe. Alles sehr gut und Abweichungen gibt es in solch kleinen Messgrößen, dass sie unser Gehör nicht nachvollziehen kann. Ja, aber so ist es nicht. Der VV6 benötigt 1-2 Stunden um warm zu werden. Danach spielt er einfach so, das ich Lust habe Musik zu hören. Ich höre CDs von Anfang bis Ende und lege nicht mehr nur meine „Testmusik“ auf. Komplexe Strukturen (z.B. Tutti bei Klassik) werden so deutlich aufgefächert, dass sie gar nicht mehr komplex erscheinen. Bzw. das es ein Kinderspiel sein muss sie aufzulösen und als musikalische Ereignisse darzustellen. Der VV6 kann dort genauso wie bei kleinen Besetzungen jedes Instrument natürlich klingen lassen. Die Räumlichkeit ist sehr glaubwürdig. Es macht wirklich Spaß und Musik zu hören ist schön und musikalisch und selbstverständlich. Ich habe mein Wohnzimmer akustisch recht gut behandelt und die Nachhallzeiten sind einigermaßen linear über den Frequenzgang. In dieser Umgebung läuft nun der VV6 und bereitet mir immer wieder Freude beim Hören.
Hinzufügen muss man noch, dass wir beide – und zwar bewusst unabhängig voneinander – dem Modul mit dem Diamond Buffer den Vorzug geben.