VV6 / HF Line Preamp

HF Line Preamp

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

23.11.2017

Lange Zeit hatte mein Freund Heiner immer mal wieder den Wunsch geäußert das ich für ihn einen Mehrkanal Vorverstärker baue. Da mich das Thema selbst sehr gereizt hat, habe ich im 3. Quartal 2016 mit der Entwicklung dazu angefangen. Es mußte erst einmal das grundsätzliche Konzept für die Hardware, aber auch für die Software, erstellt werden. Zudem wollte ich so viel wie möglich von meinen aktuellen Schaltungstopologien mit in diesen Vorverstärker einfließen lassen. Letztendlich aber habe ich dann doch an allen Schaltungen Detailänderungen vorgenommen und neue Layouts erstellt.

Der gesamte Vorverstärker verteilt sich über 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

05.01.2018

In der Control Unit sind alle Schaltungsteile untergebracht die nicht unmittelbar etwas mit der Verarbeitung von Audio Signalen 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. Dort finden sich als erstes noch einmal ein Kapazitätsfilter und anschließend ein 230V/AC DC-Filter. Hinter diesen Filtern sind 2 externe Ringkerntransformatoren für die Erzeugung der Audio-Spannungen und ein Ringkerntrafo auf dem Board für die digitalen Versorgungsspannungen platziert. Alle Trafo’s sind zusätzlich noch einzeln abgesichert. Die digitalen Spannungen werden direkt auf diesem Board gleichgerichtet. Es stehen zwei ungeregelte Gleichspannungen zur Verfügung – μC-Board Versorgung und Relais Spannungen.

Weiterhin befindet sich ein Schaltungsteil zur Ermittelung der aktuellen Phasenlage auf diesem Board. Hier habe ich mir zum ersten Mal richtig Gedanken über die funktionale Sicherheit einer solchen Schaltung gemacht und sie daraufhin neu designed. Ich verwende nun eine Glimmlampe die per Relais vom Microcontroller zwischen einer Phase und der Erde geschaltet werden kann. Stellt sich hier ein Defekt ein so ist die Wahrscheinlichkeit einer Gefahr für den Benutzer äußerst gering.

Natürlich ist die Sicherheit des Benutzers in erster Linie über die Erdung der Gehäuse gewährleistet.

Die Glimmlampe wird von einem Photowiderstand überwacht dessen Signal über einen Komparator an die μC-Leiterplatte angeschlossen ist. Bei der Abfrage der Phasenlage schließt der Controller das Relais und wertet das Ausgangssignal des Komparators aus. Anschließend wird das Relais wieder abgeschaltet.

System Power Supply

System Power Supply

Zwei weitere Leiterplatten in dieser Unit sind für die Bereitstellung der ungeregelten DC-Spannungen der Audio Schaltungsteile zuständig. Hier setze ich bewährte Technik ein. Hinter den Sekundärwicklungen der Ringkerntrafo’s sitzen als erstes 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 Tiefpaßfilterung zum Ausgang hin. Von hier aus werden die DC-Spannungen über ein Kabel in die Audio Unit geführt.

Analog Power Supply

Analog Power Supply

Als weitere Leiterplatte befindet sich das steuernde Microcontroller-System, zusammen mit dem LC-Display als Einheit, hinter die Fronplatte geschraubt. Ich setze hier wieder meinen bewährten Atmel AT89C51ED2 x51 Controller ein. Die Kommunikation zur Audio Unit läuft nur über serielle Protokolle – I²C und SPI – und befindet sich im Ruhezustand solange nicht geschaltet wird. Die Bedienung des Vorverstärkers geschieht mit Hilfe zweier Drehwinkelgeber oder einer RC5 Fernbedienung und dem Display mit 2 Zeilen und 20 Spalten.

Microcontroller Board

Microcontroller Board

Das LC-Display hat 2 Zeilen und 20 Spalten mit einer Zeichenhöhe von 12,7mm. Es ist – wie oben schon erwähnt – direkt auf die Rückseite des μC Boards geschraubt.

LC-Display auf der Rückseite des μC Boards

LC-Display auf der Rückseite des μC Boards

Im Bild unten sieht man die komplette Control Unit mit abgenommenen Deckel. Alle oben beschriebenen Leiterplatten und Komponenten sind gut zu erkennen.

Blick in die offene Control Unit von hinten

Blick in die offene Control Unit von hinten

Audio Unit

22.01.2018

Die Audio Unit wird fast vollständig von 2 Bus-Boards ausgefüllt. Auf diesen Boards befinden sich diskrete Spannungsregler für die Spannungsversorgung der analogen Schaltungen und sechs Steckplätze für Audio Boards. Für jeden dieser 6 Steckplätze sind 2 Eingänge und ein Ausgang auf das Board gelegt. Somit gibt es keinerlei Verdrahtung mit den Audio Boards.

Weiterhin hat jedes Bus-Board einen digitalen Schaltungsteil zum ansteuern der Relais und der digitalen Potentiometer. Der Übergang vom μC-System zur analogen Schaltungstechnik geht über eine Potentialtrennung mit Bausteinen aus der ADuM-Serie von Analog Devices.

Bus Board

Bus Board

Es gibt zwei Typen von Audio Boards. Beide sind von ihrer Schaltungstopologie her identisch. Der symmetrische Eingang wird direkt auf die erste Verstärkerstufe geschaltet, der unsymmetrische Eingang wird mit Hilfe eines DRV134/135 erst symmetriert. Anschließend gelangen die symmetrischen Signale auf den Verstärker gebildet durch einen OPA1632. Die Verstärkung ist auf 6dB eingestellt. Nach diesem Verstärker wird das symmetrischen Signal durch ein digitales Potentiometer auf seine Endlautstärke eingestellt – es kommt der MUSES72320 zum Einsatz. Als letzte Stufe findet sich ein symmetrischer Ausgangstreiber.

In der Technologie unterscheiden sich hier die beiden Boards. Das erste ist mit 2 parallel geschalteten Operationsverstärkern pro Signalphase ausgestattet (2× OPA1612).

OP Amp Preamp Board

OP Amp Preamp Board

Das zweite Board hat statt dessen diskrete Diamond Buffer mit Servo Regler implementiert. Der OPA1632 und der MUSES72320 sind hier auf der Rückseite des Boards plaziert.

Diamond Buffer Preamp Board

Diamond Buffer Preamp Board

Im Bild unten sieht man die komplette Audio Unit mit abgenommenen Deckel von hinten. Es sind insgesamt 4 Audio Karten gesteckt.

Blick in die offene Audio Unit von hinten

Blick in die offene Audio Unit von hinten

Gehäuseeinbau

22.01.2018

Wie in den letzten Jahren eigentlich immer – bis auf den Aktiv Absorber – habe ich Gehäuse von HiFi-2000 verwendet. Für die Control Unit kommt ein Gehäuse mit 80mm innerer Höhe und für die Audio Unit eines mit 120mm zum Einsatz. Das höhere Gehäuse brauche ich um Platz auf der Rückwand für alle Steckverbindungen zu bekommen. Zudem benötigen die Steckkarten natürlich auch einigen Platz in der Höhe.

Die Ansicht von vorn ist oben auf der Seite zu sehen. Mittig ist das LC-Display plaziert. Links und rechts davon sieht man die beiden Drehwinkelgeber. Auf der linken Seite erkennt man den integrierten IR-Empfänger.

Die Rückansicht kann man auf dem nachfolgenden Photo erkennen. Pro Kanal sieht man die beiden Eingänge (XLR & Cinch) und ein XLR Ausgang. 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 benötigten Verbindungskabel hierfür sind Eigenfertigungen.

An der Control Unit findet sich noch eine 9 polige Sub-D Buchse zur Übertragung der Software auf den Microcontroller (ISP – In System Progamming), einen Eingang für einen externen Infrarot Empfänger (IR) und der Ausgang für die Remote Spannung (siehe oben). Natürlich befindet sich hier auch der 230V/AC Netzspannungseingang mit Filter und integrierten Sicherungen. Der Netzschalter ist auf den Photos nicht zu finden, er befindet sich vorn rechts auf der Unterseite der Control Unit.

Rückansicht des gesamten Vorverstärkers

Rückansicht des gesamten Vorverstärkers

Audiophile Performance

22.01.2018

Wie schlagen sich nun die beiden Audio Module im Vergleich zum VV5? Ich muss sagen überraschend gut! Ich habe allerdings nur einen Nachmittag gehört und somit sind die Vorverstärker-Module noch lange nicht eingespielt. Also wird sie mein Freund Heiner erst einmal eine Zeit lang betreiben und anschließend werden wir beide berichten.

03.04.2018 / Ralph :

Mein erster positiver Eindruck hat mich nicht getäuscht, in der Zwischenzeit würde es mir schwer fallen mich zwischen diesem Vorverstärker und dem VV5 zu entscheiden. Der Detailreichtum beider Preamps ist vergleichbar, es gibt jedoch geringfügige tonal Unterschiede. Diese gehen aber in Richtung Geschmack und ich wüßte nicht wofür ich mich letztendlich entscheiden würde. Alles in allem eine ziemlich gelungene Konstruktion die zeigt wozu moderne Audio IC’s heutzutage in der Lage sind.

23.04.2018 / 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 das wir beide – und zwar bewusst unabhängig voneinander – dem Modul mit dem Diamond Buffer den Vorzug geben.