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Das TDA1541-Projekt

Teil 3: Die filterlose Röhren-Ausgangsstufe

 
Unseren CD-Player haben wir mittlerweile gründlich überholt und gleichzeitig die Ausgangsstufe für die passive I/V-Wandlung vorbereitet. In diesem Teil der TDA1541-Reihe schließen wir den Umbau der filterlosen Ausgangsstufe ab und wagen dann einen ersten Soundcheck.
 
Passive I/V-Wandlung "on the cheap"
Passive I/V-Wandlung ist natürlich ein großer Begriff für zwei kleine Widerstände, aber genau die Widerstands-"Funktion" benötigen wir, da wir am Ausgang des Moduls eine Spannung haben möchten, aber von einem Strom gefüttert werden. Zur Erinnerung: Der TDA1541 mit seinen Varianten liefert am Ausgang des Chips, an den Pins AOL und AOR, einen signalabhängigen Strom und keine Spannung.
 
 
 
Die einfachste Form der filterlosen Ausgangsstufe mit passiver I/V-Wandlung besteht dann logischerweise nur aus zwei Widerständen, die man so groß macht, dass man einen verwertbaren Pegel an den Anschlussbuchsen erhält. Dem Datenblatt des Wandlers entnehmen wir einen "full scale current" von typisch vier Milliampere. Dann wählen wir 470 Ohm für die Widerstände und erhalten über den Daumen knappe 2 Vpp am Ausgang. Fertig?
Ganz so einfach geht es dann doch nicht, denn der TDA1541 möchte die Knoten AOL und AOR auf 0 Volt liegen sehen. Obwohl im Datenblatt ein "zero scale current" von Null angegeben ist, zieht der Wandlerchip statisch etwa 2.15 Milliampere, was uns über den 470 Ohm Widerständen einen Offset von etwa -1 Volt beschert. Das widerspricht zum einen der Forderung nach 0 Volt an den Ausgangspins des Wandlers, zum anderen wird sich kein angeschlossener Verstärker über ein Volt Gleichspannung am Eingang freuen.
 
 
 
Also nullen wir den Offset weg, indem wir den Bias-Strom des Wandlers durch einen zusätzlichen Widerstand einspeisen. Diesen hängen wir an die geregelten +15 Volt des CD-Players, denn die werden seit dem Ausbau der Operationsverstärker nicht mehr benutzt und sind folglich innerhalb des Players die störungsärmste Versorgung. Damit liegen unsere AOL/AOR-Knoten sicher innerhalb von +/- 5 Millivolt, und zum Schutz des nachgeschalteten Verstärkers eliminieren wir diesen Rest durch einen -wenn auch ungeliebten- Koppelkondensator. Sind wir durch?
Mitnichten. Eine erste Inohrnahme - gleich mit Klavier, wozu sich lange aufhalten - fördert deutlich hörbare Verzerrungen zu Tage. So bereitet Chopin nun wirklich kein Vergnügen, es sei denn, man schätzt den Marshall-Bluesbreaker-Sound auch jenseits von Blues und Rock.
 
Passiv I/V und Klirr
Die Erklärung ist eigentlich simpel, nur leider schweigt sich das Datenblatt des Wandlerchips über die Tatsache aus, dass die harmonischen Verzerrungen am Wandlerausgang dramatisch ansteigen, sobald die Knoten AOL und AOR bei Aussteuerung nicht mehr aktiv auf 0 Volt gehalten werden. Also, nicht nur statisch (ohne Aussteuerung), sondern auch dynamisch (unter Aussteuerung) müssen die Knoten auf 0 Volt liegen bleiben. Normalerweise spielt das keine Rolle, da die typische, aktive I/V-Wandlung mit Operationsverstärkern sich gerade dadurch definiert, dass die OPA bei Aussteuerung mit all ihrer Verstärkung versuchen, ihre Stromeingänge auf (virtuell) Null zu halten.
Demgegenüber wird ein (Signal-) stromdurchflossener Widerstand immer eine proportionale Spannung in die Knoten AOL und AOR einprägen, die der Forderung entgegen steht, die Knoten "in Ruhe zu lassen". Wäre unser bevorzugter Wandler beispielsweise ein AD1955, dann fände unser passiver Ansatz tatsächlich ein jähes Ende. Nicht so mit dem 1541, denn der zeigt ein so gutmütiges Verhalten, dass wir den Weg weiter beschreiten können, solange wir die Widerstände klein halten, was allerdings eine zusätzliche, spannungsverstärkende Stufe erfordert.
 
Passiv I/V plus Tube-Stage
Nach einer spannungsverstärkenden Line-Stage müssen wir nicht lange suchen - die findet sich im McIntyre-Regal. Mit unserem SRPP plus dem TPS-Netzteil haben wir bereits die optimale Lösung, sobald man die Lautstärkesteuerung und natürlich die Quellenumschaltung weglässt. Da die Tube-Stage etwa 25 Dezibel an Verstärkung liefert, können wie die Wandler-Widerstände bis auf 33 Ohm reduzieren. Das reicht einerseits, um den Ausgangspegel eines Vergleichs-Players zu erreichen, andererseits ist der Wert klein genug, um den Wandler-Chip weitestgehend vom Klirren abzuhalten.
 
 
 
Wir benutzen den gleichen Trick wie oben, um den Gleichspannungsoffset zu eliminieren, verzichten zusammen mit der Röhrenstufe aber auf den Koppelkondensator, denn die paar Millivolt verbliebener Spannungsoffset stören unsere Tube-Stage nicht im geringsten. Die Eingangsröhre behält aber ihren Gitterableitwiderstand. Damit ist sie "safe", auch wenn ihr Eingang offen gelassen wurde, während andererseits ihr Wert von 100 bis 500 Kiloohm in der Parallelschaltung die 33 Ohm nicht wirklich erniedrigt.
Das Bild unten zeigt einen möglichen Aufbau der Line-Stage - natürlich noch ohne umschließendes Gehäuse, denn das wird in Tateinheit mit dem neuen Gehäuse nebst Bedienteil für den Player kommen. Eine Anregung mag sein, dass man die einzelnen Platinen auf einem Blech montiert, das für das "richtige" Gehäuse als Zwischenboden dient. Auf diese Weise können die Verbindungskabel unter dem Befestigungsblech verschwinden, so dass sich auch bei einer Unterteilung in Einzelplatinen eine sehr aufgeräumte Optik ergibt.
 
 
 
Und wie klingt es?
Als erstes fällt auf, dass das typische Grieselige/Körnige im Klangbild verschwunden ist, das praktisch allen Consumer-Playern mit unserem Chipsatz eigen ist. Sehr ohrfällig wird das bei exzellenten Aufnahmen wie beispielsweise Norah Jones "Feels like Home" (Blue Note Records 7243-5-90952-26). Es steht zu vermuten, dass dieser Griesel ein Artefakt der Verkopplung der Player-Module über das gemeinsame Netzteil ist, was sich natürlich nicht so einfach beweisen lässt. Da die Tube-Stage jedoch ihre eigene Versorgung mitbringt, und der Griesel definitiv nicht mehr wahrnehmbar ist, scheint diese These zumindest nicht aus der Luft gegriffen zu sein.
Die räumliche Abbildung unseres modifizierten Players, wie übrigens auch die Feindynamik, sind weitestgehend unverändert, was aber durchaus der Erwartungshaltung entspricht. Ein wahrhaftiger Prüfstein in Sachen Schnelle und Dynamik ist das Album "Porz Gwen" von Didier Squiban, bei dem virtuoses Klavierspiel auf gelungene Aufnahmetechnik trifft. Diese Disziplin meistert unser Player mit Bravur, kann sich aber gegenüber dem Vergleichsplayer, einem kundendienstbewährten Marantz CD56, nicht absetzen. Im Klavierspiel sind in der Regel Verzerrungen sehr leicht zu entdecken, aber man hört weder harmonische Verzerrungen a´la Bluesbreaker (siehe oben), noch disharmonischen Klirr heraus, die aus der Intermodulation (vgl. letzter TecBlog) stammen würden. Messbar sind sie natürlich, schließlich hat der Player kein Ausgangsfilter mehr, aber definitiv nicht hörbar. Das ist schon beachtlich, aber andererseits ist das Oversampling noch aktiv, weshalb man diesen Punkt weiter im Auge behalten wird.
Einbußen gibt es leider auch zu vermelden. Der modifizierte Player hat nicht mehr ganz den Punch/die Attacke des Vergleichsplayers, dingfest zu machen an Marla Glens "The cost of Freedom" aus ihrem Debütalbum (Vogue 74321151342). Es ist zwar immer noch im grünen Bereich, aber es fehlt eben der letzte Kick. Interessanterweise ist dies aber gerade die Stärke unserer Röhrenstufe, weshalb wir diese als Verursacher getrost ausschließen können. Vielmehr deutet nach diversen Umbauten alles darauf hin, dass der Wandlerchip selbst an Punch verliert, sobald er eine passive I/V-Wandlung aufgebürdet bekommt. Grund zu klagen haben wir trotzdem nicht: erstens reden wir über marginale Unterschiede, und zweitens holen wir in Sachen Attacke mit dem Umbau auf non-Oversampling wieder auf, um dies schon mal vorwegzunehmen.
Was bleibt ist ein sehr sauber und detailreich aufspielender Player, der gerade bei Friedemanns Quasi-Best-Of-Album "Memory Lane" (Biber 76821) mit einer geschmeidigen Gangart punktet, die für stundenlangen Hörgenus bürgt. Kein schlechtes Ergebnis für ein zwar frisiertes, aber im Kern 25 Jahre altes Gerät, oder?
 
Ausblick
Die filterlose Ausgangsstufe steht, folglich steht der Umbau auf non-Oversampling an. Ohne vorgreifen zu wollen: uns ist eine sehr smarte Lösung gelungen, aber mehr dazu im nächsten TecBlog...
 
 
Bis zum nächsten Mal,
Ihr Team von McIntyre-HiFi
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