Balanced Endstufen mit Chipamp

[Lauscher]

Moin Stefan,

Schön das Du auch die Endstufen von Oliver zusammen gebaut hast und Dir diese anscheinend auch so gut gefallen wir mir "Fehlen nur noch" die DSPamPi :built:

Viele Grüße an Dich - und viel Spaß
Jens

[pcmurx]

Genau, den Dreher bei der Pinbelegung habe ich natürlich auch korrigiert.

Preamp ist das Mopped hier:
https://archiv.rme-audio.de/products/adi_2-pro_ae.php

Von daher braucht es keine Adapter :-) Momentan komme ich mit einem analogen Eingang und einem digitalen Eingang ganz gut aus, von daher bleibt der RME wohl in der Kette.

@Jens: Ja, ich bin echt nachhaltig begeistert. Die Endstufen klingen einfach "richtig". Gegenüber der Röhre, die da vorher lief, haben die halt deutlich mehr Kontrolle im Bass.

Viele Grüße,
Stefan

[2pi]

Passt :prost:

Viel Spaß !

[Zonfeld]

Hallo 2pi,

wird es nochmal Platinen oder evtl. Gerber Files für den single Amp geben?

Viele Grüße
Jochen

[2pi]

Moin Jochen,

Platinen kann man die ganze Zeit über bekommen (wenn auch mit "kurzem" Warten). Einfach PN oder email.

Grüße

[baraku]

Hallo zusammen,
ich bin sehr überrascht, wie lange sich Projekte ziehen können. Aber das Leben spielt wie es will

Ich habe die Platinen fertig und beim Testdurchlauf komme ich bis zu dem Punkt am Ausgang die Spannung zu messen. Auf der einen Platine messe ich mV, auf der anderen 6-7 V (das was von NT auch anliegt).

Beim Sokrates gab es so eine tolle Hilfestellung, deshalb möchte ich euch erfahrene Bastler nochmals um Rat fragen. Habt ihr eine Idee, was ich falsch gemacht habe, bzw wo ich suchen kann?

Ich danke euc für eure Zeit und wünsche noch einen S hoben Abend.

Cheers
Chris

[2pi]

Auf der einen Platine messe ich mV, auf der anderen 6-7 V (das was von NT auch anliegt).

Moin,
keines der Netzteile liefert im Normalbetrieb 6-7V. Also, wo kommt das her und von welchem NT (reg. oder unreg.) ist die Rede ?

Grüße

[baraku]

Hallo 2pi,
danke für deine schnelle Antwort. Du hast vollkommen recht, da geht was anderes rein
Ich messe unreg NT 31,6 V mit einem 2x21V Trafo. Am reg NT kommen 15 V an EVR/EV und 17 V an +/- raus.
An der einen Verstärkerplatine messe ich 2,5 mV, an der anderen 6 V am Ausgang.

Kannst du damit mehr anfangen?

Viele Grüße
Chris

[2pi]

OK, das passt so weit.

Schicke mal natürlich belichtete Bilder mit möglichst wenig Reflektionen von der Ober- und Unterseite der Platine. Vielleicht sieht man was.

Grüße

[baraku]

Hi,
anbei endlich die Bilder, ich hoffe das passt jetzt soweit.
Danke dir!

Gruß
Chris

[vex]

Hallo Chris,

du hast ja auf der Oberseite der Platine kaum was verlötet? Viele dieser Stellen werden als "Via's" verwendet zwischen beiden Platinenseiten. Hier müsstest du meiner Meinung nach alles mit Lot verbinden.

Gruss
Eugen

[ArLo62]

Hm, ich glaube wenn Pi noch welche hat, werde ich mir die pcbs mal bestellen.
Wo soll denn da etwas verlötet werden? Die pcbs haben doch durchkontaktierte Bohrungen?
Bin gespannt.
Grtz
Arnim

[2pi]

Hi,
anbei endlich die Bilder, ich hoffe das passt jetzt soweit.

Also die Bauteile sind an der richtigen Stelle. Aber die Bildqualität / Größe erlaubt es nicht, die Lötstellen zu beurteilen.
In jedem Falle mal den dicken blauen Elko nachlöten.
Es kann aber auch sein, daß du gar keine Gleichspannung am Ausgang hast, sondern das Ding schwingt, da evtl. SMD Kondensatoren vertauscht wurden. Die blöden Dinger sind ja nicht beschriftet.
Das kann man aber nur mit einem Oszi überprüfen.

Messe mal an der rechten Seite (so wie die Platine abgebildet ist) von R12, ob es da DC gegen GND gibt. Sollte minimal sein (wenn überhaupt messbar).

Hm, ich glaube wenn Pi noch welche hat, werde ich mir die pcbs mal bestellen.

Einfache email reicht. Gibt auch fast immer eine Warteliste.

Wo soll denn da etwas verlötet werden? Die pcbs haben doch durchkontaktierte Bohrungen?

Korrekt, ist eine durchkontaktierte 2 lagige Platine.

[2pi]

Zur Geschichte

Mit neuer Meßtechnik, die den Verstärker nun erstmals einigermaßen erfassen kann, habe ich mittlerweile vor geraumer Zeit begonnen, das Layout nochmals zu optimieren. Davor gab es ja lange keine Bauteile. So sind die Versionen 0.6..0.64 entstanden.

Mit dem neuen Messparcours kann ich nun auch ziemlich genau das Rauschen messen. Wie man unten sehen wird, dominiert ja das N in den THD+N Messungen das Ergebnis, insbesondere natürlich bei den typisch niedrigen Leistungen bei Hörlautstärke. Und Rauschen hören hier hoffentlich die meisten inkl. mir noch im Vergleich zu den sehr niedrigen Verzerrungen, welche sich zudem ja auch teilweise leicht durch das Programmaterial verdecken lassen.

Daher zielte im Verlauf ein weiterer Versuch genau darauf: An Rauschen loszuwerden, was geht, um zu sehen, wo man landet.
Dazu musste die Schaltung komplett neu dimensioniert werden, was mir einige kuschelige Stunden mit der lieben Tina-Ti verschafft hat. Als Eingangsbuffer habe ich obendrein testweise einen OPA1612 eingebaut.

Da mir irgendwann zwischendurch auch noch ein Feedback-Widerstand in die Suppe gespuckt hatte, was sich durch erhöten K3 äußerte, habe ich bei den SMD Widerständen fast durchweg (wo möglich) auf Susumu umgestellt und den Warenkorb bei Mouser allgemein nochmals aufgeräumt.
An kritischen Stellen habe auch noch das ein oder andere Bauteil ausprobiert, um das Optimum rauszuholen. Tatsächlich war aber hiernach nur noch was in den Netzteilen zu holen.

Mit der Version 0.64 und den neuen Netzteilen war dann wohl das Limit der bisherigen Topologie und den noch gut zu lötenden 1206er SMD auf nur 2 Layern erreicht. Dann kam allerdings doch noch Neugierde auf...

Gegenwart

Ich hatte schon seit längerer Zeit einen Entwurf begonnen, um den Differenzverstärker auch gleich als Korrekturverstärker für den LM3886 zu verwenden. Das gepaart mit der oben beschrieben und nochmals angepassten low-noise Bestückung ist dann Version 0.7 geworden, welche tatsächlich bessere Messergebnisse liefert als die 0.6er Reihe. Das Rauschen hat sogar nochmal einen eher unerwarteten Satz nach unten gemacht.
Dann gab es noch ein paar Verbesserungen bzgl. Verkabelung und ein wenig tinkering. Gezeigt wird 0.72.

Man kann bei der Platine wieder eine optionale Verstärkung von 20-fach (26dB) einstellen. Mit der kompromisslosen low-noise Bestückung geht das allerdings nicht, da hierbei die Eingangsbuffer wahrscheinlich überfordert wären. Wer sehr wenig Rauschen will, braucht ja typischerweise auch nicht viel Verstärkung. Also gibt es hier nur 10-fach (20dB).
Für den flexiblen Fall (umschaltbares gain) gibt es eine ebenfalls neue Standard-Bestückung, welche aber alle technisch möglichen Elemente der low noise Variante enthält.

Hier nun ein Überblick jeweils mit OPA-1612 als buffer am Eingang (Diagramme kommen weiter unten):

LN 20dB fest: 9,5uV / 7,5uV A-bewertet (immer rms, 20Hz..20KHz)
Standard 20dB: 16,2uV / 12,8uV A-bewertet
Standard 26dB: 18,7uV / 14,8uV A-bewertet

Alle möglichen Kombinationen mit OPs als Spannungsfolger am Eingang kann ich natürlich nicht testen.
Es passen aber alle gängigen Dual OP-Amps, der keine besondere Beschaltung brauchen und unity gain stable sind. Und mit SOIC-8 Gehäuse gibt es ja auch Auswahl.

Da beide Varianten möglichst niederohmig sind, werden die OPs nahe an ihrer "legalen" (spezifizierten) 600 Ohm Grenze betrieben, was zur Folge hat, daß sie nicht ganz so klirrarm arbeiten, wie z.B. an einer höheren 2KOhm Datenblattlast. Dafür ist das Rauschen auf Top-Niveau. Ein Eigentakt 1ET400A rauscht z.B. mit 11,5uV allerdings bereits A-bewertet und bei weniger Verstärkung.

Beim Rest gibt es nichts mehr zu pimpen. Das habe ich zum Leidwesen mancher in mühsamer Kleinstarbeit schon erledigt. Stattdessen läuft man Gefahr, die Schaltung zu destabiliseren oder bestenfalls zu verschlimmbessern.
Die 26dB Einstellung ändert übrigens sehr wenig an den Verzerrungen. Haupsächlich ist der Rauschgrund wie zu erwarten und wie oben gezeigt etwas höher. Deshalb spare ich mir die Diagramme.


Noch ein paar Punkte zu den Messbedingungen:

• ADC: Cosmos Grade B, Verzerrungen nicht auf hiesige Umbegungstemp. nachjustiert. Der hat ein Eigenrauschen von ca. 1,4uV und ist aus den Werten oben nicht herausgerechnet worden (hätte sich nur in der Nachkommastelle verändert).
  
• DAC: Topping E70 (ESS)
  
• Alle gemessenen Signale treffen direkt auf den ADC Eingang. Da gibt es keinen Notch-Filter oder andere clevere Helferlein, die die Genauigkeit verbessern.
  
• Der Verstärker wurde mit den überarbeiteten dazugehörigen Netzteilen auf einem "Speckbrett" gemessen.
  
• Es findet keine A- oder C-Bewertung statt. Nur beim Rauschen kann man die A-Bewertung direkt ablesen.
  
• Die DUTs sind keine "golden samples", sondern einfach die letzte Version, die gebaut wurde.
  

[2pi]

Diagramme Low Noise

[2pi]

Diagramme Standard

[2pi]

Wie man sieht, sind die bei 8 Ohm gemessenen Werte natürlich "schöner".

Die CMRR passt ebenfalls (gezeigt als inverses common mode gain).
Gerade im Brummbereich (50 bzw. 100Hz) sind das sehr gute bis fantastische Werte.

Die triple-tone Messung habe ich von Archimago übernommen. Ist im Prinzip wie SL IMD mit Tiefton; kann man machen.

Man darf auch gerne mit Messungen von ASR vergleichen. Habe die üblichen Verdächtigen genauso abgebildet.

Die 0.7er Serie zeigte als Ausgangsoffset bislang übrigens Werte im Bereich zwischen |+0,2mV| und max. |-0,5mV|; perfekt.

Das Rauschen der LN Bestückung hört man mit einer 92dB Kalotte direkt am Ohr bei "absoluter" Stille drumherum (so still wie es in einem Keller werden kann) gerade eben so. Es konkurriert definitiv mit dem Blutrauschen im Ohr (oder wird halt vom Tinitus überdeckt).

Weitere, wenn überhaupt noch nenneswerte THD bzw. IMD Verbesserungen würden sich vermutlich nur noch auf einer 4-lagigen Platine mit entsprechendem Layout einstellen, da man einfach mehr Möglichkeiten hat, Signale zu routen. Aber ich mache hier bis auf weiteres Feierabend, da der Verstärker wohl nicht mehr das schwächste Glied der Kette ist.

Bei mir zu Hause hat auf der Elektronikseite mittlerweile eigentlich der DSP die rote Laterne übernommen. Derzeit ist das noch ein Hypex DLCP analog angesteuert. Laut Datenblatt rauscht er in dem Modus mit 7,4uV. Das ganze wird noch 10fach verstärkt. Somit ist das Rauschen der Endstufe nach wie vor das kleinere Problem. Verzerrungen habe ich nie gemessen.

In Zukunft plane ich zwar, mit digital angesteuerten (Hypex Fusion) DSPs (mit diesen statt Hypex Verstärker) zu arbeiten, weil das mehr bringt. Aber die Fusion DSPs sind leider nicht besser als die DLCP geworden:
Ca. 6,3uV gegenüber 5,8uV digital beim DLCP und bis zu 9,5uV über XLR Eingang (AD->DA); also so viel wie die LN Endstufe selber.
Auch bei Messignalen mit niedrigem Crest-Faktor (der tyische wenngleich auch wenig aussagende 1KHz Sinus), schneidet der Fusion DSP analog angesteuert schlechter ab als diese Endstufe an ohmscher Last. Multitone IMD bei 1V rms am Eingang ist allerdings sauber, wenn ich mich richtig erinnere.

Wie man am Beispiel einer 1ET400A Endstufe sieht, baut Putzeys (als Krücke) Amps, mit relativ wenig Verstärkung (etwas mehr als 4-fach als Minimum). Aber ich denke, es wäre schon lohnenswert, wenn Purify oder andere kluge Köpfe mal ein wirklich gutes DSP System in Angriff nähmen (am besten endlich mit angemessener S/W).
Da die Lautstärkeregelung der Fusion DSPs keinerlei Einfluss auf das Rauschen hat, könnte einfach ein besserer DAC mit ggf. besserer Beschaltung hier höchst wahrscheinlich was bringen.

Das wirklich schwächste Glied der Kette sind ja nach wie vor die Chassis bzw. die LSP.
Mal abgesehen von Aufstellung der LSP, Programmaterial, Hörraum mit "Nachhallzeit" etc., produzieren die Treiber ja mehr THD bzw. IMD als so ein Verstärker selber (wenngleich die Mechanismen völlig anders gelagert sind). Purify zeigt das ja mittlerweile. Sie sagen aber so weit ich sehe nicht, wie sie z.B. IMD überhaupt gemessen haben (Spannung am Chassis mit Spannungs- oder Strom-Gegekopplungs-Verstärker oder Purify whatever Endstufe oder über Mikrofon).
Ich finde ihren Vorstoß bei den Treiber-Verbesserungen durchaus begrüßenswert, kann aber nicht bewerten, ob sie einem kontrollierten Blindtest wirklich standhalten. Das soll allerdings auch kein Aufruf zur Diskussion über Sinn oder Unsinn der Maßnahmen sein. Wenigstens nicht an dieser Stelle

Hörtests:

Der erste Hörtest mit den 0.7xern ist gerade erst vorbei, da bislang zu wenige davon Verfügbar waren.
Bis dato liefen zwei Paar der 0.6x Serie (nach wie vor analog übe DLCP).
Im Vergleich 0.6er zu meinen bisherigen 0.4ern hatte sich die räumliche Darstellung verbessert. Es gab etwas mehr Tiefe und die Mikrofonpositionen sind auch in der Horizontalen etwas "schärfer" geworden.

Auf weitere hörtechnische Verbesserungen mit den 0.7ern im ansonsten wieder gleichen Setup kann ich allerdings nicht mit dem Finger zeigen. Meßtechnisch gibt es Unterschiede. Aber man müsste sich jetzt schon was einbilden, um weitere klangliche Fortschritte zu nennen.
Tonal hat sich über all die Versionen natürlich nichts verändert.
Das war also die finale Bestätigung, daß ich mich nun um meine anderen Projekte kümmern kann (z.B. DSP Umbau).
Die technischen Verbesserungen der Endstufe und hauptsächlich das deutlich niedrigere Rauschen der LN Version nehme ich natürlich trotzdem gerne mit.

Wer übrigens glaubt, daß so ein Konstrukt "langweilig" oder "steril" klingt, der darf sich gerne selber vom Gegenteil überzeugen; Löt- und Meß-skills vorausgesetzt.
Insbesondere die Hornies hätten hiermit jedenfalls eine weitere ernstzunehmende Verstärker-Alternative aus dem DIY Bereich, obwohl ich das Projekt in erster Linie für mich selber wieder aufgenommen hatte, damit auch meine Anlange mal endlich fertig wird


Was bleibt, zu sagen ?

Die Optimierung einer Endstufe alleine ist nur ein Schritt auf dem Weg zur besseren Wiedergabe. Viel mehr sieht man hoffentlich mal wieder, daß man wie immer am besten alles (so weit irgendwie möglich) im Auge behalten sollte, anstatt an einer einzigen Stelle zu versuchen, bereits Unhörbares noch unhörbarer zu machen. An anderen Stellen gibt es möglicherweise mehr zu holen (wenngleich der gewiefte Lautsprecherbauer auch nur mit Chassis oder DSPs arbeiten kann, die es tatsächlich gibt).
Daher sind solche Messdiagramme auch Fluch und Segen zu gleich: Sie helfen einem, technisch etwas zu verbessern. Sie betrügen unsere Augen aber auch allzu gerne mit sichtbaren Dingen, die jedoch unter der Wahrnehmungsschwelle des Gehörs liegen.
Genial ist hingegen die Tatsache, daß man mittlerweile mit einem überschaubaren finanziellen Aufwand das Licht im Rausch- bzw. Verzerrungskeller anschalten kann.

OK, das war jetzt lang. Viel Spaß beim Lesen

[capslock]

Schöne Ergebnisse, locker im Neurochrome-Territorium! Verstehe ich das richtig, Du hast für + und - vom Balanced-Eingang je einen Pufferverstärker und dann den folgenden Differenzverstärker als Composit aus einem Op-Amp und dem 3886 ausgeführt?

Hast Du zwischen Op-Amp-Ausgang und 3886-Einfang einen Spannungsteiler wie bei Neurochrome oder hast Du die Gesamt-Open-Loop-Verstärkung über die lokale Frequenzkompensation des Op-Amps im Zaum gehalten wie beim Brainstorm-Amp?

[JFA]

Oh, ich hatte gar nicht auf dem Schirm, dass jemand einen Chipamp mit einer zweiten Verstärkerstufe pimpt. Bei Neurochrome hatte ich mir irgendwann mal das LM3886 done right Dingens betrachtet und danach abgeschaltet wegen nicht weiter interessant.

Gibt es da noch mehr Kandidaten? Zu Brainstorm-Amp finde ich nichts sinnvolles.

Ein bekanntes ostwestfälisches Unternehmen hatte auch einmal Modelle mit Chipamp, bin mir nicht mehr sicher welcher, ich glaube TDA729x. Und davor einen simplen JFET-Differenzverstärker. Nagelt mich aber bitte nicht drauf fest, ist zu lange her.

[capslock]

Kandidaten gibt es viele, suche mal bei diyaudio nach composite amp oder composite gainclone. Die haben aber alle einen 3:1 oder 4:1 - Spannungsteiler am Ausgang vom Kontroll-Opamp.

Brainstorm finde ich eleganter:
https://zelfbouwaudio.nl/forum/viewtopic.php?t=22898