PREAMPLIFICATEUR RIAA – CELULLES MC & MM
Projet publié dans la revue Electronique Pratique n°359 d'octobre 2007 sous le titre: "Préamplificateur RIAA à tubes"
Nombre d’audiophiles possèdent encore une précieuse collection de vinyles.
Venu d’Amérique le regain d’intérêt pour ce média semble se confirmer chez nous et nous assistons à la ré-édition de nombre de partitions sur ce support. Les fabricants de platines et de cellules ne sont d’ailleurs pas en reste, en témoigne les nombreuses publicités qui paraissent dans les revues pour audiophiles et mélomanes !
Nous avons remis à plat notre préamplificateur RIAA paru une première fois dans la revue LED de mars 2005.
Un rapide coup d’œil sur les spécifications en fin d’article est édifiant, l’écart par rapport à la norme RIAA ne dépasse pas +/- 0,2 dB, la distorsion harmonique totale est inférieure à 0,1 %.
Aux premières versions, nous avons ajouté le contrôle du volume, la temporisation de l’alimentation, et modifié les circuits d’entrée afin d’augmenter son gain et par conséquent de réduire le facteur de bruit relatif.
Venu d’Amérique le regain d’intérêt pour ce média semble se confirmer chez nous et nous assistons à la ré-édition de nombre de partitions sur ce support. Les fabricants de platines et de cellules ne sont d’ailleurs pas en reste, en témoigne les nombreuses publicités qui paraissent dans les revues pour audiophiles et mélomanes !
Nous avons remis à plat notre préamplificateur RIAA paru une première fois dans la revue LED de mars 2005.
Un rapide coup d’œil sur les spécifications en fin d’article est édifiant, l’écart par rapport à la norme RIAA ne dépasse pas +/- 0,2 dB, la distorsion harmonique totale est inférieure à 0,1 %.
Aux premières versions, nous avons ajouté le contrôle du volume, la temporisation de l’alimentation, et modifié les circuits d’entrée afin d’augmenter son gain et par conséquent de réduire le facteur de bruit relatif.
En août 2015, nous avons apporté quelques modifications (légères) à ce projet.
Le boîtier Radiospares 224-004 est obsolète et remplacé par le 754-5967.
La face avant est fabriquée par Schaeffer : www.schaeffer-ag.de
Carte Préampli
Les résistances: R27,R28 : 1 kΩ devient 2,2 kΩ
Le potentiomètre P1 : 2x250 kΩ devient 2x100 kΩ
Les condensateurs C21,C22 : 2,2 µF devient 4,7 µF
De plus, la carte du potentiomètre sera fixée à la carte de base par deux vis M3.
La self de choc L1 de 5 H peut être remplacée par une résistance de 1 kΩ / 25 W à fixer sur la tôle de blindage du transformateur.
Cette résistance de 1 kΩ dissipe seulement 1 Watt, mais il est plus aisé de la fixer mécaniquement.
LA NORME RIAA
Dès les débuts de la gravure sur disque plat, le 78 tours a été introduit par la ‘’Victor Talking Machine Company’’ en 1901, les ingénieurs ont été confrontés à deux contraintes: une restitution fidèle du signal gravé exigeait de descendre suffisamment bas dans le grave et monter assez haut dans l’aigu. Or la gravure des fréquences basses exigeait une excursion du sillon incompatible avec la place disponible sur le support, quant aux fréquences hautes, le problème résidait à la restitution, la masse des premiers systèmes de lecture limitant la restitution de l’aigu.
Il faut savoir que jusqu’en 1925 l’enregistrement était purement ‘‘acoustique’’, que le grave se limitait à 150 Hz et l’aigu à 3000 Hz…
Après 1925, et dans les 20 années qui ont suivi, la gravure et la restitution électronique ont permis d’élargir le spectre de 10 Hz à 15 kHz.
Les problèmes déjà rencontrés à la gravure acoustique n’en devinrent que plus complexes. Pendant cette période, les constructeurs ont alors mis au point différents modes de gravure sensés palier au manque de fidélité à la restitution à savoir une combinaison de gravure à vitesse constante et à amplitude constante du stylet à différents seuils de fréquence.
Très grossièrement résumé, les techniques visaient à désaccentuer à la gravure les fréquences basses et à accentuer les fréquences hautes. Mais ceci s’est effectué dans un joyeux désordre, chaque maison de disque utilisait sa propre courbe d’égalisation : 7 normes d’égalisation différentes pour les 78T et 5 pour les 33T.
Dès les débuts de la gravure sur disque plat, le 78 tours a été introduit par la ‘’Victor Talking Machine Company’’ en 1901, les ingénieurs ont été confrontés à deux contraintes: une restitution fidèle du signal gravé exigeait de descendre suffisamment bas dans le grave et monter assez haut dans l’aigu. Or la gravure des fréquences basses exigeait une excursion du sillon incompatible avec la place disponible sur le support, quant aux fréquences hautes, le problème résidait à la restitution, la masse des premiers systèmes de lecture limitant la restitution de l’aigu.
Il faut savoir que jusqu’en 1925 l’enregistrement était purement ‘‘acoustique’’, que le grave se limitait à 150 Hz et l’aigu à 3000 Hz…
Après 1925, et dans les 20 années qui ont suivi, la gravure et la restitution électronique ont permis d’élargir le spectre de 10 Hz à 15 kHz.
Les problèmes déjà rencontrés à la gravure acoustique n’en devinrent que plus complexes. Pendant cette période, les constructeurs ont alors mis au point différents modes de gravure sensés palier au manque de fidélité à la restitution à savoir une combinaison de gravure à vitesse constante et à amplitude constante du stylet à différents seuils de fréquence.
Très grossièrement résumé, les techniques visaient à désaccentuer à la gravure les fréquences basses et à accentuer les fréquences hautes. Mais ceci s’est effectué dans un joyeux désordre, chaque maison de disque utilisait sa propre courbe d’égalisation : 7 normes d’égalisation différentes pour les 78T et 5 pour les 33T.
En 1956 la Recording Industry Association of America (RIAA) a imposé le standard appliqué par RCA et Victor depuis 1953, à savoir:
Au-dessous de 50 Hz : Gravure à vitesse constante du stylet
De 50 Hz à 500 Hz : Gravure à amplitude constante du stylet
De 500 Hz à 2122 Hz : Gravure à vitesse constante du stylet
Au-dessus de 2122 Hz : Gravure à amplitude constante du stylet
De 50 Hz à 500 Hz : Gravure à amplitude constante du stylet
De 500 Hz à 2122 Hz : Gravure à vitesse constante du stylet
Au-dessus de 2122 Hz : Gravure à amplitude constante du stylet
Ce qui se traduit à la restitution par la nécessité d’appliquer une égalisation inverse.
C’est notre courbe RIAA.
C’est notre courbe RIAA.
En pratique : Le signal sera soumis à un filtre comportant 3 seuils fréquentiels : 50 Hz ou 3180 µS, 500 Hz ou 318 µS et 2122 Hz ou 75 µS.
A l’enregistrement, vu du côté de la restitution, les fréquences en dessous de 500 Hz sont atténuées de 6 dB par octave jusqu’à 50 Hz, au-dessus de 2122 Hz elles sont accentuées de 6 dB par octave jusqu’à 50 kHz. En dessous de 50 Hz et entre 500 et 2122 Hz il n’y a pas d’altération du niveau d’enregistrement.
La courbe de restitution répond à la fonction de transfert suivante (Equation 1) :
A l’enregistrement, vu du côté de la restitution, les fréquences en dessous de 500 Hz sont atténuées de 6 dB par octave jusqu’à 50 Hz, au-dessus de 2122 Hz elles sont accentuées de 6 dB par octave jusqu’à 50 kHz. En dessous de 50 Hz et entre 500 et 2122 Hz il n’y a pas d’altération du niveau d’enregistrement.
La courbe de restitution répond à la fonction de transfert suivante (Equation 1) :
Les constantes étant : T1 = 3180 µS, T2 = 318 µS, et T3 = 75 µS
Ce qui après calcul nous donne l’équation de la courbe de réponse à laquelle doit répondre notre préamplificateur (Equation 2):
Dans laquelle : Ω = 2 π f
Nous reviendrons à cette équation pour la définition des valeurs des composants des filtres.
Le calcul des valeurs d‘atténuation en fonction de la fréquence et des 3 constantes nous donne le tableau et la courbe suivants :
LES CELLULES
Les cellules piézoélectriques présentent une courbe de restitution du signal gravé qui désaccentue les fréquences ascendantes à raison de 6 dB par octave et fournit un niveau de sortie de 0,5 à 2 Volt.
Pour cette raison, il n’est pas nécessaire d’utiliser de circuit d’égalisation, ni de préamplificateur.
Toutefois, comme elle ne tient pas compte des 3 seuils et que de plus, la limite haute ne dépasse pas les 15 kHz, elle ne peut restituer le signal fidèlement.
Ce sont ces cellules qui ont été utilisées entre 1930 et 1950, corrigeant par la même occasion les diverses égalisations avec plus ou moins de bonheur. Les meilleures cellules restituaient une courbe de 20 Hz à 15 kHz dans une limite de 3 dB, au prix d’une pression de lecture de 5 à 10 gr.
Les cellules piézoélectriques présentent une courbe de restitution du signal gravé qui désaccentue les fréquences ascendantes à raison de 6 dB par octave et fournit un niveau de sortie de 0,5 à 2 Volt.
Pour cette raison, il n’est pas nécessaire d’utiliser de circuit d’égalisation, ni de préamplificateur.
Toutefois, comme elle ne tient pas compte des 3 seuils et que de plus, la limite haute ne dépasse pas les 15 kHz, elle ne peut restituer le signal fidèlement.
Ce sont ces cellules qui ont été utilisées entre 1930 et 1950, corrigeant par la même occasion les diverses égalisations avec plus ou moins de bonheur. Les meilleures cellules restituaient une courbe de 20 Hz à 15 kHz dans une limite de 3 dB, au prix d’une pression de lecture de 5 à 10 gr.
Les cellules magnétiques présentent une courbe de restitution linéaire du signal gravé.
Les deux types courants sont la cellule à aimant mobile (MM – Moving Magnet) et la cellule à cadre mobile (MC – Moving Coil).
Leur sensibilité est définie à 1 kHz pour une vitesse de 5 cm/sec, ce qui correspond à un niveau de référence 0 dB du signal gravé.
Les deux types courants sont la cellule à aimant mobile (MM – Moving Magnet) et la cellule à cadre mobile (MC – Moving Coil).
Leur sensibilité est définie à 1 kHz pour une vitesse de 5 cm/sec, ce qui correspond à un niveau de référence 0 dB du signal gravé.
Il s'agit ici de la vitesse du stylet parcourant la modulation d'amplitude du signal gravé.
La vitesse maximale de lecture est limitée par l'inertie et la force d'appui du stylet. Pour répondre à cette contrainte mécanique, les maisons d'édition limitent la vitesse maximale de lecture à 20 cm/sec soit un niveau d'enregistrement maximal de +12 dB (4x).
Supposons une cellule spécifiée à 4 mV - 1 kHz - 5 cm/sec - elle restituera un signal de 4 mVeff à 1 kHz avec un maximum de 16 mVeff.
Les cellules MM fournissent un signal compris entre 2 et 10 mV à 1 kHz & 0 dB sous une impédance interne de l’ordre de 1000 Ω et les cellules MC un signal compris entre 200 µV et 1 mV à 1 kHz & 0 dB sous une impédance interne de 5 à 100 Ω, soit un signal 10 fois plus faible que la cellule MM.
Les cellules MM ont une fréquence de coupure qui peut atteindre 25 kHz à – 3 dB, les cellules MC présentent une gamme de fréquence qui s’étend de 5 Hz à 50 kHz à –3 dB (+/-1 dB de 20 Hz à 20 kHz), la pression de lecture pour ces deux types de cellules ne dépassant jamais 2 grammes.
La vitesse maximale de lecture est limitée par l'inertie et la force d'appui du stylet. Pour répondre à cette contrainte mécanique, les maisons d'édition limitent la vitesse maximale de lecture à 20 cm/sec soit un niveau d'enregistrement maximal de +12 dB (4x).
Supposons une cellule spécifiée à 4 mV - 1 kHz - 5 cm/sec - elle restituera un signal de 4 mVeff à 1 kHz avec un maximum de 16 mVeff.
Les cellules MM fournissent un signal compris entre 2 et 10 mV à 1 kHz & 0 dB sous une impédance interne de l’ordre de 1000 Ω et les cellules MC un signal compris entre 200 µV et 1 mV à 1 kHz & 0 dB sous une impédance interne de 5 à 100 Ω, soit un signal 10 fois plus faible que la cellule MM.
Les cellules MM ont une fréquence de coupure qui peut atteindre 25 kHz à – 3 dB, les cellules MC présentent une gamme de fréquence qui s’étend de 5 Hz à 50 kHz à –3 dB (+/-1 dB de 20 Hz à 20 kHz), la pression de lecture pour ces deux types de cellules ne dépassant jamais 2 grammes.
Les cellules MC équipent le matériel professionnel et haut de gamme. Elles affichent une grande variété d’impédances et de tensions de sortie, dépendant directement du petit nombre de spires (10 à 25 tours !) de la bobine mobile. Nous verrons comment adapter le préamplificateur aux différentes cellules.
Il faut noter que suite au regain d’intérêt pour le support vinyle et aux améliorations apportées à la conception et à la fabrication des cellules MM, les spécifications de ces dernières talonnent de près celles des cellules MC mais pour un prix très inférieur !
Comme la restitution du signal gravé est linéaire, il y a lieu de corriger la réponse en fréquence selon la courbe RIAA.
LE PREAMPLIFICATEUR
Les bruits de fond et ronflements propres du préampli doivent être inférieurs de 60 dB au signal le plus faible, ce qui veut dire que le bruit reporté en entrée sera inférieur au microvolt. En pratique, vu la désaccentuation de 6 dB par octave à partir de 50 Hz, le résiduel de souffle ne pose que peu de problème. Par contre, les bruits de ronflements et les variations de la tension d’alimentation doivent être particulièrement maîtrisées.
Pour satisfaire à ces conditions, nous nous imposerons une alimentation exempte de ronflement, un blindage correct, absence de boucles de masse, un transformateur d‘alimentation à faible rayonnement, aucun signal à 50 ou 100 Hz circulant à proximité des circuits.
LE PREAMPLIFICATEUR
Les bruits de fond et ronflements propres du préampli doivent être inférieurs de 60 dB au signal le plus faible, ce qui veut dire que le bruit reporté en entrée sera inférieur au microvolt. En pratique, vu la désaccentuation de 6 dB par octave à partir de 50 Hz, le résiduel de souffle ne pose que peu de problème. Par contre, les bruits de ronflements et les variations de la tension d’alimentation doivent être particulièrement maîtrisées.
Pour satisfaire à ces conditions, nous nous imposerons une alimentation exempte de ronflement, un blindage correct, absence de boucles de masse, un transformateur d‘alimentation à faible rayonnement, aucun signal à 50 ou 100 Hz circulant à proximité des circuits.
Circuit Préamplificateur
Schéma Préamplificateur
Dans tout système amplificateur à étages multiples, le facteur de bruit total ‘’Ftot’’ est défini par la formule de H.T. Friis (1944 - Bell Telephone Laboratories) :
De cette formule ressort que c’est principalement le facteur de bruit ‘’F1’’ de l’étage d’entrée qui conditionne le rapport signal / bruit de l’ensemble. En effet, le facteur de bruit du deuxième étage est divisé par le gain ‘’G1’’ de l’étage précédent et ainsi de suite. Le souffle résiduel est donc dépendant de la EF86 de par son souffle thermique inhérent ‘’F1’’ et du gain ‘’G1’’ qu’elle apporte.
Dans le cas du préamplificateur RIAA, l’amplitude du souffle résiduel est maximale à 20 Hz car le gain à cette fréquence est de l’ordre de 70 dB. C’est pourquoi la stabilité du système est directement tributaire de la qualité et de l’environnement des tubes d’entrée, de la stabilité des polarisations et non le moindre de la stabilité et la qualité de la platine de lecture. Nous y reviendrons plus loin. A 20 kHz par contre, ce gain tombe à 30 dB et ne présente que peu de risque de perturbation.
L’attaque du tube est soit directe pour les cellules MM ou via un transformateur élévateur pour les cellules MC. Ce transformateur de marque Lundahl est le modèle LL1678.
Dans le cas du transformateur élévateur pour cellule MC, l’impédance rapportée au primaire peut être fixée à une valeur comprise entre 10 et 180 Ω.
Pour notre réalisation l’impédance d‘entrée a été fixée à 10 Ω.
Notre cellule MC est une Ortofon MC20 MK-II de 5 Ω d’impédance de sortie pour 125µV/5CM/Sec-1 à 1 kHz. C’est en fait la configuration la plus difficile sous le rapport de l’adaptation de l’impédance et de l’immunité au bruit. En effet, à 20 Hz, il suffit d’un signal de 10 µVac en entrée pour obtenir 1 Vac en sortie (Gain = 100 dB !).
La figure 7 donne plusieurs configurations possibles en fonction de la cellule choisie.
Dans le cas du transformateur élévateur pour cellule MC, l’impédance rapportée au primaire peut être fixée à une valeur comprise entre 10 et 180 Ω.
Pour notre réalisation l’impédance d‘entrée a été fixée à 10 Ω.
Notre cellule MC est une Ortofon MC20 MK-II de 5 Ω d’impédance de sortie pour 125µV/5CM/Sec-1 à 1 kHz. C’est en fait la configuration la plus difficile sous le rapport de l’adaptation de l’impédance et de l’immunité au bruit. En effet, à 20 Hz, il suffit d’un signal de 10 µVac en entrée pour obtenir 1 Vac en sortie (Gain = 100 dB !).
La figure 7 donne plusieurs configurations possibles en fonction de la cellule choisie.
La EF86
Nous avons effectué de nombreux essais pour définir qui de la ECC88 ou la EF86 (short data) donnait les meilleurs résultats. Notre choix s’est finalement porté sur la pentode à cause de son exceptionnelle linéarité pour un courant d’anode de 400 µA.
Le circuit d’entrée de la EF86 est à haute impédance (R3=1 MΩ). Une résistance de charge (R1) placée à l’entrée du signal fixe l’impédance.
Le circuit d’entrée de la EF86 est à haute impédance (R3=1 MΩ). Une résistance de charge (R1) placée à l’entrée du signal fixe l’impédance.
Pour les cellules MM, une capacité d’entrée dont la valeur (200 à 400 pF) est spécifiée par le fabricant de la platine et peut être placée en entrée. Toutefois dans la plupart des cas, la seule capacité du coaxial de liaison réalise cette valeur.
Un pont diviseur R60-R61-R62 fournit la polarisation de tous les tubes.
Le signal est routé sur la grille de la pentode. Cette dernière est polarisée à +30 Vdc.
Le rapport entre la résistance d’anode et de cathode (R9) est de 4,7 ce qui limite le gain en continu et stabilise le point de fonctionnement des deux tubes V1 et V3.
En considérant le point de fonctionnement de la EF86 sur l’abaque Ia/Va pour un courant de 400 µA, nous constatons que ce courant ne varie pas pour une tension d’anode de 50 à 500 Vdc. Nous pouvons dès lors assimiler notre EF86 à une source à courant constant.
Dans le circuit d’anode se trouve le réseau qui donnera les deux premiers seuils d’inflexion à 50 Hz et 500 Hz.
Un pont diviseur R60-R61-R62 fournit la polarisation de tous les tubes.
Le signal est routé sur la grille de la pentode. Cette dernière est polarisée à +30 Vdc.
Le rapport entre la résistance d’anode et de cathode (R9) est de 4,7 ce qui limite le gain en continu et stabilise le point de fonctionnement des deux tubes V1 et V3.
En considérant le point de fonctionnement de la EF86 sur l’abaque Ia/Va pour un courant de 400 µA, nous constatons que ce courant ne varie pas pour une tension d’anode de 50 à 500 Vdc. Nous pouvons dès lors assimiler notre EF86 à une source à courant constant.
Dans le circuit d’anode se trouve le réseau qui donnera les deux premiers seuils d’inflexion à 50 Hz et 500 Hz.
La restitution RIAA
Schéma Bloc
Le gain de cet étage est donné par : A = Gm (Z1+R2)
Z1 est l’impédance du circuit parallèle R1//C1 , donc Z1 = R1xZc1/(R1+Zc1)
Dans laquelle l’impédance de ZC1 = 1/jΩC
Après calcul, nous obtenons la formule du gain relatif en dB:
L’inflexion de la courbe à 50 Hz est générée par le circuit R1C1.
Pour ce pôle à 50 Hz, (T1=3180 µS), nous fixons arbitrairement C1 = 10 nF (C7 dans le circuit) une valeur standard à 1 %. La valeur de R1 vaudra (3180 x 10-6) / (10 x 10-9) = 318 kΩ. Cette valeur est réalisée par la mise en série de deux résistances R9 & R11 de 165 kΩ et 154 kΩ.
Pour ce pôle à 50 Hz, (T1=3180 µS), nous fixons arbitrairement C1 = 10 nF (C7 dans le circuit) une valeur standard à 1 %. La valeur de R1 vaudra (3180 x 10-6) / (10 x 10-9) = 318 kΩ. Cette valeur est réalisée par la mise en série de deux résistances R9 & R11 de 165 kΩ et 154 kΩ.
Nous ne laissons pas notre courbe descendre de 6 dB par octave indéfiniment, car à 500 Hz nous avons un deuxième pôle à 318 µS qui stabilise l’amplitude sans limite de fréquence.
Comme T1 = 10 x T2 nous avons:
d’ou nous tirons : R1 = 9 x R2
Le calcul de R2 nous donne R2 = 35,33 kΩ (R13=35,7 kΩ dans le circuit).
Le troisième point d’inflexion à 2122 Hz qui fera replonger notre courbe de 6 dB par octave indéfiniment est généré par le circuit suivant. La triode V3 montée en cathode suiveuse peut être assimilée à une source de tension.
Le calcul de l’atténuation nous est donné par la formule :
De la comparaison avec l’équation 2, nous déduisons encore que T3 = R3.C2
Nous fixons arbitrairement C2 (C11 dans le circuit) = 4,7 nF et nous calculons pour T3 = 75 µS: une valeur de R3 = 15957 Ω
Le calcul de l’atténuation nous est donné par la formule :
De la comparaison avec l’équation 2, nous déduisons encore que T3 = R3.C2
Nous fixons arbitrairement C2 (C11 dans le circuit) = 4,7 nF et nous calculons pour T3 = 75 µS: une valeur de R3 = 15957 Ω
Cette valeur n’existant pas, nous choisissons une valeur de R3 (R19 dans le circuit) = 16,2 kΩ à 1%, à laquelle vient s’ajouter en parallèle la résistance de polarisation R21 de 1,1 MΩ
Le circuit R19, C11, R21 réalise le pôle à 2122 Hz.
Le signal ainsi filtré est amplifié par la triode V4 d’un facteur de 25 dB pour être appliqué via le condensateur C17 ce 220 nF sur le potentiomètre de volume P1.
Le tube V5, une ECC82 / 12AU7 « long plate », restitue le signal en sortie sous une faible impédance.
Le signal ainsi filtré est amplifié par la triode V4 d’un facteur de 25 dB pour être appliqué via le condensateur C17 ce 220 nF sur le potentiomètre de volume P1.
Le tube V5, une ECC82 / 12AU7 « long plate », restitue le signal en sortie sous une faible impédance.
Les condensateurs de liaison
Un piège dans ce type de réalisation est de surdimensionner les condensateurs de liaison et de contre-réaction aux cathodes. Les valeurs de C9, C15, C17, C19 et C21 ont été choisies de manière à conserver une chute inférieure à 0,5 dB à 16 Hz par rapport à 1 kHz.
Il est évident qu’en augmentant ces valeurs, nous réduisons cette atténuation jusqu’à l’annuler et dans ce cas, la bande passante sera de l’ordre de 2 Hz au minimum.
Toutefois nous ne ferons qu’augmenter l’instabilité et le bruit résiduel à très basse fréquence, sans compter les effets désastreux du roulement de la platine et des risques de « Larsen » à basse fréquence. C’est donc intentionnellement que ces valeurs ont été choisies au minimum tout en conservant une fourchette acceptable de 0,4 dB entre 1 kHz et 20 Hz.
Libre à vous de tenter l’expérience …
ALIMENTATION
Schéma alimentation
Comme déjà dit, le succès de cette réalisation (comme de toute réalisation) est directement conditionné par la qualité de son alimentation.
Le transformateur d’alimentation est fabriqué sur spécifications par ACEA. Il porte la référence TA7095.
Une première tension redressée de 20 Vdc est appliquée à un régulateur 12 V. La diode D3 ajoute un offset de 0,6 V, ce qui nous donne les +12,6 Vdc de chauffage des tubes. La mesure du ronflement de cette alimentation est inférieure à 100 µVac, de plus, l’alimentation des filaments est portée à un potentiel de +70 Vdc (R12 - R13) afin d’éviter toute influence thermoïonique des filaments vers la cathode des deux tubes d’entrée.
Un circuit de temporisation retarde de 15 secondes la mise en service de la HT afin de permettre aux filaments de chauffer. Le condensateur C1 se charge lentement et quand la tension atteint +6 Vdc, la sortie de IC1 bascule et commute le relais K1.
Le relais met en circuit la deuxième tension redressée de +430 Vdc qui est appliquée à une self de filtrage de 5 H avant le circuit de stabilisation.
Le transistor Q1 est configuré en générateur de courant de 1 mA. Ce courant développe aux bornes de R9, R10 et P1 (ou R14) une tension de +364 Vdc qui charge lentement le condensateur C11. Au total, il faut environ 40 secondes pour que le préampli soit opérationnel.
Le niveau de bruit et de ronflement du +360 Vdc est inférieur à 20 µVac, et non mesurable aux bornes de C64 qui alimente les tubes d’entrée.
La self L1 peut être remplacée par une résistance de 1 kΩ sans dégradation de niveau de bruit: Schéma (modification août 2015).
MISE EN OEUVRE
Mise en garde: Un préamplificateur RIAA de par son amplification maximale à 50 Hz est très sensible aux rayonnements électro-magnétiques. Pour cette raison les tubes sont placés directement sur le circuit imprimé à l’intérieur d’un boitier en tôle de fer. Ceci élimine les influences électro-magnétiques extérieures.
Le placement du préamplificateur dans un boitier en bois ou avec les tubes déportés et apparents engendre un risque de captage de perturbations extérieures qui se traduit généralement par la présence de ronflettes.
Attention: la face avant Schaeffer (modification août 2015) fixe la position latérale de la carte de base !
Utiliser à cet effet une équerre de dessin pour positionner la carte sur les profilés aluminium et marquer les trous de fixation avec précision.
Il est indispensable de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées.
Les photo B, photo C, photo D et la figure 10 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Les photo B, photo C, photo D et la figure 10 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Le boîtier de 300 x 280 x 65 mm est disponible chez Radiospares sous le N° de stock : 754-5967, en cas de difficulté d’approvisionnement, n’hésitez pas nous contacter: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Une tôle de fer doux de 1 mm supporte le transformateur. Bien que le transformateur soit à faible rayonnement, nous avons prévu un écran supplémentaire en tôle de 1mm de fer doux. Le thermique est fixé sur cet écran.
Le tout est fixé d’équerre sur trois profilés « U » en aluminium de 10 x 10 x 1mm.
Le nouveau boîtier RS diffère de l'ancien en ce que les cornières internes "descendent" plus bas que dans le modèle initial, ce qui nécessite d'usiner les profilés "U" (figure 11).
Tous ces matériaux sont disponibles dans les rayons de bricolage.
Afin d’éviter les déconvenues, nous nous abstenons de donner certaines cotes de perçage. Il est plus sûr d’effectuer le marquage des trous ‘’in situ’’, lorsque tous les éléments sont disponibles et en utilisant les cartes nues.
La mise en place des cartes est délicate. En effet, elles sont solidaires de la face arrière par les connecteurs RCA et par les deux régulateurs ballast, et de la face avant par le potentiomètre de volume. L’idéal est de réaliser cette opération avec les cartes nues équipées des seuls connecteurs RCA pour la carte de base et des régulateurs ballasts pour l’alimentation. Il faut veiller à ce qu’en aucun endroit, le cuivre des cartes ne soit en contact électrique avec une quelconque pièce du châssis.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur les 4 circuits imprimés.
Une tôle de fer doux de 1 mm supporte le transformateur. Bien que le transformateur soit à faible rayonnement, nous avons prévu un écran supplémentaire en tôle de 1mm de fer doux. Le thermique est fixé sur cet écran.
Le tout est fixé d’équerre sur trois profilés « U » en aluminium de 10 x 10 x 1mm.
Le nouveau boîtier RS diffère de l'ancien en ce que les cornières internes "descendent" plus bas que dans le modèle initial, ce qui nécessite d'usiner les profilés "U" (figure 11).
Tous ces matériaux sont disponibles dans les rayons de bricolage.
Afin d’éviter les déconvenues, nous nous abstenons de donner certaines cotes de perçage. Il est plus sûr d’effectuer le marquage des trous ‘’in situ’’, lorsque tous les éléments sont disponibles et en utilisant les cartes nues.
La mise en place des cartes est délicate. En effet, elles sont solidaires de la face arrière par les connecteurs RCA et par les deux régulateurs ballast, et de la face avant par le potentiomètre de volume. L’idéal est de réaliser cette opération avec les cartes nues équipées des seuls connecteurs RCA pour la carte de base et des régulateurs ballasts pour l’alimentation. Il faut veiller à ce qu’en aucun endroit, le cuivre des cartes ne soit en contact électrique avec une quelconque pièce du châssis.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur les 4 circuits imprimés.
Les circuits imprimés
Cette réalisation comprend 4 circuits imprimés : La carte d’alimentation, la carte de base sur laquelle s’enfiche la carte des tubes et la carte de contrôle de volume.
La carte d’alimentation
Typon à l’échelle 1
Typon à l’échelle 1
Le circuit imprimé de 99 x 114 mm regroupe tous les composants de la régulation des 12,6 et 360 Vdc et le circuit de temporisation (photo E – figure 13) .
Fixation de la carte au châssis et au panneau arrière :
Il y a lieu de marquer avec précision son emplacement sur les profilés et sur la face arrière.
La carte alimentation tout comme la carte préampli est placée à 2 mm du panneau arrière, à cause du dépassement des socles RCA.
Après pointage des trous de fixation des transistors, les trous sont percés avec grande précision dans la face arrière et le dissipateur. La peinture sera éliminée localement avec de l’acétone. Bien ébavurer afin d’éviter les courts-circuits entre les ballasts et la tôle.
Ultérieurement, les deux ballasts seront isolés par un intercalaire et un canon isolant et fixés par une vis M3. Il est préférable d’utiliser une entretoise M3 F-F de 5 mm comme écrou.
Après s’être assuré que les fixations de la carte ne posent plus de problème, nous pouvons procéder au montage des composants.
Points particuliers
La résistance R7 (220 kΩ / 2 W) est montée à +/- 10 mm de la surface. La carte peut être équipée d’un trimpot de 100 kΩ pour ajuster la haute tension. Mais une résistance (R14) MF à 1% de 0,66 W sera plus fiable. Dans le proto, nous avons utilisé une 56 kΩ.
Il y a lieu de marquer avec précision son emplacement sur les profilés et sur la face arrière.
La carte alimentation tout comme la carte préampli est placée à 2 mm du panneau arrière, à cause du dépassement des socles RCA.
Après pointage des trous de fixation des transistors, les trous sont percés avec grande précision dans la face arrière et le dissipateur. La peinture sera éliminée localement avec de l’acétone. Bien ébavurer afin d’éviter les courts-circuits entre les ballasts et la tôle.
Ultérieurement, les deux ballasts seront isolés par un intercalaire et un canon isolant et fixés par une vis M3. Il est préférable d’utiliser une entretoise M3 F-F de 5 mm comme écrou.
Après s’être assuré que les fixations de la carte ne posent plus de problème, nous pouvons procéder au montage des composants.
Points particuliers
La résistance R7 (220 kΩ / 2 W) est montée à +/- 10 mm de la surface. La carte peut être équipée d’un trimpot de 100 kΩ pour ajuster la haute tension. Mais une résistance (R14) MF à 1% de 0,66 W sera plus fiable. Dans le proto, nous avons utilisé une 56 kΩ.
La self L1 sera placée sur le troisième profilé alu.
Toutes les connexions se font par cosses et picots de 1,3 mm, la carte est ainsi libre de fils.
Tous les fils de liaison sont torsadés ‘’serré’’ afin de réduire au maximum leur rayonnement.
Il vaut mieux tester la carte en « circuit volant » mais sans charges et de préférence à l’aide d’un auto-transformateur variable.
Toutes les connexions se font par cosses et picots de 1,3 mm, la carte est ainsi libre de fils.
Tous les fils de liaison sont torsadés ‘’serré’’ afin de réduire au maximum leur rayonnement.
Il vaut mieux tester la carte en « circuit volant » mais sans charges et de préférence à l’aide d’un auto-transformateur variable.
La carte préampli et tubes
Typon à l’échelle 1
Typon à l’échelle 1
Les cartes préampli et tubes sont placées sur le même typon.
La carte préampli mesure 150 x 136 mm (photo F , figure 14) . Elle embarque la carte des tubes et la carte de volume.
La carte préampli mesure 150 x 136 mm (photo F , figure 14) . Elle embarque la carte des tubes et la carte de volume.
Cette carte comprend tous les éléments et ne nécessite que l’alimentation des tubes et la HT, soit seulement 4 fils de liaison.
Placer l’ensemble sur les profilés de façon à ce que le bord de la carte soit à 2 mm de la face arrière et marquer avec précision l’emplacement des 4 trous de fixation dans les profilés et l’alignement des connecteurs RCA sur le panneau arrière et du potentiomètre sur la face avant.
Les condensateurs C15 & C16 sont soudés sous la carte côté cuivre.
La résistance R0 située entre les deux transformateurs permet de découpler la platine du préampli en mode MC. Pour une cellule MM, faut placer un pontage.
Placer l’ensemble sur les profilés de façon à ce que le bord de la carte soit à 2 mm de la face arrière et marquer avec précision l’emplacement des 4 trous de fixation dans les profilés et l’alignement des connecteurs RCA sur le panneau arrière et du potentiomètre sur la face avant.
Les condensateurs C15 & C16 sont soudés sous la carte côté cuivre.
La résistance R0 située entre les deux transformateurs permet de découpler la platine du préampli en mode MC. Pour une cellule MM, faut placer un pontage.
Configuration MM ou MC
La plupart des platines sont équipées de cellules MM à aimant mobile, dans ce cas le circuit d'entrée est configuré comme montré en figure 16. Pour les cellules MC à cadre mobile les pontages de configuration du transformateur repris à la figure 17 sont placés sous la carte. Il faut veiller à ce que ces pontages ne traversent pas la carte complètement au risque de faire court-circuit avec le fond du transformateur.
La carte volume
Typon à l’échelle 1
La carte de volume accepte la plupart des potentiomètres y compris les ALPS.
La carte de volume est fixée à la carte préampli par les 8 fils de liaison. Les 8 trous de passage de la carte de volume ne sont pas soudés afin que cette carte soit bien fixée contre la carte mère.
La carte de volume est fixée à la carte préampli par les 8 fils de liaison. Les 8 trous de passage de la carte de volume ne sont pas soudés afin que cette carte soit bien fixée contre la carte mère.
La carte des tubes mesure 150 x 40 mm. (photo G) Il faut souder les pontages en premier lieu tous du côté composants excepté le pontage HT constitué d’un fil bien isolé qui est soudé côté cuivre. R15, R16 et le picot « HT » sont également soudés côté cuivre. Les supports noval des EF86 sont plaqués or afin d’éliminer tout bruit de contact.
La carte des tubes est enfichée sur la carte mère et soudée.
Il est préférable de tester la carte après installation dans le châssis.
La carte des tubes est enfichée sur la carte mère et soudée.
Il est préférable de tester la carte après installation dans le châssis.
Les masses
C’est un point fondamental dans cette réalisation. Tous les circuits sont isolés électriquement du châssis et reliés en un seul point près de l’entrée (photo B). La peinture des deux capots aux trous de fixation arrière gauche est enlevée à l’aide d’un foret. Une vis à tête conique assure le contact électrique.
Les cotés droit et gauche du châssis et l’écran en fer sont aussi reliés électriquement au point de masse, en effet la peinture étant excellente, il n’y a pas de contact via les vis du châssis intermédiaire. Les deux écrans du transformateur sont reliés au même point de masse.
Il est recommandé de raccorder le châssis de la platine de lecture au châssis du préampli par un fil souple de section 2,5 mm2 et par un soulier ‘’œillet’’ via la vis de masse. Ceci indépendamment du/des blindage(s) des fils de la cellule qui eux arrivent sur les socles RCA. C’est indispensable pour la version MC.
Il faudra probablement éloigner le préampli de toute source d’induction parasite. Certains transformateurs sont de véritables arrosoirs inductifs (Ex: transfos basse tension pour lampes halogènes, pompes d’aquarium, chargeurs GSM, etc…)
Mise sous tension
Une première mise sous tension est effectuée sans les tubes, de préférence avec un autotransformateur réglable (Variac). Vérifier la présence des 12,6 Vdc des filaments (les filaments flottent à +70 Vdc par rapport à la masse), 360 Vdc de HT, 30 Vdc et 185 Vdc de polarisations aux jonctions R60-R61-R62. Il faut +/- 20 secondes pour atteindre les 360 Vdc après enclenchement du relais K1. Débrancher et laisser les condensateurs se décharger, placer les tubes.
Remettre sous tension en surveillant la tension d’anode des EF86 (sur R17/R18) et la tension de cathode de V4 et V5. La tension d’anode des EF86 doit se stabiliser à +220 Vdc, celle des cathodes de V4 à +34 Vdc et de V5 à +190 Vdc.
C’est un point fondamental dans cette réalisation. Tous les circuits sont isolés électriquement du châssis et reliés en un seul point près de l’entrée (photo B). La peinture des deux capots aux trous de fixation arrière gauche est enlevée à l’aide d’un foret. Une vis à tête conique assure le contact électrique.
Les cotés droit et gauche du châssis et l’écran en fer sont aussi reliés électriquement au point de masse, en effet la peinture étant excellente, il n’y a pas de contact via les vis du châssis intermédiaire. Les deux écrans du transformateur sont reliés au même point de masse.
Il est recommandé de raccorder le châssis de la platine de lecture au châssis du préampli par un fil souple de section 2,5 mm2 et par un soulier ‘’œillet’’ via la vis de masse. Ceci indépendamment du/des blindage(s) des fils de la cellule qui eux arrivent sur les socles RCA. C’est indispensable pour la version MC.
Il faudra probablement éloigner le préampli de toute source d’induction parasite. Certains transformateurs sont de véritables arrosoirs inductifs (Ex: transfos basse tension pour lampes halogènes, pompes d’aquarium, chargeurs GSM, etc…)
Mise sous tension
Une première mise sous tension est effectuée sans les tubes, de préférence avec un autotransformateur réglable (Variac). Vérifier la présence des 12,6 Vdc des filaments (les filaments flottent à +70 Vdc par rapport à la masse), 360 Vdc de HT, 30 Vdc et 185 Vdc de polarisations aux jonctions R60-R61-R62. Il faut +/- 20 secondes pour atteindre les 360 Vdc après enclenchement du relais K1. Débrancher et laisser les condensateurs se décharger, placer les tubes.
Remettre sous tension en surveillant la tension d’anode des EF86 (sur R17/R18) et la tension de cathode de V4 et V5. La tension d’anode des EF86 doit se stabiliser à +220 Vdc, celle des cathodes de V4 à +34 Vdc et de V5 à +190 Vdc.
LES MESURES
La mesure de la conformité à la norme RIAA est complexe. En effet, l’amplitude est dépendante de la fréquence. (Ex: entre 8 kHz et 10 kHz il y a 1,8 dB d’écart !)
Il est préférable d’utiliser une interface ‘’anti-RIAA’’ . La conformité ‘’Anti-RIAA’’ de ce circuit est exceptionnelle (figure 24).
Encore faut-il que le générateur ou le millivoltmètre de contrôle soit parfaitement linéaire jusqu’à quelques Hertz.
Autre écueil, la résistance interne du transfo MC en configuration 1/32 vaut 1,1 Ω pour une Zi de 10 Ω. Ce qui nous impose de le piloter sous une impédance de sortie de 1 Ω et une atténuation de 60 dB.
La mesure de la conformité à la norme RIAA est complexe. En effet, l’amplitude est dépendante de la fréquence. (Ex: entre 8 kHz et 10 kHz il y a 1,8 dB d’écart !)
Il est préférable d’utiliser une interface ‘’anti-RIAA’’ . La conformité ‘’Anti-RIAA’’ de ce circuit est exceptionnelle (figure 24).
Encore faut-il que le générateur ou le millivoltmètre de contrôle soit parfaitement linéaire jusqu’à quelques Hertz.
Autre écueil, la résistance interne du transfo MC en configuration 1/32 vaut 1,1 Ω pour une Zi de 10 Ω. Ce qui nous impose de le piloter sous une impédance de sortie de 1 Ω et une atténuation de 60 dB.
La réponse aux signaux carrés et la mesure du temps de montée sont réalisés en entrée directe à l’aide du module « anti-RIAA ». Les signaux carrés restent acceptables compte tenu des différents filtres : « anti-RIAA » suivi de la compensation RIAA (figure 19). Le temps de montée est de 4 µsec, ce qui signifie une bande passante normalisée de 87 kHz à – 3 dB.
La figure 20 reprend le diagramme fréquentiel du bruit et de la distorsion. Dans la mesure du bruit, à –40 dbV de référence, on relève une absence totale de ronflement à 50 Hz et à 100 Hz. Par contre on constate entre 0 et 50 Hz un niveau de bruit plus élevé du à la pré-accentuation des fréquences basses, mais qui reste confiné sous les 70 dBV.
Les trois autres diagrammes présentent la répartition spectrale des harmoniques pour des fondamentales à 100 Hz, 1 kHz et 10 kHz pour 1 Vac en sortie.
La figure 20 reprend le diagramme fréquentiel du bruit et de la distorsion. Dans la mesure du bruit, à –40 dbV de référence, on relève une absence totale de ronflement à 50 Hz et à 100 Hz. Par contre on constate entre 0 et 50 Hz un niveau de bruit plus élevé du à la pré-accentuation des fréquences basses, mais qui reste confiné sous les 70 dBV.
Les trois autres diagrammes présentent la répartition spectrale des harmoniques pour des fondamentales à 100 Hz, 1 kHz et 10 kHz pour 1 Vac en sortie.
La courbe de réponse
Ne nous laissons pas duper: nous ne montrerons pas ici la courbe de réponse RIAA telle que présentée la plupart du temps, car avec son amplitude de 40 dB sur l’axe Y, toutes les courbes de tous les préamplis RIAA sont identiques.
Le graphe en figure 21 montre l’écart en pas de 0,1 dB par rapport à la dite norme.
L‘atténuation à 20 Hz est de 0,4 dB par rapport à la référence 1 kHz. Revenons à ce qui a été écrit plus haut au sujet des condensateurs de liaison. Ceux-ci ont été calculés intentionnellement pour obtenir une chute de 0,5 dB à 16 Hz afin de réduire au maximum les problèmes de stabilité en tension du préampli et de stabilité des platines de lecture. Il évidemment est possible d’obtenir une parfaite linéarité jusqu’à 16 Hz, mais dans ce cas, la courbe de réponse normalisée descend jusqu’à 2 Hz, avec tous les inconvénients cités plus haut. La référence à 1 kHz étant relative, puisqu’elle dépend du volume, nous spécifierons la réponse à +/- 0,2 dB pour l’entrée directe.
Le passage par les transformateurs d’entrée affecte la conformité d’un facteur de 0,1 dB L’écart reste bien en dessous de la linéarité propre des meilleures cellules MM ou MC.
Ne nous laissons pas duper: nous ne montrerons pas ici la courbe de réponse RIAA telle que présentée la plupart du temps, car avec son amplitude de 40 dB sur l’axe Y, toutes les courbes de tous les préamplis RIAA sont identiques.
Le graphe en figure 21 montre l’écart en pas de 0,1 dB par rapport à la dite norme.
L‘atténuation à 20 Hz est de 0,4 dB par rapport à la référence 1 kHz. Revenons à ce qui a été écrit plus haut au sujet des condensateurs de liaison. Ceux-ci ont été calculés intentionnellement pour obtenir une chute de 0,5 dB à 16 Hz afin de réduire au maximum les problèmes de stabilité en tension du préampli et de stabilité des platines de lecture. Il évidemment est possible d’obtenir une parfaite linéarité jusqu’à 16 Hz, mais dans ce cas, la courbe de réponse normalisée descend jusqu’à 2 Hz, avec tous les inconvénients cités plus haut. La référence à 1 kHz étant relative, puisqu’elle dépend du volume, nous spécifierons la réponse à +/- 0,2 dB pour l’entrée directe.
Le passage par les transformateurs d’entrée affecte la conformité d’un facteur de 0,1 dB L’écart reste bien en dessous de la linéarité propre des meilleures cellules MM ou MC.
Caractéristiques techniques de notre réalisation.
Nomenclature des composants
Test à l’écoute
La restitution du message gravé est simplement parfaite. Le souffle et le ronflement sont inexistants même à l’écoute au casque. Ce préamplificateur RIAA vous permettra de redécouvrir votre collection de vinyles ou également de l’enregistrer avec la meilleure qualité sur CD. La platine de lecture doit évidemment être à la hauteur de la tâche. Beaucoup d’excellentes platines sont proposées sur le marché de la seconde main. Nous disposons de quelques disques vinyle et CD proposant le même enregistrement.
A condition que le vinyle soit en bon état, la supériorité de sa restitution est sans appel.
A condition que le vinyle soit en bon état, la supériorité de sa restitution est sans appel.
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Envoyez un courriel à l'adresse: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des Tubes
ECC81
12AT7 Electro Harmonix
12AT7 Electronska Industrija
12AT7 Mullard
12AT7 Philips
6201 Valvo
CV4024 Mullard
E81CC Amperex
E81CC Siemens
E81CC Siemens
E81CC Siemens
ECC81 Brimar
ECC81 JJ Electronic
ECC81 Mullard
ECC81 Philips
ECC81 RFT
ECC81 Siemens
ECC81 Telefunken
ECC81 Tungsram
ECC801 Telefunken
ECC82
12AU7 Electro Harmonix
12AU7 Electronska Industrija
CV4003 Brimar
CV4003 Mullard
E82CC Siemens
E82CC Siemens
E82CC Siemens
E82CC Siemens
ECC82 Brimar
ECC82 JJ Electronic
ECC82 Mullard
ECC82 Mullard
ECC82 Mullard
ECC82 Mullard
ECC82 Mullard
ECC82 Telefunken
ECC82 Valvo
ECC802 Telefunken
ECC802 Telefunken
EF86
6267 Mullard
CV2901 Mullard
EF86 Varia
EF86 Chelmer
EF86 Dario
EF86 Dario
EF86 Elpico
EF86 GEC
EF86 GEC
EF86 Harma
EF86 Lorenz
EF86 Lorenz
EF86 MBLE
EF86 Mullard
EF86 Mullard
EF86 Philips
EF86 RFT
EF86 RFT
EF86 Siemens
EF86 Sovtek
EF86 Sovtek
EF86 Svetlana
EF86 Svetlana
EF86 Telefunken
EF86 Zaerix
EF806 Tesla