PREAMPLIFICATEUR RIAA POUR CELLULE MC ET MM
Projet publié dans la revue LED n°187 de janvier 2005 et LED de mars 2005 sous le titre "Un préamplificateur RIAA au-dessus de tout soupçon – Une étude sans compromis"
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Ce projet a été remis à plat et publié dans Electronique Pratique n°311 de décembre 2006 et au projet 19. Vu le nombre de réalisations porté à notre connaissance, nous avons décidé de conserver cette première version.
La seconde mouture (projet 19) bien que présentant des caractéristiques améliorées n’a reçu qu’un accueil mitigé, probablement du au fait que l’utilisation d’un transistor FET en entrée le rendait ‘’hybride’’.
Nous avons décidé de remettre ce projet en chantier. Il est publié dans Electronique Pratique 359 d’avril 2011.
Nous avons apporté les modifications suivantes:
Doublement du gain du circuit d’entrée pour une meilleure sensibilité ou un rapport signal / bruit amélioré.
Limitation de la fréquence de coupure basse à –0,4 dB à 20 Hz afin de réduire les risques de Larsen à basse fréquence et le roulis (rumble) des platines
Ajout d’un potentiomètre de volume.
Ajout d’une temporisation de l’alimentation.
L’étude de la version III est publiée au projet 43.
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Nombre d’audiophiles possèdent encore une précieuse collection de ‘’Long Playing’’.
Le CD et ses autres supports numériques associés, bien qu’ils présentent des avantages certains n’ont pas encore relégué définitivement le disque vinyle au placard de la technologie.
Nous avons voulu pour cette réalisation ne laisser place à aucun compromis.
Un rapide coup d’oeil 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%.
Les autres caractéristiques sont à la hauteur des ambitions de départ.
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 antinomiques : 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.
Mais l’explication de ces diverses techniques est trop longue à aborder dans ces pages, je vous renvoie à l’excellent exposé (13 pages) de Gary A. Galo : ‘’Disc recording Equalization Demystified’’.
Egalement très instructif la publication en français de l’Université de Fribourg : ‘’Caractéristiques matérielles des disques phonographiques’’
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 en abrégé ‘’RIAA’’ a imposé le standard appliqué par RCA et Victor depuis 1953, à savoir pour une amplitude donnée : Figure 1
- Au dessous de 50 Hz : Gravure à vitesse constante du stylet
- De 50 Hz à 500 Hz : Gravure à amplitude constante du stylet
- De 500Hz 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 fameuse 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 6dB 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 deux pages de 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 ce tableau et cette courbe .
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 Volts.
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 grammes .
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.
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).
Si nous avons 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 - 3dB, les cellules MC présentent une gamme de fréquence qui s’étend de 5 Hz à 50 kHz à –3dB (+/-1dB de 20 Hz à 20 kHz), la pression de lecture ne dépassant jamais 2 grammes.
Ces dernières 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 (figure 7-2).
Comme la restitution du signal gravé est linéaire, il y a lieu de corriger la réponse en fréquence selon la courbe RIAA.
LE PREAMPLIFICATEUR
Au vu de ce qui précède, nous venons de définir les spécifications de notre réalisation.
Nous en proposerons 3 versions, qui toutes concernent le circuit d’entrée.
Version MM à entrée asymétrique directe 47 kΩ
Version MM à entrée isolée 47 kΩ
Version MC à entrée isolée 10 à 150 Ω
Les bruit de fond et ronflements propres du préampli doivent être inférieurs de 60 dB au signal le plus faible: à 20 Hz le signal moyen après transformateur est de l’ordre de 2,4 mV (Signal à 20 Hz d’une cellule MM à 1mV/CM/ Sec-1 ).
Les bruits reportés à l’entrée du premier tube seront inférieurs à 2,4 µV ! 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 doivent être particulièrement maîtrisés. Ce bruit est issu principalement du 100 Hz de l’alimentation et de l’environnement à 50 Hz.
Les maîtres mots sont : une alimentation exempte de ronflement, un blindage correct, pas de boucles de retour de masse, un circuit d’entrée isolé, un transformateur d‘alimentation à faible rayonnement, aucun signal à 50 ou 100 Hz circulant à proximité des circuits.
Choix des composants critiques
Les transformateurs d’entrée sont fabriqués par la firme suédoise Lundahl.
L’EF86 réputée pour son faible bruit en BF sera le tube d’entrée.
Les cellules de filtrage sont réalisées avec des composants à 1%.
Le transformateur d’alimentation est à ’’circuit en C’’ (Fabrication ACEA).
Les résistances véhiculant le signal sont à couche métallique.
Les supports Noval des deux tubes d’entrée sont ‘’plaqués or’’
Schéma bloc
La figure 5 nous présente le schéma bloc. Le circuit d’entrée est complètement isolé par un transformateur d’entrée de rapport 1/1 pour la version MM, ou 1/16 et 1/32 pour la version MC.
Pour la version à entrée asymétrique, le signal MM est appliqué directement sur la grille de la EF86. La pentode EF86 fonctionne en source de courant, son anode est directement raccordée à la grille de la ECC81 et n’est donc pas chargée. Ceci réalise idéalement la fonction de transfert des filtres à 3180 µS et 318 µS. Cette triode est montée en cathode suiveuse, donc en source de tension et pilote le dernier filtre à 75 µS. Le circuit de sortie prévoit une dernière amplification et un étage de sortie à basse impédance.
Nous avons préféré séparer complètement les filtres 3180-318 µS et 75 µS afin de pouvoir les traiter individuellement et éviter ainsi les interactions de combinaison des filtres, de plus cette configuration nous donne le meilleur rapport signal/bruit.
Circuit Préamplificateur
Schéma du préamplificateur. 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 ‘’Ca/Cb‘’ dont la valeur (200 à 400 pF) est spécifiée par le fabricant de la platine est placée en entrée sur la carte interface.
L’attaque du tube est soit directe dans le cas d’une entrée asymétrique ou via un transformateur qui isole l’installation d’amplification de la platine de lecture. Cette configuration permet un meilleur rapport signal bruit et supprime les ronflements caractéristiques des retours de masse.
Il faut bien entendu que la platine permette le raccordement des 4 fils de la cellule séparément, généralement par une fiche DIN ou XLR à 5 broches. Les sorties ‘’Cinch’’ sont asymétriques et raccordées à la masse de l’ensemble.
Les transformateurs proposés dans cette réalisation sont fabriqués par Lundahl.
Le transformateur de rapport 1/1 est le modèle LL1540, le transformateur élévateur pour bobine mobile 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 de type 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 15 µVac en entrée pour obtenir les 500 mVac (Gain = 90dB !).
Quelques configurations possibles en fonction des caractéristiques de la cellule choisie.
La restitution RIAA
Le signal est routé sur la grille de la pentode. Cette dernière est polarisée à +35 Vdc.
Le rapport entre la résistance d’anode et de cathode (R9) est de 5, 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 1 mA, nous constatons que ce courant ne varie pas pour une tension d’anode de 100 à 500 V. 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 (figure 5).
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 vaut 1/jωC
Après calcul, nous obtenons la formule du gain relatif en dB: 
La comparaison directe avec notre équation précédente (Equation 2) nous donne :
L’inflexion de la courbe à 50Hz est générée par le circuit R1C1.
Pour ce pôle à 50 Hz, (T1=3180µS), nous fixons arbitrairement C1 = 22 nF (C9 dans le circuit) une valeur standard à 1%. La valeur de R1 vaudra (3180 x 10-6) / (22 x 10-9) = 144545 Ω.
Cette valeur est réalisée par la mise en parallèle de 2 résistances (R13, R15) de 324 kΩ et 261 kΩ à 1%.
Nous ne laissons pas notre courbe descendre de 6dB par octave indéfiniment, car à 500Hz nous avons un deuxième point d’inflexion qui stabilise l’amplitude sans limite de fréquence.
Le calcul de R2 nous donne R2 = 16060 Ω (R11=16 KΩ dans le circuit).
Le troisième point d’inflexion à 2122 Hz qui fera replonger notre courbe de 6dB par octave (indéfiniment) est généré par le circuit suivant. La triode V3 montée en cathode suiveuse peut être assimilée à une source de tension (Voir figure 5).
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 (C13 dans le circuit) = 3,3 nF, nous calculons pour T3 = 75µS: une valeur de R3 = 22727 Ω. Cette valeur n’existant pas, nous choisissons une valeur de R3 (R19 dans le circuit) = 23,2 kΩ à 1%, à laquelle vient s’ajouter en parallèle la résistance de polarisation R21 de 1,2 MΩ. Le circuit R19, C13, R21 réalise le pôle à 2122 Hz.
Le signal ainsi filtré est amplifié par la triode V4. La résistance R29 de 12 kΩ fixe le gain de cet étage à 20dB, il est possible de changer ce gain en choisissant une autre valeur de R29. Le gain minimal (sans R29, C15 et C17) est de 12dB. La triode V5 réalise le circuit de sortie à basse impédance. Le condensateur C19 compense les pertes dans le haut de la bande. Sa valeur est définie aux essais.
Choix des tubes d’entrée : 4 types de EF86 ont été testés : Philips et Siemens (NOS), Svetlana et CVC Chelmer. Après rodage aucune différence notoire n’est constatée.
Le circuit d’alimentation
Schéma de l’alimentation
Comme déjà dit, le succès de cette réalisation est directement conditionné par la qualité de son alimentation.
Le transformateur d’alimentation est fabriqué sur spécifications par ACEA. Il porte la référence 7095/C.
Une première tension redressée de 20 Vdc est appliquée à un régulateur 78T12CT. La diode D91 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 +45 Vdc (R85/R86) afin d’éviter toute influence thermoïonique des filaments vers la cathode des deux tubes d’entrée.
La deuxième tension redressée de +430 Vdc est appliquée à une self de filtrage de 5H avant notre circuit de stabilisation.
Le 430 Vac redressé s‘établit à 425 Vdc en service après filtrage. La tension présente sur les deux diodes D80, D81 impose une tension stable de 10 Vdc aux bornes de R83 (10 kΩ) et fixe le courant de collecteur de Q80 à 1 mA. La tension présente au collecteur de Q80 est fixée par le même courant constant de 1 mA parcouru dans les 356 kΩ (R81+R82+R86) et vaut 356 Vdc. Comme le courant ne fait pas exactement 1mA, R86 est sélectionnée pour obtenir les 360 Vdc en sortie. Le transistor Q80 est un 2N5401 de tension Vce =150 V, la diode D82 (120 V) protège ce transistor des surtensions.
La constante de temps R84-C82 vaut 4,7 Sec. Cette tension filtrée est appliquée à la gate du SIPMOS Q81 BUZ80. La montée en tension est progressive et se stabilise après 1 minute. A noter que la résistance de gate du SIPMOS est quasiment ‘’infinie’’ (Typ : IG=10 nA).
Remarquez la somme de précautions destinée à ‘’entourer’’ le SIPMOS: 3 diodes de protection (D83, D84 & D85) et 4 capacités de stabilisation (C81,C82,C83 & C84). Après ce traitement, le circuit se révèle hyper stable et quasiment indestructible.
Le niveau de bruit et de ronflement du +360 Vdc est inférieur à 10 µVac, et non mesurable aux bornes de C61 qui alimente les tubes d’entrée.
MISE EN OEUVRE
LA MECANIQUE
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées.
Les photo 2 et photo 3 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Un châssis intermédiaire fixé aux oreilles du boîtier supporte tous les éléments.
Le boîtier est le même que celui du préamplificateur SRPP du LED 180 et l’ampli casque du LED 184. Il est disponible chez Radiospares sous le N° de stock : 224-004. Les faces font 65x300 mm, la profondeur 280mm.
Les pieds fournis ne permettent pas une ventilation suffisante pour des appareils à tubes. Nous utilisons dans toutes nos réalisations des bouchons d’arrêt de porte disponibles dans les rayons bricolage. L’appareil est ainsi surélevé de 20mm.
Il y a quatre pièces distinctes de Tufnol de 4mm. Le Tufnol se vend par plaque de 285 x 590 mm chez Radiospares (N° de stock : 374-418). C’est la matière qui convient le mieux pour cette application.
Une plaque d’aluminium de 1,5 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 aluminium de 10x10x1mm.
Tous ces matériaux sont disponibles dans les rayons de bricolage.
L’ensemble est fixé aux oreilles du boîtier par trois vis M3 situées de chaque côté du châssis.
Vous trouverez à la figure 10 l’emplacement des composants sur la face arrière.
La face avant ne reçoit que le switch et voyant de mise en fonction.
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.
Il est d‘ailleurs conseillé de vérifier également les cotes qui sont publiées, en effet les composants fournis peuvent être légèrement différents.
La mise en place des cartes est solidaire de la face arrière par le connecteur RCA et les deux régulateurs ballast. L’idéal est de réaliser cette opération avec les cartes nues équipées du seul connecteur 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 IMPRIMES
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 interface.
La carte d’alimentation
Le circuit imprimé de la carte d’alimentation (photo) de 99 x 112 mm regroupe tous les composants de la régulation des 12,6 et 360 Vdc.
Fixation de la carte au châssis et au panneau arrière
La carte d’alimentation est solidaire du panneau arrière par la fixation du régulateur Q80 et du SIPMOS Q81.
Souder IC90 et Q81 de manière à ce que le sabot des boîtiers soit aligné sur le bord de la carte, et que le trou de fixation se trouve à 20mm de la surface.
Placer provisoirement une épaisseur de 2mm sur le panneau arrière, à l’endroit où se fixeront les transistors. La carte d’alimentation équipée des seuls ballasts est placée sur les deux cornières alu en ‘’U’’ contre l’épaisseur de 2 mm et les 4 trous de fixation (M3) sont marqués et percés avec précision dans les 2 profilés. La position latérale de la carte n’est pas critique, il suffit de la centrer.
Fixer la carte d’alimentation avec 4 entretoises (M3) M-F de 5mm aux deux profilés alu en ‘’U’’. Une cornière alu de 40x20x2mm de 120mm de long fait office de refroidisseur.
Elle est placée entre les transistors et la face arrière. Il y a lieu de marquer avec précision son emplacement sur le bord de la face arrière. Après pointage des trous de fixation des transistors, les trous sont percés avec grande précision dans la cornière et la face arrière. Bien ébavurer afin d’éviter les courts-circuits entre le sabot et la cornière.
Ultérieurement, les deux ballasts seront isolés par un mica de 1/10ème mm ou un intercalaire silicone de bonne qualité - isolation 4kV - fixés par un canon isolant pour TO220 et une vis metallique M3 (photo 6). L’arrière du panneau a été peint en noir pour mieux évacuer la chaleur (photo 4), mais ce n’est pas indispensable.
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 R80 (220 kΩ) est montée à +/- 10mm de la surface (photo 5/2). La résistance R85 (220 kΩ) et la diode D85 sont montées sous la carte (Photo 3).
La carte peut être équipée d’un trimpot de 100 kΩ / 10 tours pour ajuster la haute tension. Mais une résistance (R86) MF à 1% de 0,66W sera plus fiable. Dans le proto, nous avons utilisé une 56 kΩ.
La self de filtrage est fixée par deux vis M4 sur la carte même.
Toutes les connexions se font par cosses et picots de 1,3mm, la carte est ainsi libre de fils.
Tous les fils de liaison sont torsadés ‘’serré’’ afin de réduire au maximum leur rayonnement.
La carte des tubes
Le circuit imprimé (photo 7) de la carte des tubes qui mesure 150 x 40 mm reçoit les 5 tubes. Les supports de V1 et V2 sont ‘’plaqués or’’ (photo 8). C’est une précaution indispensable si on veut éviter les bruits de craquements dus aux micro-variations de contact des broches.
Les pontages situés sous les supports Noval (V1,V2,V3) sont soudés avant placement de ceux-ci.
Le pontage reliant la broche 1 de V3 à la broche 1 de V5 (+360Vdc) est isolé et placé à l’arrière de la carte (photo 4). Le pontage reliant les broches 5 de V1 et V2 est isolé (photo 7). Cette carte sera enfichée sur la carte de base en fin de montage de cette dernière.
La carte de base
La photo 8 présente la carte de base assemblée.
La carte de base mesure 152,5 x 99 mm et est solidaire de la carte interface (152,5 x 56 mm) par le raccordement de 8 fils : 4 masses, 2 entrées et 2 sorties (photo 9).
Le marquage des 6 trous de positionnement (4 dans la base, 2 dans l’interface) dans les deux languettes en Tufnol se fait avant le montage des composants (figure 9).
Après avoir soudé le socle RCA sur la carte interface, solidariser les deux cartes provisoirement par les deux pontages extérieurs. Laisser un espace de +/-1 mm entre les deux cartes.
Centrer l’ensemble sur les languettes et marquer avec précision sur le panneau arrière les deux trous du connecteur RCA. Après perçage de ceux-ci, marquer et percer le trou de fixation de ce connecteur.
Fixer l’ensemble au panneau arrière par ce connecteur, marquer et percer les 6 trous (M3) dans les languettes en Tufnol. Après s’être assuré du positionnement correct, désolidariser les deux cartes pour procéder au montage des composants.
L’assemblage de la carte de base ne pose pas de problème particulier.
Les deux cartes interfaces
Il y a deux cartes imprimées: la carte pour cellule MM équipée d’un transformateur d’isolation de rapport 1/1 et l’autre carte équipée d’un transformateur d’isolation d’un rapport élévateur 1/16 ou 1/32. Il est également possible sur chacune des cartes de raccorder directement l’entrée en asymétrique. L’exemple sera donné pour l’interface MC. Cette interface comprend également les circuits de sortie.
La carte interface est couplée électriquement et mécaniquement à la carte de base (photo 9).
Les photos et les figures suivantes présentent les trois versions des cartes interfaces.
Photo 10 – Carte interface MM à entrée isolée
Figure 14 – Carte interface MM – Emplacement des composants
Photo 11 – Carte interface MC
Figure 15/1 – Carte interface MC – Emplacement des composants
Photo 12 - Carte interface MM – Entrée asymétrique (Sur circuit imprimé ‘’MC’’)
Figure 15/2 – Carte interface MM asymétrique (Sur circuit imprimé ‘’MC’’)
Pour le placement des transformateurs (MM et MC): il y a lieu d’agrandir les trous recevant les broches au diamètre de 1,3 mm, attention, les pistes ne font que 2 mm !
Les pontages repris à la figure 7/2 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.
Le brochage du socle XLR est standard. (figure 22).
Remise à plat de l'ensemble carte de base et interface
Vu l'intérêt des lecteurs, il nous a semblé préférable d'intégrer la carte interface à la carte de base. Ceci a été réalisé pour les deux versions MM et MC.
A noter que la version MC peut être cablée en MM asymétrique (sans transformateur d'isolation).
Carte de base à entrée MM isolée
Carte de base à entrée MC isolée et MM asymétrique
Les masses
C’est un point fondamental dans cette réalisation. Comme montré en photo 2 et photo 13, tous les circuits sont isolés électriquement du châssis et reliés en un seul point près de l’entrée. La peinture des deux capots aux trous de fixation arrière gauche est enlevée à l’aide d’un foret. Une vis à tête conique et une rondelle ‘’éventail’’ assurent le contact électrique.
Le coté droit du châssis et l’écran en fer doux 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. Le pied de la self de filtrage et les deux écrans du transformateur sont reliés au même point de masse.
(photo 5/1 et photo 5/2)
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 la broche 1 du XLR. C’est indispensable pour la version MC.
Pour les platines à sortie Cinch/RCA asymétrique, il y a lieu de court-circuiter les broches 1, 3 et 5 dans le plug XLR mâle extérieur.
Mise en garde : 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 +45 Vdc par rapport à la masse), 360 Vdc de HT et 35 Vdc de polarisation à la jonction R60-R61 (il faut +/- 20 secondes pour atteindre les 360 Vdc). Débrancher et laisser les condensateurs se décharger, placer les tubes.
Monitorer la tension d’anode des EF86 (sur R11/R12) et la tension de cathode de V5 (sur C23/C24) et remettre sous tension. La tension d’anode des EF86 doit se stabiliser à 195 Vdc (+/-10 Vdc) et celle des cathodes de V5 à 174 Vdc (+/-10 Vdc).
MESURES
La mesure de la conformité à la norme RIAA est complexe. En effet, l’amplitude est dépendante de la fréquence. (Ex: entre 9,8 kHz et 10,2 kHz il y a 0,4dB d’écart !) Il faut donc mesurer en même temps la fréquence à 0,1% (la période en dessous de 1000 Hz). De plus nos générateurs et millivoltmètres AC n’ont pas une précision absolue suffisante en amplitude, +/-0,05dB cumulés sont nécessaires.
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 avec une impédance de sortie de 1 Ω. Pour cette application, nous avons été amenés à réaliser un premier auxiliaire de test dont le schéma vous est donné en figure 25. La seule méthode de mesure possible est la mesure par substitution en figure 23 pour la configuration MM et en figure 24 pour la configuration MC.
Encore faut-il que l’amplitude du signal que rend le générateur et que mesure le millivoltmètre soit bien constante en fonction de la fréquence (variation <0,05dB) Mais comme nous ne devons plus changer l’amplitude du générateur ni la gamme de mesure du millivoltmètre qui sont fixes pour la durée chaque mesure, la précision est reportée sur l’atténuateur extérieur (c’est la méthode de substitution).
Résultat des mesures de réponse en fréquence
Vous constaterez que les mesures ont été effectuées jusqu’à 50 kHz !
Il est évident que l’entrée asymétrique directe donne les meilleurs résultats. La conformité à la norme RIAA est de +0,2 / -0,1db jusqu’à 50 kHz.
Le passage par les transformateurs d’entrée affecte légèrement la conformité au dessus de 30 kHz. Pour l’entrée MC, la mesure a été faite pour une impédance de 10 Ω (R1=10 kΩ et 1/32 en figure7/2). Il faut noter que pour la valeur de R1 = 47 kΩ, la conformité est de +/-0,5dB de 20 à 30 kHz. L’écart reste bien en dessous de la linéarité propre des meilleures cellules MC (Un coup d’oeil sur le site de Ortofon est édifiant).
Vous trouverez ici les caractéristiques techniques relevées sur notre prototype.
Liste des composants
Composants du préamplificateur
Composants interface 60dB / 1 Ohm
Composants interface Anti-RIAA
ANNEXES
Auxiliaire de test ‘’Anti-RIAA’’
Un deuxième auxiliaire bien pratique pour le contrôle direct de la conformité à la norme est une interface ‘’Anti-RIAA’’ (schéma). Elle permet d’effectuer des mesures directes et normalisées. C’est extrait de l’étude : ‘’On Reference RIAA Network’’ de Jim Hagerman.
Il a été réalisé sous forme d’un circuit imprimé et placé dans un boîtier fermé. (photo)
Son impédance de sortie est de 600 Ω, et doit être piloté par une impédance interne la plus faible possible, mais 50 Ω est tout à fait satisfaisant.
La conformité ‘’Anti-RIAA’’ de ce circuit est exceptionnelle (figure 31).
Il vous suffit d’intercaler cet auxiliaire entre le générateur et le préampli sur l’entrée haute (après transfo MC), de le piloter avec une tension de 500 mVac, le filtre anti-RIAA restitue l’inverse de la courbe RIAA avec une tension de 4 mV à 1 kHz. La précision du signal de sortie du filtre équivaut à celle du générateur …
Mesures normalisées sur le préampli avec filtre anti-RIAA
La figure 32 nous présente les mesures effectuées via l’entrée asymétrique en intercalant le filtre anti-RIAA. La sortie du filtre anticipant parfaitement la norme de la gravure, nous pouvons mesurer notre préampli ’’en linéaire’’
La restitution des signaux carrés à 100 Hz, 1 kHz et 10 kHz est excellente. Le temps de montée est de 3,8 µS, ce qui indique que la courbe de réponse normalisée atteint les 92 kHz à –3dB, et va bien au delà de la fréquence de coupure de 50 kHz utilisée à la gravure.
Disque de test
Un autre auxiliaire de test concerne votre platine de lecture. Il s’agit d’un disque 33 tours proposant une série de tests qui peuvent se révéler très cruels (pour le propriétaire de la platine), comme le test de résonance du bras, le test de suivi de piste (trackability) etc…
L’éditeur est ‘’British Audio’’.
Interventions sur le préampli
La mise au point de ce prototype a nécessité de nombreuses interventions sur les cartes. La photo 16 vous démontrera que le châssis choisi est vraiment adapté à ce type de réalisation.
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 ‘’Long Playing’’ ou également de l’enregistrer avec la meilleure qualité sur DVD. 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 (surfer sur http://www.ebay.fr/ ). Pour notre part nous utilisons une Dual CS714Q équipée d’une cellule MM ‘’ULM60E’’ ou ‘’MC20 MK-II’ pour la MC, toutes deux de Ortofon. Nous disposons de quelques disques vinyle et CD proposant le même enregistrement, des ‘’Shadows’’ aux concertos pour piano de Beethoven. A condition que le vinyle soit en bon état, la supériorité de sa restitution est sans appel.
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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
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