LEES DIT EERST: Na enige jaren ervaring met de ECC99 zijn enkele bezwaren naar voren gekomen. De jongste productie door JJ van deze buis vraagt bijna 20 % meer gloeistroom. Hierdoor wordt de warmteproductie in de MCML05-kast te groot. Alle onderdelen worden nu te warm en de hoogspanningselco’s kunnen daardoor vroegtijdig overlijden (herkenbaar aan bolling van de bovenkant). Ook de stabilisatie transistor BDV67B krijgt het te zwaar en kan kapot gaan. Een ander probleem is dat de ECC99 na enige jaren gebruik teveel gaat ruisen. Hier is niks aan te doen. Vervanging van de buis is de enige oplossing.
Om deze twee redenen beveel ik het volgende aan: vervang de ECC82 NIET door de ECC99. Laat de kathode weerstanden 470 Ohm blijven. Pas MOD-2B toe met de ECC82. De specificaties en klank blijven dan vlak bij de schakeling met de ECC99, terwijl ruis en warmte geen problemen meer opleveren.

Click here to download the free modification manual

MCM-MOD-2:
TWEEDE MODIFICATIE VAN DE MCML05
LIJNTRAP MET DE ECC99

 

De uiterst interessante en effectieve modificaties die hier besproken worden kosten helemaal niks. Alle componenten zijn al aanwezig, tenminste als u de eerste modificatie (ECC99 in plaats van ECC82) hebt doorgevoerd. Zie voor meer gegevens hierover elders op mijn site.

Wat nu volgt is ontstaan omdat ik geïnspireerd ben door collega's als Peter Dieleman1 en Burkhard Vogel2,3. Beiden hebben ze uitvoerig onderzoek gedaan aan triode schakelingen, met nadruk de Shunt Regulated Push-Pull (SRPP) schakeling. Ze hebben hierover uitmuntende boeken geschreven die ik hieronder noem.

1) Peter Dieleman: "Buizenversterker Schakelingen"; Elektor, ISBN 978-90-5381-243-3
2) Burkhard Vogel: "How to Gain Gain"; Springer, ISBN 978-3-540-69502-8
3) Burkhard Vogel: "The Sound of Silence"; Springer, ISBN 978-3-540-76883-8

Mede door hun goede boeken en vele artikelen op het internet en gesprekken op het European Triode Festival ETF2009, ontstond er een aanleiding om nog eens goed naar dat vreemde ontwerp van mijn lijntrap te gaan kijken, alwaar ik sterk afwijk van wat men standaard bij SRPP doet.

MCM-MOD-1 opnieuw bekeken
Onderstaand figuur 1 geeft de schematuur van de lijntrap van de MCML05 voorversterker met de ECC99 buis. De ingang is gewoon bij het onderste rooster, terwijl de uitgang ligt aan de anode van de eerste buis. Hierboven zit geen anodeweerstand maar een identieke buishelft om zo variaties in de versterkingsfactor "mu" en de inwendige weerstand "ri" van de buizen op te vangen. De schakeling is daardoor volledig symmetrisch.

Figuur 1: MCML05 MOD-1 met de ECC99

Beide secties zijn redelijk laagohmig, waardoor ruis krachtig wordt onderdrukt (zie 3) en de uitgangsimpedantie rondom de 1 kOhm ligt, terwijl de vervormingen (zowel THD als IMD) behoorlijk laag zijn. Onderstaande tabel geeft een overzicht van de eigenschappen:

A-0

A-10k

Z-out

V-max

f-3H

noise

THD

IMD

6,5

5,9

1,1 kOhm

21 dBV

70 kHz

-86,3 dBV

0,23 %

0,17 %

Elk van de gemeten grootheden licht ik hier kort toe; voor alle nu volgende tabellen en schakelingen zijn de meetcondities steeds gelijk.

A-0: open lus versterking inclusief de volume en de balans potentiometer die aan de getoonde schakeling vooraf gaan (volume maximaal, balans in het midden); de uitgang is met 1 MOhm belast (oscilloscoop ingangsimpedantie).
A-10k: de uitgang is nu belast met 10 kOhm, wat de laagste belasting is die redelijkerwijs in de praktijk voor kan komen. Vooral transistor eindversterkers hebben een ingangsimpedantie in deze hoek, buizenversterkers zitten rondom 50 kOhm en hoger.
Z-out: De uitgangsimpedantie van de lijntrap, gemeten met de zogenaamde "on-off" methode waarbij tijdelijk een belasting van 1 kOhm aan de uitgang wordt gekoppeld en wordt gemeten hoeveel het uitgangssignaal daardoor kleiner wordt.
V-max: Maximale uitgangsspanning in een 10 kOhm belasting, waarbij de vervorming (zowel THD als IMD) onder de 1 % blijft. Hierbij is 0 dBV per definitie gelijk aan 1 V effectief.
f-3H: minus 3 dB frequentie ten opzichte van 1 kHz, bij 0 dBV in 10 kOhm.
Noise: gemeten in een bandbreedte van 22 kHz (44,1 kHz sampling) met een FFT size van 65536 samples, zodat er per te meten Herz minstens een Bin (meetdoosje) aanwezig is.
THD: Totale harmonische vervorming van 1 kHz, de uitgang  is met 10 kOhm belast, de uitgangsspanning is gelijk aan 0 dBV.
IMD: Totale intermodulatie vervorming van 18,5 + 19,5 kHz sinustonen met gelijke sterkte, de uitgang is met 10 kOhm belast, de gesommeerde uitgangsspanning is gelijk aan 0 dBV.

Al deze meetcijfers zeggen een heleboel, en tegelijkertijd niks. Luisteren en subjectief beoordelen hoort er als wezenlijk onderdeel bij. Deze schakeling klinkt schoon en warm en buisachtig en aangenaam. Totdat Hans van Maanen bij me op bezoek kwam met zijn nieuwste voorversterker, waarbij mij duidelijk werd dat de zijne opener klonk dan de mijne. Deze luistersessie werd voor mij ook een aanleiding om de nog aanwezige vervorming in mijn voorversterker drastisch te verkleinen. Daarover gaan nu de volgende modificaties.

MCM-MOD-2A: DE AIKIDO GAIN STAGE
Figuur 2 toont het vereenvoudigde schema van de nieuwe schakeling. Burkhard Vogel beschrijft deze in zijn boek 2) in hoofdstuk 9 en doopt hem als de "Aikido Gain Stage" (AIK). In de versterker zijn nu de condensatoren C31 en C32 over de bovenste kathodeweerstand R33 weggelaten. Hoe je dat in de praktijk moet realiseren is getoond in figuur 3. Verwijder de nu wit gekleurde condensatoren van de print, gewoon los solderen en er niets voor in de plaats zetten.

De geachte achter deze schakeling is: de bovenste buishelft functioneert als een stroombron met een behoorlijk hoge inwendige impedantie. Daardoor is de statische belasting van de versterkertrap minimaal, terwijl de dynamische belasting hoofdzakelijk geleverd wordt door de belasting aan de uitgang, bijvoorbeeld door de ingangsimpedantie van de aangekoppelde eindversterker. In mijn geval heb ik voor de metingen steeds een belasting van 10 kOhm gekozen. Dus dan is de "enige belasting" van de voorversterker deze 10 kOhm. Onderstaande tabel toont de meetresultaten.

A-0

A-10k

Z-out

V-max

f-3H

noise

THD

IMD

8

7

1,4 kOhm

23 dBV

62 kHz

-86,8 dBV

0,11 %

0,084 %


klik voor een vergroting
figuur-2: MOD-2A Aikido Gain Stage modificatie

klik voor een vergroting
figuur-3: MOD-2A, verwijder de condensatoren C31 en C32

Dit is beslist geen gekke modificatie. De vervormingen zijn met de helft afgenomen ten opzichte van de oorspronkelijke schakeling, dus hier is sprake van een duidelijke verbetering. Dat f-3H wat in elkaar zakt (maar is nog steeds ruim voldoende) wordt veroorzaakt door het feit dat de "stroombron" hoogohmiger is geworden en daardoor sterker reageert op Miller en parasitaire capaciteiten. Maar ..... het kan nog beter.

MCM-MOD-2B: Modified AIK
De vervorming die in MOD-2A optreedt wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door de onderste buishelft die zijn eigen a-lineariteit heeft. Die vervorming kunnen we opheffen, door de ontkoppel condensatoren over de onderste kathodeweerstand R34 weg te halen. Door interne tegenkoppeling neemt de vervorming dan extra af, met als nadeel dat de uitgangsimpedantie nu groter wordt (namelijk ri + (mu+1)×Rk). De figuren 4 en 5 tonen de schematuur en lay-out, terwijl de tabel de meetresultaten laat zien.

klik voor een vergroting
figuur 4: MOD-2B, Aikido mod improved

klik voor een vergroting
figuur 5: MOD-2B, verwijder C31,32,33,34

 

A-0

A-10k

Z-out

V-max

f-3H

noise

THD

IMD

5,7

4,4

2,5 kOhm

23 dBV

67 kHz

-86,8 dBV

0,062 %

0,046 %

De meetresultaten zijn volledig in overeenstemming met de verwachting (lagere versterking en grotere uitgangsimpedantie) en de vervormingen zijn opnieuw met een factor 2 afgenomen.

Naar deze schakeling heb ik uitgebreid geluisterd. Mijn waarnemingen zijn: hoorbaar minder vervorming, opener, zacht karakter en toch fris, erg toegankelijke detailweergave, erg diep ruimtebeeld, niet opdringend karakter. Dit is een uitmuntende kandidaat, maar de wat hogere uitgangsimpedantie zou nog iets verbeterd kunnen worden. Daarom over naar MOD-2C.

MCM-MOD-2C: SRPP
De nu volgende modificatie is de echte SRPP schakeling. Het uitgangssignaal wordt nu bij de laagimpedante bovenste kathode afgenomen. Peter Dieleman en Pierre Touzelet hebben nauwkeurig onderzocht welke optimale waarde de bovenste kathodeweerstand in dat geval moet hebben. Er geldt: R33 = R34 × (mu+1)/(mu-1). Van de ECC99 weten we dat de mu-waarde in het instelpunt gelijk is aan 22. Daarmee kunnen we R33 uitrekenen en die krijgt de waarde: R33 = 142 Ohm = 120 + 22 Ohm (E12 reeks). Onderstaande figuren tonen de schematuur en hoe je de uitgangscondensator nu moet aansluiten (aangegeven met rode aansluitdraden).

klik voor een vergroting
figuur 6: MOD-2C, SRPP met de ECC99

klik voor een vergroting
figuur 7: MOD-2C, de uitgangscondensator moet eenzijdig anders worden aangesloten.

A-0

A-10k

Z-out

V-max

f-3H

noise

THD

IMD

5,6

5,0

1,1 kOhm

25 dBV

70 kHz

-86,9 dBV

0,053 %

0,038 %

Opnieuw is in deze schakeling de vervorming afgenomen. De uitgangsimpedantie is lager, zoals voorspeld, terwijl daardoor de maximale onvervormde uitgangsspanning extra is toegenomen. Aan de ruisvloer is weinig veranderd, maar dat viel ook niet te verwachten en ook het -3dB frequentiebereik is nagenoeg constant gebleven.

Subjectief heeft deze modificatie alle goede eigenschappen van mod-2B, hij klinkt alleen wat scherper, een soort geaccentueerde frisheid, die toch zacht van karakter is, want de THD en IMD zijn extra laag. Ik weid deze schone scherpte aan de lage uitgangsimpedantie, waardoor de eventuele invloed van de interlink tussen voor en eindversterker verder geminimaliseerd wordt.

Vergelijk en Nabespreking
In onderstaande tabel heb ik alle metingen samengevoegd, zodat onderling vergelijk goed mogelijk is.

MOD

A-0

A-10k

Z-out

V-max

f-3H

noise

THD

IMD

MOD-1

6,5

5,9

1,1 kOhm

21 dBV

70 kHz

-86,3 dBV

0,23 %

0,17 %

MOD-2A

8

7

1,4 kOhm

23 dBV

62 kHz

-86,8 dBV

0,11 %

0,084 %

MOD-2B

5,7

4,4

2,5 kOhm

23 dBV

67 kHz

-86,8 dBV

0,062 %

0,046 %

MOD-2C

5,6

5,0

1,1 kOhm

25 dBV

70 kHz

-86,9 dBV

0,053 %

0,038 %

Als je puur op de meetgegevens afgaat (en dat doe ik nooit) dan is de SRPP modificatie MOD-2C de winnaar. Gaande vanaf MOD-1 naar MOD-2C is er bij iedere stap winst geboekt; V-max is toegenomen, f-3H is niet zoveel gewijzigd, de ruisvloer is nagenoeg constant gebleven, maar THD en IMD zijn steeds fors afgenomen. Is dat hoorbaar? Ja, overduidelijk, de detaillering is bij iedere volgende modificatie drastisch vergroot. Ik kan stukken dieper in het geluidsbeeld waarnemen. Dus mijn oren ondersteunen deze meetgegevens en wat dat betreft ben ik prettig verrast. De correlatie tussen meten en horen is hier goed, en wij weten allen dat dit lang niet altijd het geval is.

Maar ...... MOD-1 klinkt prachtig warm muzikaal, aangenaam, wat meer naar de achtergrond, maar voor mij als gitarist en muziekliefhebber volledig acceptabel. Denk hierbij ook eens aan Single Ended triode versterkers die aanzienlijk kunnen vervormen maar toch ongelooflijk mooi klinken. MOD-2A heb ik nauwelijks beluisterd.  MOD-2B heeft een soort innerlijke zachtheid die ik erg waardeer, terwijl de openheid en detaillering groots is. MOD-2C daarentegen heeft dat ietsje scherpe randje en analytische en ik weet echt niet of ik daar altijd naar wil luisteren. Als ik nu zou moeten kiezen, dan ga ik voor MOD-2B. Samenvattend: de oorspronkelijke versie met de ECC82 en de MOD-1 versie met de ECC99 maken klank op een uiterst aangename manier. MOD-2B en 2C richten zich op uiterste detaillering. Waar gaat uw voorkeur naar uit? Probeer het zelf eens!

De hier door mij beschreven kostenloze modificaties zijn zo gemakkelijk te herhalen dat ik iedere Vanderveen MCML05 bezitter aanraad om dat ook te gaan doen en mij daar hopelijk een verslagje van te sturen. Bij het ontwerp van de MCML05 voorversterker had ik van het begin af aan gemikt op een open structuur waar experimenteren en verbeteren mogelijk zouden zijn, ik had dit in de bouwhandleiding al aangegeven. Daarom heeft de MCML05 vier gescheiden printen gekregen die per functie gemakkelijk los te halen zijn. Deze proeven tonen aan dat de MCML05 hiervoor alle mogelijkheden bezit zonder dat je iets wezenlijks hoeft te wijzigen. De "open platform" structuur van de MCML05 bewijst hier zijn nut; experimenteren kan zonder dat de voorversterker aan schoonheid en kracht inboet. Zo was het ook bedoeld.

Ik wil hier afsluitend met enige nadruk wijzen op de metingen die ik met de ARTA programmatuur via de geluidskaart van mijn computer heb uitgevoerd. Ik heb de meetfiguren weggelaten omdat dit artikel anders te "zwaar" wordt. Zie voor meer info: <www.fesb.hr/~mateljan/arta>. Op de afgelopen ETF2009 heb ik hiermee gedemonstreerd om deze betrouwbare en doordachte meetwijze te promoten. Ik beschouw deze echt goedkope meetmethode als een uiterst belangrijke aanwinst voor ons "beroep" en onze "hobby", toegankelijk voor iedereen die de moeite neemt om de bijbehorende handleiding (zie "help") door te bladeren en te bestuderen.

Zwolle: 8-12-2009