Ist der Esoteric D03 noch verbesserbar?

Gerts Modifikationen

Ist der Esoteric D03 noch verbesserbar?

Beitragvon Fortepianus » 22.11.2018, 17:24

Liebe Freunde der gepflegten Frisur,

Harald (saabcoupe) mailte mich heute morgen an, ob ich nicht Lust hätte, mal in seinen DAC, den Esoteric D03 reinzuschauen und ihn evtl. noch ein bisschen zu frisieren, falls das überhaupt geht - wenn nicht eben nicht. Herbert (Herbert Z) hat das Gerät ja auch im Einsatz und ist begeistert von dessen Klang. Zufall, wir beide hatten heute Zeit, er wohnt nicht weit und kam kurz vorbei. Ich war natürlich gespannt, wie sein DAC im Vergleich mit meinem G-ADS2 DAC spielt. Aus "kurz" wurden dann drei Stunden interessanten Hörvergleichs.

Die Highend-Gleichung kostviel=wiegtviel geht voll auf beim D03 und ich bin dankbar, dass Harald die 27kg von seinem Kofferraum in mein kleines Labor schleppt. Erst mal abstellen und ein Pläuschchen halten, bei dem rauskommt, dass der D03 über keine integrierte Lautstärkeregelung verfügt. Wie sollen wir ihn denn dann mit dem Linn vergleichen? Das hatte ich schon befürchtet. Dazu kommt noch, dass der Linn am besten und standardmäßig so spielt, dass er MS-kodierte Kost kriegt, der zudem eine Acourate-Korrektur vorgeschaltet ist. Diese ändert nichts am Pegel, ist also keine klassische Raumkorrektur (mein Raum ist auch ohne ok), sondern stellt lediglich die Zeitrichtigkeit der AGM 9.4 am Hörplatz her. Das bringt noch ein bisschen was. Und für einen guten Vergleich sollte jedes Gerät mit exakt gleicher Lautstärke und mit seinen besten Voraussetzungen spielen. Ich habe mir deshalb folgende Strategie für einen Hörvergleich ausgedacht:

    1. Die 27kg in den Hörraum schleppen.
    2. Den Linn mit einem gefalteten und MS-kodierten Testton (1kHz Sinus links und rechts, 0dBFS) füttern und die Spannungen an den Lautsprechereingängen messen.
    3. Den D03 digital mit dem gleichen Testton vom Linn füttern (aber nicht MS-kodiert, denn das kann er nicht verarbeiten) und ebenfalls die Spannungen messen.
    4. Pegelunterschied berechnen und offline die Musik korrigieren.
Das Gerät ist gebaut wie ein Panzerschrank und offenbart einen tollen Aufbau, wenn man den Deckel abschraubt:

Bild

Bild

Nun muss aussagekräftige Musik zum Test her. Nach kurzem Reinhören entscheiden wir uns für eine gute alte Bekannte:

Bild

1. Stück, Sara mit Barb Jungr in 192/24.

Die Idee: Das Teststück wird nun in einem eigenen Verzeichnis in zwei verschiedenen Versionen bearbeitet abgespeichert, einmal a) für den Linn und einmal b) für den Esoteric. Für die Probe über alles wird noch ein 1kHz-Sinus genauso bearbeiten wie die Testmusik und nachher gemessen, ob bei beiden Geräten jetzt gleicher Pegel auf allen Kanälen rauskommt. Abspielen dann ohne ConvoFS, also ohne online-Faltung, weil vorab bearbeitet.

    a) Der originale File wurde in foobar per convolver mit dem passenden Acourate-File offline gefaltet und mit dem Matrixmixer MS-kodiert.
    b) Der originale File wurde ebenfalls offline gefaltet mit demselben Acourate-File. Der Matrixmixer kam ebenfalls zum Einsatz, aber nicht für die MS-Kodierung, sondern für die offline-Lautstärkeanpassung.
Beide Files wurden dann anschließend wieder nach flac 192/24 exportiert mit eingeschalteter Ditherung. Zur Verdeutlichung die unterschiedlichen Einstellungen im Matrixmixer:

a) Bild

b) Bild

Beide Geräte gehen analog über meine Standardverkabelung und die Umschaltanlage, das Digitalkabel vom Linn zum Esoteric ist ein Oyaide FTVS-510, das passend von mir konfektioniert wurde, also BNC am Linn und Cinch am Esoteric. Der Test mit dem bearbeiteten 1kHz-Sinus zeigte gleiches Signal auf allen Kanälen mit Abweichung kleiner 0,05dB von links zu rechts genauso wie von G-DAC zu D03.

Ich weiß, so mancher verdreht die Augen, wenn er bis hierher durchgehalten hat. Wozu dieser ganze Aufwand, warum nicht einfach mal dranklemmen und dann wird man schon hören, welches Gerät was besser kann. Genau das ist ein Trugschluss. Und der Grund dafür, dass oft bei Tests, die bei einem nicht ganz so seriösen Händler durchgeführt werden (ich weiß, hier im Forum gibt es natürlich nur seriöse), immer das Gerät gewinnt, das der Händler gerne verkaufen möchte. Möglichst perfekt gleiche Voraussetzungen bei möglichst perfekt gleichem Pegel ist die Bedingung für einen guten Hörtest, sonst kann man es nach meiner Meinung gleich bleiben lassen.

Endlich konnten wir den D03 im Vergleich zum G-DAC hören. Erster Eindruck bei uns beiden, Harald und mir: Beide spielen auf verdammt hohem Niveau. Zweiter Eindruck nach mehrmaligem Vergleich, auch wieder einstimmig: Der G-DAC löst ein bisschen besser auf, spielt noch etwas feiner und losgelöster. Tonal spielen beide nahezu gleich - der Linn minimal heller. Die erste Runde geht also an den G-Linn, aber wir wollten noch etwas mit klassischem Orchester hören. Kleine Besetzungen sind einfacher für DACs, ein großes Orchester muss her. Auch ein Forumsklassiker, auch in 192/24:

Bild

Nach der beschriebenen offline-Prozedur geht es weiter mit dem Hörtest. Auch beim Orchester sind beide sehr gut. Beim G-ADS2 DAC wirkt aber alles noch etwas müheloser, die Triangel schwebt länger und die Durchzeichnung ist noch ein bisschen besser, ebenso die Fokussierung. Der Esoteric hat einen Tick mehr Bass, aber wir sind uns einig, dass der nicht unbedingt sauberer ist, eher im Gegenteil.

Nun, ein Gerät mit exzellenten Genen, würde ich sagen. Harald hatte ihn zuhause schon mit seinem Oppo 205 und dann mit einem ausgeliehenen G-Oppo2 (auf Basis 205) verglichen. Er meinte, der Unterschied zum originalen 205 war klar und deutlich, der Unterschied zum G-Oppo2 etwa so oder eher noch ein bisschen größer als jetzt der Unterschied zum G-DAC, nur eben umgekehrt. Das heißt, er sortiert sich schon von Haus aus zwischen G-Oppo2 und G-ADS2 DAC ein mit mehr Nähe zu letzterem.

Harald beschloss, das Gerät bei mir zu lassen, damit ich mal meine neugierige Nase reinstecken kann. Ob noch etwas mehr rauszukitzeln ist - keine Ahnung. Ich werde berichten.

Viele Grüße
Gert
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Beitragvon Thor_7 » 22.11.2018, 17:33

Hallo Gert,

vielen Dank für den ersten Teil der neuen Aktiven Hoeren-Serie. :D
Freue mich auf die Fortsetzung und bin sehr gespannt auf das Ergebnis.

Viele Grüße

Thorben

PS: Mit welchen Coax-Steckern konfektionierst du deine Oyaide FTVS-510 Meterware?
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Beitragvon Fortepianus » 22.11.2018, 18:16

Hallo Thorben,

Thor_7 hat geschrieben:Mit welchen Coax-Steckern konfektionierst du deine Oyaide FTVS-510 Meterware?

bei den Chinchsteckern sind die hier immerhin welche, die zumindest angeblich 75Ohm Wellenwiderstand einhalten. BNC-Stecker gibt's passend zum Kabel welche von Oyaide, sind aber nicht ganz billig.

Viele Grüße
Gert
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Beitragvon Fortepianus » 22.11.2018, 22:21

Liebe Musikfreunde,

weiter geht's, ich schaffe das Trumm runter in mein Arbeitszimmer, das halb aus Schreibtisch, halb aus Labortischen, vielen Messgeräten und ganz vielen Schubladen mit noch mehr Elektronikmaterial drin besteht. Da steht der D03 in seiner ganzen Pracht, eine Menge schweres Metall:

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Man sieht nur die obere Hälfte mit den beiden R-Core-Trafos, den beiden kanalgetrennten Analognetzteilen und den beiden ebenfalls kanalgetrennten DAC-Platinen samt Ausgangsstufen:

Bild

Ganz unten ist eine fette Stahlplatte, die einen großen Teil des Gewichts beisteuert, dann kommt die Digitalfraktion mit eigenem Netzteil, und wenn man die reversibel freilegen möchte, scheitert man, versicherte mir Harald, der das wohl geduldig probiert hat - aus reiner Neugier, versteht sich. Die Musik spielt aber nach meinem ersten Eindruck eh zum Großteil oberhalb der dicken Metalltrennplatte, die Digital- und Analogteil separiert. Die beiden Netzteile und die beiden DAC-Platinen sitzen dann wiederum in senkrecht separierten Kammern.

Analogplatine links:

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Rechts das gleiche nochmal:

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Netzteil links:

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Dito rechts:

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Erste Bestandsaufnahme. DA-Wandlerchips sind zwei AD1955, damals das beste Pferd im Stall von Analog Devices. Eigentlich ein Stereo-DAC, aber hier werden je zwei DAC-Kanäle zu einem Stereokanal gebündelt. Das ist zwar nicht wie bei meinem Lieblings-DAC PCM1794A von Burr Brown von Haus aus vorgesehen, aber ein nebenan sitzender Rechen-Knecht von Xilinx erledigt das.

Der AD1955 erreicht nicht ganz die Leistungswerte des PCM1794A, von dem zwei im G-DAC arbeiten, aber wahrscheinlich ist der Vorsprung eher von akademischem Nutzen. Viel wichtiger ist die Beschaltung des DAC. Ich baue eine der beiden Ausgangsplatinen aus:

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Alte Bekannte, zwei OPA627 in der Strom-Spannungs-Wandlung, gut und teuer. Ebenso ein OPA627 als Subtrahierer, der positives und negatives Signal der symmetrischen Signalführung für den asymmetrischen (Cinch-) Ausgang aufbereitet. Und dann drei schön anzusehende diskret aufgebaute Ausgangsstufen mit kleinen FETs und bipolaren Leitungstransistoren für den Ausgang. Sieht alles gut aus, aber ich habe Harald heute morgen schon direkt gesagt, der leicht unsaubere Bass klingt für mich ganz typisch für einen Elko direkt im Signalausgang. Ich werde fündig:

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Die grünen Elkos sind für die lokale Spannungsbereitstellung der Endtransistoren, aber der schwarze C653 mit 100µF/100V liegt direkt im Signalweg. Immerhin gebrückt mit einem Folien-C, C629. In Reihe damit R687 mit 100 Ohm. Leute, also nee, da geben die Entwickler sich richtig Mühe und sparen an nichts, und dann 100 Ohm Innenwiderstand (G-Ausgang: 8 Ohm) und ein Elko im Ausgang. Klar, braucht man, wenn man einen DC-Offset zu verstecken hat, was bei so einer diskreten Ausgangsstufe gern auftritt. Aber dann mach ich den Job doch richtig zu Ende, oder? Egal, was reg ich mich denn auf, eins ist klar, da schlummert Potenzial.

Jetzt kommt der harte Teil der Arbeit: Hinsitzen und mit Lupe, Bleistift, Papier und Multimeter die Schaltung aus der Platine rauslesen. Reverse Engineering. Hardware-Hacking. Dauert ein paar Stunden. Melde mich.

Viele Grüße
Gert
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Beitragvon ramiprivat » 23.11.2018, 10:08

Hallo Gert,
da ist sie wieder meine Lieblingslektüre :-)
Habe dich auf deiner Seite regelrecht vermisst und geniesse deine dokumentarische Gabe.
Meine Abende sind wieder gerettet ;-)

Grüße
Ralf
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Beitragvon Daihedz » 23.11.2018, 12:42

Hallo Gert

Ja, auch ich mag Deine Bildergeschichten! Die sind fast schon beinahe so spannend wie es damals die Geschichten von Tim und Struppi waren.

Frage: Die Masse scheint auf dem hübschen Print mit den zahlreichen Durchkontaktierungen wohlüberlegt angelegt worden zu sein. Aber weshalb denn wurde beim Entwurf des Prints das evetuelle Einfügen von C's vorgesehen, resp. weshalb wohl schien das nachträgliche Verbasteln (sorry ...) eines solchen sinnvoll?

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An anderer Stelle hat es etwas analoges, welches jedoch werksseitig sauber verlötet überbrückt im O-Zustand belassen wurde:

Bild

Gibt es von Dir dafür eine etwas präzisere Diagnose?

Ratende Grüsse
Simon
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Beitragvon Thor_7 » 23.11.2018, 13:11

Hallo Gert,

dankeschön für die Info. Ich hatte ja gehofft, dass es noch eine Alternative zu den teuren WBT Steckern gibt, aber da muss ich anscheinend in den sauren Apfel beißen. :D

Viele Grüße
Thorben
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Beitragvon Fortepianus » 23.11.2018, 18:02

Danke, liebe Forumsfreunde, für die nette Rückmeldung.

Hallo Simon,

Daihedz hat geschrieben:Frage: Die Masse scheint auf dem hübschen Print mit den zahlreichen Durchkontaktierungen wohlüberlegt angelegt worden zu sein. Aber weshalb denn wurde beim Entwurf des Prints das evetuelle Einfügen von C's vorgesehen, resp. weshalb wohl schien das nachträgliche Verbasteln (sorry ...) eines solchen sinnvoll?

ja, da hast Du aber mal recht, die Lötstelle ist ja so richtig hässlich gemacht. Von mir ist sie nicht, das ist mal sicher :cheers: . Es gibt allerdings einige Stellen auf der Platine, an denen optional Cs vorgesehen waren und dann doch nicht bestückt wurden. Kennt man ja: Lieber mal hier und dort noch einen vorsehen, und wenn man ihn nicht braucht, ist's auch recht. An der Stelle mit der unschönen Lötbrücke, die einfach draufgebraten wurde und übrigens auf der anderen Platine genauso aussieht, ist die Brücke nach meiner Einschätzung die bessere Variante als der Kondensator - hier geht's drum, die Massefläche, die unter den DAC-Chip geht, möglichst niederohmig aufs Gehäuse zu legen. Intern auf der Platine sind die Massen eh verbunden, also macht hier ein C wenig Sinn. Vielleicht gefällt Dir ja meine als Ersatz eingelötete Brücke aus Silberdraht besser:

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Den Schaltplan also habe ich inzwischen komplett aus den Analogplatinen ausgelesen. Ich fang mal ganz hinten an:

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Entschuldigt das handschriftliche G-schmiere. Ich habe die komplette Schaltung inzwischen auch sauber im Simulationsprogramm drin, aber das wäre noch viel unübersichtlicher, weil ich da unzählige Messpunkte mit virtuellen Oszis, Spannungsmessern etc. versehen habe. Die Ausgangsstufen gibt es auf jeder Platine dreimal, eine für Cinch und zwei für XLR, so mache ich das bei den G-Ausgängen auch. Hier ist nur die Schaltung für den Pin3 des XLR-Ausgangs gezeichnet.

Vergessen wir mal die Treiberstufe für das Mutingrelais im unteren Teil und schauen den Weg vom Ausgangstreiber, der links ans Bild anschließt, zum Pin der Ausgangsbuchse rechts im Bild an. Man sieht sofort den Elko im Signalweg, C653 (100µF/100V) gebrückt mit C629 (Folie 100nF). Weiter sieht man R687, der zusammen mit dem Innenwiderstand der Ausgangsstufe für insgesamt knapp 150 Ohm Innenwiderstand sorgt. Gut: Das Muting-Relais K600 legt einfach den Ausgang standardmäßig auf Masse und wird aktiv geöffnet, wenn Signalfluss stattfinden soll. Die Relaiskontakte sind dann damit nicht im Signalweg. Vor den Elkos habe ich bei den insgesamt 6 Ausgangsstufen des Geräts Offsets, also Gleichspannungen ohne Signal zwischen 0,1V und 0,4V gemessen. Leider variiert der Offset auch noch damit, wie warm das Gerät gerade ist.

Mein langfristiges Ziel: Die Elkos können gebrückt werden bei niedrigerem Ausgangswiderstand.

Wer jetzt denkt, wo liegt denn das Problem, da löt ich doch einfach eine Brücke über die Elkos, der würde sich Folgendes damit einhandeln: Jedes Mal, wenn das Mutingrelais schaltet, legt es 0,1 bis 0,4V als Sprung auf die Lautsprecher, wo vorher Null war. Ein Sprungantworttest in dieser Größe hört sich in der Praxis so an: Es tut einen fürchterlichen Schlag. Also muss der Offset in der Schaltung weg, bevor man alles gleichspannungskoppeln kann.

Und damit fange ich jetzt ganz vorne in der Schaltung an, mit dem Strom-Spannungswandler direkt nach dem DAC-Chip. Hier wieder nur eine Symmetriehälfte, die andere sieht genauso aus:

Bild

Der OPA 627 ist als sog. Stromsumpf beschaltet. Das bedeutet, wenn der DAC links vom Bild einen Strom reinschickt, kommt am Ausgang hinten bei R651 eine dazu proportionale Spannung an. Deshalb heißt das Strom-Spannungs-Wandler oder IU-Wandler oder englisch IV-Converter. Der Ausgang des AD1955 möchte jetzt aber, damit er richtig funktioniert, mit einem Widerstand nach plus hochgezogen werden, im Bild R605. Damit stellt sich bei Null Aussteuerung des DACs dort eine Spannung von ca. 2,8V ein. Je nach Toleranz des DAC und des R mal ein bisschen mehr, mal ein bisschen weniger. Damit hinten am OP-Ausgang ungefähr 0V sind bei Null Aussteuerung, legt man den anderen Eingang des OP, hier den +Eingang, ebenfalls auf ca. 2,8V. Über die Gegenkopplung mit R607 sorgt der OP nun immer dafür, dass beide Eingänge genau auf gleicher Spannung liegen. Ist nun die Spannung, die sich am DAC-Ausgang mit R605 einstellt, aber nun etwas niedriger als diese 2,8V, geht der OP-Ausgang soweit hoch in der Spannung, dass über R607 gerade soviel am DAC-Ausgang dazu addiert wird, dass dort auch 2,8V sind. So entsteht hier ein Offset.

Ich habe diesen Offset gemessen, er beträgt auf der linken Platine direkt nach dem Einschalten 0,36V, auf der rechten 0,44V. Er wird bei warmem Gerät ein bisschen niedriger, 0,30V bzw. 0,38V.

Den Offset da vorn kann man ganz einfach abgleichbar machen: Man macht ein relativ hochohmiges Poti (50kOhm) parallel zu R602, und schon kann man den Offset auf Null abgleichen, perfekt natürlich nur im warmen Zustand des Geräts:

Bild

Dann ist mir noch etwas aufgefallen da vorn beim DAC. Er möchte 5V als Analog-Versorgungsspannung. Die wird von einem recht gewöhnlichen Festspannungsregler erzeugt und ich dachte schon, das darf ja nicht wahr sein, da ist doch sicher ein Wahnsinns Ripple (=Restwelligkeit) auf der 5V-Spannung:

Bild

Ich habe das dann gemessen und war etwas überrascht, denn mit meinem hochempfindlichen batteriebetriebenen Differenzmessverstärker finde ich dort nur magere 30µVeff, das ist gar nicht übel. Offensichtlich ist der Regler gar nicht so schlecht. Man muss aber dazusagen, dass dort am DAC-Chip die besten Kondensatoren reingebuttert wurden, die es zum Zeitpunkt der Entwicklung gab. Das fällt überhaupt auf bei dem Gerät, bei den Bauteilen haben die Entwickler an nichts gespart.

Aber für den ersten Elkos nach dem Regler gibt's inzwischen doch noch bessere. Ich spendiere einen Panasonic mit 10.000µF, dessen ESR ich nur ahnen kann, weil er unterhalb meiner Messgrenze von 10mOhm liegt und stabilisiere ihn mit einem Tropfen Heißkleber auf der Platine:

Bild

Jetzt hat's noch 18µV Ripple. Die Erniedrigung geht also komplett aufs Konto des neuen Elkos. Den alten habe ich übrigens auch durchgemessen, der hatte noch volle Kapazität und 10mOhm ESR - auch nicht gerade schlecht.

Im nächsten Beitrag geht's dann weiter mit den diskret aufgebauten Ausgangstreibern, die auch wieder einen Offset beisteuern.

Viele Grüße
Gert
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Beitragvon Fortepianus » 25.11.2018, 20:02

Liebe D03-Freunde,

vielleicht sagt so mancher nach meinem letzten Beitrag, meine Güte Gert, schreib doch etwas verständlicher, dieses Elektronik-Kauderwelsch ist nix für mich. Sorry, ich versuche halt den Spagat zwischen "ich hab mit Technik wenig am Hut" und "ich will Details, wie das geht" hinzukriegen. Zudem treibt mich da möglicherweise so eine Missionarstätigkeit, die mit altersverblendetem Eifer mein bescheidenes Wissen über Analogschaltungstechnik eitel an die Nachwelt weiterzugeben strebt. Verzeiht, in diesem Beitrag wird das nicht besser werden. Jetzt kommt also die Ausgangsstufe, das Herzstück des Analogteils.

Bild

Schaltplan der Ausgangsstufe ganz rechts im oberen Bild (sind alle gleich):

Bild

Rechts im Bild ist die bereits besprochene Ausgangsschaltung mit Mutingrelais. Q613 und 616 sind zwei komplementäre, bipolare Leistungstransistoren, die zusammen auf ein Kupferkühlblech geschraubt sind. Sie werden angesteuert von den zwei ebenfalls komplemantären FETs Q607/610. Die beiden FETs Q602/603 sind reine Stromquellen, die für einen konstanten Spannungsabfall an den beiden 47Ohm-Ausgangswiderständen sorgen. Diese Ströme sorgen dafür, dass die Ausgangsstufe im vorgesehenen Aussteuerungsbereich im ClassA-Betrieb läuft, sprich bei keiner geforderten Ausgangsspannung einer der Endtransistoren stromlos wird.

Ich habe an allen 6 Endstufen bzw. 12 Ausgangswiderständen die Spannungen gemessen, woraus man direkt den Strom berechnen kann. Die Ströme streuen zwischen 9mA und dem doppelten davon, also 18mA. Diese Streuung kommt im Wesentlichen von der Streuung der sog. Kniespannung Up der beiden Stromquellen-FETs. Entsprechend fallen durch diese Asymmetrie ordentlich Offsetspannungen an. Würde man nun die 1k-Widerstände R667 und R668 abgleichbar machen, könnte man sehr schön sowohl beide Endstufenhälften auf genau gleichen Strom abgleichen als auch den Offset gegen Null gehen lassen. Man könnte also z. B. den oberen Endtransistor auf 20mA einstellen und dann am unteren solange den Strom verändern, bis der Ausgangsoffset Null ist.

Ich habe also alle diese Widerstände ausgelötet und passende Potis bestellt (25Gang Präzisionstrimmer mit 2kOhm anstelle des 1k-Festwiderstands).

Ich habe aber noch eine Menge mehr Material bestellt. Meine Idee:

Zuerst regle ich mit all den vorgesehenen Einstellpotis alle Endstufen auf gleichen Strom (20mA) und möglichst geringen Offset. Dieser Offset ist aber dann natürlich von der Temperatur und allerlei Langzeitdrifts der Bauteile abhängig. Aber diesen verbliebenen Offset samt Drift soll dann eine elektronische Kompensation wegregeln. Ich sage extra nicht "DC-Servo" dazu, denn die sind zu recht etwas verpönt. Sind sie nämlich schnell genug, um nach dem Einschaltung rechtzeitig vor Durchschalten des Mutingrelais für stabilen möglichst kleinen Offset zu sorgen, sägen sie zugleich ganz ähnlich wie ein Kondensator am unteren Ende des Übertragungsbandes am Frequenz- und Phasengang. Deshalb soll hier wieder mein alter Trick zum Einsatz kommen: Kurze Zeitkonstante des DC-Offset-Reglers, wenn Muting, und eine um Zehnerpotenzen längere, wenn kein Muting. Die Zeitkonstante soll mit einem FET geschaltet werden. Genau so mache ich das bei meinen Ausgangsstufen im G-Oppo oder G-Linn.

Wenn die Teile dafür da sind, schauen wir mal, ob das in der Praxis auch funktioniert wie gedacht.

Viele Grüße
Gert
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Beitragvon Fortepianus » 26.11.2018, 12:27

Liebe Esoteric-Fans,

danke auch für die zahlreichen PNs, die mich zum Thema erreichten. Eine Sache daraus will ich nochmal aufgreifen: Die hässliche Masse-Lötbrücke, die Simon ins Spiel gebracht hat. Ich habe sie ja dann durch eine saubere Brücke aus Silberdraht ersetzt. Nun gehen die Meinungen auseinander: Macht diese Lötbrücke Sinn oder nicht? Ist sie deshalb so hässlich ausgeführt, weil jemand da dran rumgebastelt hat und den ursprünglich auf der Platine als Schaltzeichen aufgedruckten C ersetzt hat? Dagegen spricht zunächst, dass man keine abgezwickten Reste eines Cs findet. Hätte man ihn sauber ausgelötet bei ausgebauter Platine, hätte man auch eine saubere Drahtbrücke reinmachen können. Ich habe mich aber dann auf die Suche gemacht nach Bildern im Netz von der originalen Platine in anderen Geräten und bin fündig geworden (wegen urheberrechtlichen Bedenken zeige ich das hier nicht, kann ja jeder selbst finden). Siehe da: Die hässliche Lötbrücke ist original und bei allen D03 zu finden. Das bedeutet für mich: Esoteric hat dort weder eine Brücke noch einen C bestücken lassen, wofür aus technischer Sicht einiges spricht. Und ich nehme an, dass man dann im Test rausgefunden hat, dass das Gerät entweder besser klingt oder sich besser misst, wenn man die Brücke reinmacht. Und so wurde wahrscheinlich jemand dazu verdonnert, an allen ausgelieferten Geräten nachträglich diese Brücken reinzulöten. Wenn man die Brücke einfach oben drauf brät, muss man die Platine nicht nochmal ausbauen dazu, und so wurde es offensichtlich gemacht. Also: Da gehört eine Brücke hin, und ich habe sie aus rein ästhetischen Aspekten heraus ersetzt, wenn ich die Platine eh schon ausgebaut vor mir habe und dann anmerkt, dass diese Lötstelle nicht gerade dem sonstigen Aussehen deses Geräts würdig ist.

Also, die Lötstelle bleibt erstmal drin.

Viele Grüße
Gert
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Beitragvon Thor_7 » 26.11.2018, 16:39

Lieber Gert,

bitte nicht mit den technischen Beschreibungen aufhören, das Nachvollziehen macht einfach Freude. :)

Bin gespannt auf die nächste Folge "Ist der Esoteric D03 noch verbesserbar?" oder "Geht ein Esoteriker zum Arzt". :cheers:

Viele Grüße

Thorben
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Beitragvon Fortepianus » 27.11.2018, 11:47

Hallo Thorben,

dann mach ich mal so weiter. Zunächst eine kleine Anmerkung zu meinem Ausflug ins Internet, als ich Bilder der D03-Analogplatine wegen dieser Masselötbrücke suchte. Da stieß ich auf eine Seite, die einen Umbau des D03 anbietet. Da wird der Regler für die 5V-Analogspannung getauscht - kann man machen, habe ich übrigens inzwischen auch gemacht, berichte ich später. Aber jetzt kommt's: Dort wurde für XLR die ganze Ausgangsstufe umgangen und einfach nach den beiden OPA627, den beiden IU-Wandlern, ein Übertrager angeklemmt und damit der XLR-Ausgang versorgt. Tolle Idee, meint jetzt vielleicht manch einer, wenn der Trafo was taugt wie z. B. einer von Lundahl oder Sowter, dann klingt das doch bestimmt klasse. Tut es nicht, ohne das jemals gehört zu haben, und ich will erklären, warum ich mir da so sicher bin. Diese sehr feinen und ebenso teuren Übertrager vertragen eins nun gar nicht: Gleichspannung. Besser gesagt den Gleichstrom, der aufgrund der Gleichspannung und des ihnen eigenen Wicklungswiderstandes fließt. Schickt man da einige mA rein, ist der empfindliche amorphe Kern derartig magnetisiert, dass man das praktisch kaum wieder wegkriegt, siehe auch hier beim deutschen Lundahl-Vertrieb. Den Übertrager kann man eigentlich entsorgen. Tipp: Nie einen solchen Übertrager gebraucht kaufen. Ihr dürft Euch sicher sein, dass der Verkäufer "sicherheitshalber" mal mit einem Standardmultimeter die Widerstände der Wicklungen geprüft hat und das gute Teil damit unwissentlich über den Jordan befördert hat. Das Problem bei der Modifikation mit dem Übertrager: Zwischen den beiden Ausgängen der IU-Wandler ist ein Offset von ca. 10mV, habe ich gemessen. Die Primärwicklung guter Übertrager hat einen Innenwiderstand von 10 Ohm bis einigen 10 Ohm. Bei 10 Ohm und 10mV fließt nach dem Ohmschen Gesetz 1mA, und wer die oben verlinkte Lundahlseite gelesen hat weiß, dass der Übertrager damit nicht nur grausam klingt, sondern schlicht hinüber ist. Ich weiß schon, es gibt Methoden, ihn behutsam wieder zu entmagnetisieren mit einem passenden Signal, aber wenn da prinzipbedingt einfach immer ein Gleichstrom durchfließt, bekommt das dem Übertrager bestimmt nicht gut. Aber ich hör jetzt auf damit, denn es ist immer einfach, sich auf Kosten anderer zu profilieren. Das war aber gar nicht mein Ansinnen, sondern ich wollte die Gelegenheit nutzen zu erklären, warum ein Übertrager in einer Schaltung nicht immer gut ist.

Zurück zu den Ausgangsstufen, ich fasse kurz zusammen, wo wir stehen: Offset so gut es geht entfernen, war das Ziel, und den verbliebenen Rest wegregeln.

Schauen wir uns mal die Ausgangsstufe vereinfacht an:

Bild

Man sieht in meiner kleinen Zeichnung die beiden komplementären Ausgangstransistoren T1 und T2 mit ihren Emitterwiderständen RE1 und RE2, dahinter den Ausgangswiderstand RA und das Mutingtrelais, das den Ausgang schlicht auf Masse klemmt. Ich mal noch vereinfacht die Treiberstufen dazu, und fertig ist die Ausgangsstufe im Prinzipschaltbild:

Bild

Nun war ja eines der Ziele, den Ausgangswiderstand so klein wie möglich zu machen. Machen wir RA also gedanklich einfach mal ganz raus und schalten einen Offsetregler dazwischen:

Bild

Als Offsetregler dient hier die beliebte Schaltung eines DC-Servos, einfach ein Umkehrintegrierer mit der Zeitkonstante R mal C. Ist R beispielsweise 100kOhm und C=10µF, ist das gerade eine Sekunde. Wenn man ein bisschen über die Schaltung oben nachdenkt, merkt man Folgendes: Im Normalbetrieb, wenn das Mutingrelais geöffnet ist und damit der Signalfluss zum Ausgang möglich ist, funktioniert alles. Ist das Mutingrelais aber geschlossen, ist der Ausgang kurzgeschlossen. Auf was soll nun der arme Offsetregler denn nun regeln? Egal, welchen Wert er an seinem Ausgang einstellt, kommt am Ausgang dennoch genau 0V raus, weil der Ausgang ja kurzgeschlossen ist. Wehe, das Mutingrelais wird jetzt geöffnet, und der Lautsprecher hüpft uns im Rahmen seiner Möglichkeiten entgegen. Das klappt also bei sehr kleinen RA nicht. Nächste Idee - wir holen uns den Offset der Ausgangsstufe, indem wir ihn über zwei Widerstände, die groß im Vergleich zu RE, aber klein im Vergleich zu R sind:

Bild

Ein evtl. vorhandener Offset bleibt einfacher mess- und regelbar, wie meine Simulation zeigt (genau genommen aber nur, wenn RA wenigstens einen kleinen Wert von z. B. 10 Ohm kriegt, lassen wir jetzt mal weg). Jetzt gibt's aber ein neues Problem: Wenn RE1 nur einen geringfügig anderen Wert hat als RE2, misst man den falschen Offset. Das gleiche gilt für R1 und R2. Also müssen wir das auch noch irgendwie abgleichbar machen. Schauen wir uns mal an, wie so ein Regler in der Praxis aussieht. Man nimmt einen OP, schaltet seinen Plus-Eingang nach Masse, und RC wie im Bild:

Bild

Das ist die einfachste Form des sog. Umkehrintegrierers. Das Ausgangssignal ist minus Eingangsspannung mal Integral von R mal C. Das heißt: Ist der Eingang rechts im Bild nicht genau Null, sondern sagen wir minus 1mV, steigt die Ausgangsspannung mit der Zeit immer weiter an. Auf den Eingang der Ausgangsstufe addiert wirkt sie über den Regelkreis so, dass die Ausgangsspannung höher wird, bis aus minus 1mV Null wird. In der Praxis gibt es wieder einige Tücken. Der OP selbst darf keinen Offset beisteuern, sonst taucht am Ausgang ungewollt dessen Offset wieder auf. Also nimmt man dafür spezielle Typen, z. B. OP07, OP27, OPA27 und wie sie alle heißen. Die OPs mit den ganz kleinen Offsets im µV-Bereich sind aber alle bipolare Typen. Das heißt, es fließt ein winzig kleiner Eingangsstrom in die Eingänge, im Gegensatz zu OPs mit FET-Eingang. Dieser Eingangsstrom verhunzt uns nun den Spaß ein bisschen, er sorgt nämlich wieder für einen Offset am Ausgang. Den kann man kompensieren, indem man dem anderen Eingang einen Widerstand in ungefähr gleicher Größe gibt wie R:

Bild

Man kann den oberen R auch mit einem Poti abgleichbar machen, und man kriegt den Offset dann ziemlich genau auf Null. Nun wollten wir die Zeitkonstante RC schaltbar machen, hatte ich erzählt. Dazu macht man mit einem FET, den ich zum besseren Verständnis nachfolgend als Schalter darstelle, den Widerstand schaltbar:

Bild

Schalter zu, und die Zeitkonstante ist Faktor 1000 kleiner, der Regler also schneller, was wir ja wie berichtet brauchen, um nach dem Einschalten alle Spannungen schnell stabil zu kriegen. Schalter auf, und wir haben wieder die Zeitkonstante R mal C (ja, R mal C mal 1,001). Alles bestens, außer, dass bei geschlossenem Schalter unser vielleicht sogar mit einem Poti genau abgeglichener Widerstand am Plus-Eingang nicht mehr stimmt - und schon gibt's einen Offsetsprung am Ausgang, wenn man den Schalter betätigt.

Nun, bevor man sich dann vollends verkünstelt und den Kompensationswiderstand auch noch umschaltet und am Ende immer noch ein kleiner Sprung übrig bleibt, nimmt man doch lieber einen OP mit FET-Eingang. Nur schade, dass die wieder von Haus aus einen größeren Offset mitbringen und dann auch noch mehr rauschen - das wollen wir ja nicht, dass der Regler uns die Ausgangsstufe zurauscht. Das Ergebnis, gezeichnet mit den Ausgangstransistoren:

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Man nimmt einen möglichst rauscharmen OP mit FET-Eingang, der einen passablen Offset hat und der zudem von außen abgleichbar ist. Bei den FET-Eingängen braucht man keinen Kompensationswiderstand am Plus-Eingang, der kann direkt auf Masse. Das Restrauschen des OPs filtert man mit einem Ausgangstiefpass, links im Bild. Netter Nebeneffekt: Jetzt kann man mit dem Trimmpoti nicht nur den Offset des OP kompensieren, sondern zusätzlich die Toleranzen der Widerstände RE1/RE2 und der zugehörigen Messwiderstände links davon. Damit sich das, was man kompensieren muss, aber in Grenzen hält, nimmt man für RE und die Messwiderstände Typen mit 0,1% Toleranz (im Original verbaut sind hier RE mit 5% Toleranz).

Während ich auf das fehlende Material warte (passende 0,1%-Widerstände, passende Präzisionstrimmer), habe ich schon angefangen, die Platinen zu löten. Zeige ich nächstes Mal.

Viele Grüße
Gert
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Beitragvon Markus » 27.11.2018, 16:38

Hach Gert,

bei Deinen spannenden Vor-Weihnachtsgeschichten nehme ich mir vor, im nächsten Leben lern ich Elektrotechnik.

Weiter so
Markus
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Beitragvon Fortepianus » 27.11.2018, 16:48

Hallo Markus,

danke, aber jetzt ist genug mit der grauen Theorie. Jetzt wird gelötet:

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Zuerst mal nur eine solche Schaltung:

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Getestet, funktioniert. Dann Lochrasterplatinen aus Epoxy passend zuschneiden. Layout auf Papier überlegen (Maßstab 2:1):

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Ich will mit so wenig wie möglich Kabel auskommen, deshalb sitzen überall dort Lötstifte, wo nachher kontaktiert werden muss:

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Die zweite Platine für den rechten Kanal wird auch gleich gemacht:

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Die Leitungsführung unten mit Silberdraht:

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Es fehlen aber immer noch ein paar Teile.

Viele Grüße
Gert
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Beitragvon Zwodoppelvier » 27.11.2018, 20:48

Hallo Gert,

bei der finalen Platine vermisse ich den Schalter (Du sprachst von einem FET), welcher die Zeitkonstanten-Umschaltung bewerkstelligt. Hat es eine Planänderung gegeben, oder ich etwas mißverstanden oder übersehen?

Viele Grüße
Eberhard

Am Rande: kleinere Basteleien führte ich auch immer derart auf Lochraster aus, allerdings mit einfachem verzinnten Cu-Draht - es ging dabei aber auch nur um einfachste Steuerungsgeschichten (LEDs, Relais, Motörchen usw.), keine Audioanwendungen. Freut mich nachträglich, zu sehen, daß auch E-Profis nicht gleich für jede Anwendung ätzen oder fräsen :D
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