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TNT Preambolo N - Autocostruzione preamplificatore Dual-Mono a Nuvistori

Una esercitazione sull’equilibrio

[English version]

Prodotto: TNT Preambolo N(uvistori)
Costruttore: non in vendita, progetto di autocostruzione gratuito di TNT-Audio
Costo approssimativo: 300-450 Euro, dipendente dai componenti utilizzati
Autore: Giorgio Pozzoli - TNT Italy
Pubblicato: Dicembre 2003/Febbraio 2004

Dopo i buoni risultati avuti con il Preambolo volevo provare un altro tipo di componente nella tipologia circuitale single ended sulla quale stò lavorando.

I Nuvistori sono stati gli ultimi dispositivi nati nel mondo valvolare classico: progettati quando i transistor già si erano imposti sul mercato, sono tubi termoionici miniaturizzati in un involucro metallico. Si presentano come cilindri metallici molto piccoli (diametro di 1cm=2/5 di pollice e lunghi meno di 2cm=4/5 di pollice) con un fondo ceramico dal quale fuoriescono piedini terribilmente sottili. Questi pin per fortuna sono protetti dalla copertura metallica che si protrae internamente attraverso due sporgenze di dimensioni differenti; queste sporgenze costituiscono le chiavi e le guide per l’inserimento nei piccolissimi zoccoli speciali necessari per queste valvole molto speciali.

Nonostante le ridotte dimensioni i nuvistori possono normalmente sopportare un voltaggio Vb standard: in ogni caso molti dei punti di lavoro consigliati sono posti a tensioni piuttosto basse e c’è il sospetto che i produttori abbiano provato a promuovere sul mercato l’immagine di valvola per basse tensioni al fine di metterla in diretta competizione con i transistor nello stesso genere di applicazioni e con una tensione di alimentazione simile.

In effetti il costo di un alimentatore cresce molto rapidamente al crescere della sua tensione di uscita, e quindi tensioni basse comportavano una riduzione dei costi. Sfortunatamente le valvole erano molto penalizzate anche dalla necessità di avere un ulteriore alimentatore per i filamenti e dalla loro durata limitata nel tempo, e questa battaglia perciò fu persa: i nuvistori resistettero ancora per qualche anno nelle applicazioni dove venivano richieste un’ampia larghezza di banda ed una rumorosità molto bassa.

Appena i dispositivi a stato solido raggiunsero gli stessi livelli prestazionali, la produzione dei nuvistori cessò. Questo avvenne molti anni fa e ci sono probabilità molto scarse che la loro produzione riprenda. Così ora questi tubi sono reperibili esclusivamente usati o NOS. A tal proposito, dei molti componenti ancora disponibili, il mercato ha di recente fatto piazza pulita, così adesso sarebbe davvero difficile pensare di nuovo ad un utilizzo industriale di queste valvole.

Erano usate di norma in applicazioni di alta frequenza o di larga banda (per esempio radio, tv, oscilloscopi della Tektronics), ma anche in alcuni sistemi audio molto particolari. E nonostante la loro scarsa notorietà venivano utilizzate dalle aziende più rinomate: per esempio Conrad Johnson (preamplificatori Premium 6 e Premium 7, dove i nuvistori erano presenti nel primo stadio del pre), McIntosh (sintonizzatori MR65 ed MR71, negli stadi RF), Barman Pardon (sintonizzatore Citation VII sempre negli stadi RF) ed anche AKG (microfono C12-A, come preamplificatore) e Neumann (microfono U47, ancora come pre in alcune varianti: effettivamente la piccola dimensione di questi tubi suggeriva di usarli anche come preamplificatori internamente a questi famosi microfoni).

Recentemente i nuvistori sono stati tirati fuori dal paradiso delle valvole, dove prima o poi finiranno tutti i tubi termoionici (eventualmente non prima che sia stato trovato qualcosa di meglio, come spesso succede nel nostro mondo imperfetto...), dal Sig. Michaelson di Musical Fidelity, che ha costruito qualche apparecchio di qualità molto alta con questa tecnologia. Le serie Nuvista sono veramente famose nel mondo audiofilo, e probabilmente hanno eliminato le residue probabilità di vedere altre applicazioni industriali dei nuvistori.

A seguito della mia infinita battaglia per trovare il miglior suono al costo più basso, mi sono interessato a questi dispositivi principalmente per trovare una soluzione alternativa economica nell’ambito valvolare, avendo notato che si presentavano con tassi di distorsione molto buoni nelle applicazioni a bassa tensione.

Sfortunatamente i data sheet dei nuvistori evidenziano caratteristiche che non sono proprio quelle ideali in termini di linearità, ed in effetti il circuito non si è rivelato così eccezionale nell’ambito delle misure.

In ogni caso l’apparecchio, miscelando il meglio delle valvole e dello stato solido, esprime delle caratteristiche generali i cui risultati non posso che considerare pienamente positivi. E così ecco il progetto.

Il nuovo progetto

La maggior parte dei circuiti sono esattamente gli stessi del Preambolo a stato solido. Il prototipo originale era composto da tre schede:

- una scheda per l’alimentatore dual mono, con due alimentatori totalmente indipendenti , uno per ciascun canale;
- una scheda d’ingresso, con gli attenuatori, il selettore ed il controllo del volume;
- una scheda per l’amplificazione, con gli ultimi condensatori di bypass dell’alimentatore, i circuiti degli stadi attivi e le capacità di accoppiamento dell’uscita.

Per il Preambolo N ho riutilizzato la stessa scheda d’ingresso e l’alimentatore originale come “alta tensione” Vb per i nuvistori, senza modificare nulla. Tutto quello che dovevo fare era sostituire la scheda degli stadi attivi con una contenente i nuvistori ed aggiungere un alimentatore per i filamenti.

Quindi molte delle considerazioni valide per il Preambolo a stato solido sono applicabili alla versione con i nuvistori, e non le discuterò di nuovo. Gentilmente date un’occhiata all’articolo sul Preambolo per maggiori informazioni.

Il circuito audio

Ancora una volta la disposizione generale del circuito è come quella del Preambolo a stato solido: selettore d’ingresso seguito dal controllo di volume e dallo stadio attivo.

Rimangono al loro posto anche i trimmer in serie ad ogni ingresso, ma non ho riscontrato che siano effettivamente necessari: potete probabilmente eliminarli senza avere problemi particolari (a meno che le valvole non siano selezionate davvero male).

Il selettore d’ingresso è sempre quello di alta qualità della Palazzo, con i contatti placcati in oro, e il potenziometro è ancora l’attenuatore a scatti AURA D7A Model 1. Comunque è possibile qualsiasi altra soluzione.

Lo stadio attivo è semplice come al solito. Un nuvistore 7586 a catodo comune e polarizzazione (di catodo) automatica, senza alcun bypass catodico, pilota un altro nuvistore 7586 (inseguitore di catodo) a placca comune.

Il resistore di catodo non bypassato limita il guadagno e la distorsione. Introduce un po’ di retroazione, ma è solo locale, retroazione intrinseca, così non comporta alcun problema.

Ancora una volta il circuito è semplice e funziona bene.

Solo un paio di avvertimenti. Se trovate molta differenza sul guadagno fra i due canali provate a riequilibrarlo misurando la tensione d’uscita con un ingresso sinusoidale prefissato, spostando i nuvistori attraverso i vari zoccoli e prendendo nota del voltaggio in uscita. E se potete misurare la distorsione dovreste migliorare anche questa e tenerla così sotto controllo, ho trovato infatti valori piuttosto diversi con valvole differenti; niente impedisce o preclude il funzionamento del sistema, ma perché non provare ad ottimizzarlo, se è possibile? In ogni caso non sono stato capace di scendere al di sotto dello 0,7% per 2V rms di tensione d’uscita nella mia configurazione con i quattro tubi che avevo a disposizione.

Ho fatto un po’ di calcoli ed altri test basandomi sulle curve caratteristiche utilizzando altri nuvistori come per esempio i tipi 6CW4 o 8056 (che è una valvola specifica per funzionamento a bassa tensione), ma non sono riuscito ad ottenere nulla di meglio. Ho anche provato una configurazione presentata su una rivista cartacea un po’ di anni fa che dava una distorsione dello 0,07% a pieno volume, ma ne ho misurata più dell’1,5%.....non credete mai a quello che non misurate da voi stessi (e, aggiungerei, mai avere troppa fiducia nelle vostre misure: è molto facile sbagliarsi·).

L’uscita è accoppiata come di consueto tramite un condensatore al polipropilene di alta qualità. Ho usato una capacità di 10mF, ma il suo valore non è critico (qualsiasi valore da 1mF in su può andare, più è alto più otterrete bassi forti).

Anche per i nuvistori si è avuta un’attenzione particolare per l’alimentazione disposta sulla scheda audio: due condensatori in parallelo, un elettrolitico da 3300mF (più un serbatoio energetico che un vero componente di filtro) ed un carta e olio da 0,47mF, posti vicino ai nuvistori.

[TNT PreAmble N Line Stage schematic]

L’alimentatore

L’alimentatore di “alta” tensione è esattamente lo stesso usato nel Preambolo a stato solido: riprendo il discorso dall’articolo precedente.

“La connessione con la rete avviene attraverso un cavo d’alimentazione staccabile, connesso ad una vaschetta IEC sul pannello posteriore dell’unità. La vaschetta contiene anche l’interruttore principale, i due fusibili (uno per ogni fase) e un filtro di rete.

Da questo punto in poi l’unità è completamente dual mono: ci sono due trasformatori e due alimentatori, uno per ogni canale. Ciascun alimentatore è molto semplice perché è richiesta solo una tensione di alimentazione, vista la tipologia circuitale, esattamente come nei progetti SE a valvole.

Il trasformatore eroga 30Vrms. Obiettivamente potete usarne uno da 15+15V sempre che siate capaci a realizzare correttamente una connessione in serie dei due secondari (il che è da prevedere se siete interessati alla costruzione di questo progetto...). I rettificatori sono diodi discreti ultra veloci, tipo BYV27-100. Ciò aiuta a ridurre il rumore di commutazione.

I diodi sono seguiti da un gruppo di condensatori, idealmente al polipropilene per i valori più bassi ed elettrolitici per quelli più alti. Forniscono un primo filtraggio sul ripple della frequenza dell’alimentatore.

Quindi segue un regolatore di tensione serie a MOSFET. La configurazione è quella consueta ma qui i valori usati sono piuttosto particolari. La costante di tempo della rete al gate del MOSFET è infatti più alta di 2000 secondi... le unità impiegano qualcosa come 3 ore per raggiungere il 95% della tensione definitiva!!!

L’effetto è una lisciatura terribile di ogni ripple. L’alimentatore diventa molto silenzioso.”

Adesso, avendo a che fare con delle valvole, non è consigliabile mantenere il circuito sempre alimentato a causa della durata limitata nel tempo (comunque enorme, nell’ordine di 50000 ore, dei nuvistori rispetto gli altri tubi). In questo modo c’è così almeno un vero svantaggio: al circuito occorrono un po’ di minuti per divenire operativo e non è in grado di esprimere le sue migliori prestazioni prima di un certo tempo.

Normalmente l’accensione è regolare e non ci sono “bump” particolari sui diffusori se l’amplificatore finale viene alimentato durante la fase di accensione del Preambolo N: così non sono state previste protezioni speciali. In ogni caso c’è potenzialmente un rischio: la grande corrente che scorre nei condensatori di uscita all’accensione. Con il mio amplificatore di potenza, che ha il circuito d’uscita protetto contro la corrente continua (se qualsiasi tipo di corrente continua è rilevata in uscita, quest’ultima è disconnessa), le correnti transitanti sono temporaneamente rilevate come tensione continua e quindi subentrano le protezioni. In ogni caso non credo che questi transiti possano realmente danneggiare un diffusore.

[TNT PreAmble N HV PSU schematic]

E’ stato aggiunto un ulteriore alimentatore per i filamenti (uno per entrambe i canali). E’ ancora un alimentatore stabilizzato con una topologia molto simile a quella dell’alimentatore dell’alta tensione.

Il trasformatore è da 15VA con due secondari da 12V, connessi in parallelo. I rettificatori ed i condensatori sono dello stesso tipo di quelli previsti per l’alta tensione.

La costante di tempo del regolatore è inoltre meno pesante rispetto a quella dell’altro alimentatore ma c’è una predisposizione specifica che permette all’unità di raggiungere il 90% della tensione nominale in un tempo molto breve. All’accensione C308-9 sono completamente scarichi. La tensione attraverso C302-C307 cresce molto rapidamente mentre C308-9 iniziano a caricarsi lentamente, così il potenziale su R302 tende ad aumentare ma appena raggiunge il valore Vf (tensione inversa, tipicamente intorno a 0,7V) del diodo D305 questo lascia passare la corrente, caricando rapidamente i condensatori C308-9; quando la differenza di potenziale tra il centrale del potenziometro e C308 diventa più bassa della Vf di D305 la corrente scorre solo attraverso R302, ed il circuito inizia a funzionare come un alimentatore regolato ad alta costante di tempo.

Notate che questa soluzione potrebbe essere applicata anche all’alimentatore per l’alta tensione, ma mentre in quello per i filamenti la Vf del diodo, rispetto la tensione finale, è di una percentuale tale (>10%) da far sì che si riduca enormemente la probabilità che disturbi impulsivi provenienti dalla linea di alimentazione, grazie al diodo, vadano nel circuito audio, nel caso dell’alimentatore per l’alta tensione la caduta sarebbe soltanto minore del 2%, che per quanto mi riguarda potrebbe non essere sufficiente.

Il potenziometro deve essere regolato per avere 6,3V in uscita.

[TNT PreAmble Filament PSU schematic]

La costruzione

Ancora una volta non posso fare niente di meglio che riprendere il discorso dal mio articolo precedente.

“Tutti i circuiti sono montati su circuiti stampati a faccia singola. Come al solito il lato ramato è utilizzato come piano di massa e tutti i componenti sono montati su questo lato. Date uno sguardo alle istruzioni per l’assemblaggio per ulteriori delucidazioni.

Le connessioni interne, tra i circuiti stampati e da questi ai connettori RCA sono piuttosto sottili, del tipo solid-core, con fili di rame placcato in argento. Per le connessioni più lunghe ho usato cavo solid-core isolato ricavato da un cavo per reti informatiche UTP Cat.5.

Nel cablaggio dello stadio di linea ho seguito esattamente lo schema a partire dai pin d’ingresso. I connettori d’ingresso sono isolati dal pannello posteriore, tutti i capi freddi di questi connettori per ogni canale sono connessi insieme. I ritorni di massa per ogni canale sono connessi in un solo punto, che è il centro-stella di massa mostrato nello schema.

Se fosse possibile anche le connessioni tra R105, R108, R109 e R110 e la massa dovrebbero essere realizzate utilizzando percorsi separati, direttamente dalla resistenza al centro-stella di massa.

Un’attenzione particolare va prestata al fine di minimizzare i loop di massa. Con una costruzione dual mono non è facile: la configurazione mostrata sotto è quella che funziona meglio con le mie prove, dipende probabilmente dal piano di montaggio dei componenti.”

[TNT PreAmble global schematic]

Ricordate di connettere il piano di massa della scheda dei nuvistori al punto di centro stella: questo riduce un po’ il rumore di fondo (che è molto basso, più basso del fondo scala par a -96dB del mio strumento...).

Il suono

Come sempre non recensisco affatto il progetto, so che potrei non essere obiettivo.

Solo per aiutare il lettore a decidere se è il caso di procedere con i nuvistori o scegliere lo stato solido, dirò che il suono in entrambe i casi è estremamente preciso, controllato, neutrale (la risposta in frequenza è piatta ad un hertz...), e non difetta affatto in dinamica.

Inoltre (ma farei meglio a dire in particolar modo, vista la tecnologia utilizzata) per il Preambolo N posso dire che il suo suono è molto differente da quello che viene normalmente considerato suono “valvolare”. Niente di più lontano da quanto annunciato nella presentazione: suono forte, chiaro, molto veloce, autoritario, controllato: le poche caratteristiche analoghe a quelle dei normali sistemi valvolari sono l’assoluta trasparenza, l’assenza di qualsiasi tipo di granulosità, le alte frequenze brillanti e una scena sonora ampia e precisa.

Infatti le differenze principali tra le due unità gemelle sono nelle alte frequenze, un po’ più dettagliate e brillanti, ed in un suono leggermente più trasparente e musicale: è un po’ come, ad altri livelli, avviene per i migliori sistemi valvolari: la musica sembra uscire dai diffusore ed espandersi immediatamente tutt’intorno, illuminando la scena acustica come una brezza.

Quello che viene perso, rispetto l’ambito valvolare, in termini di pura musicalità è compensato da un maggior peso e da una maggiore presenza, così che il risultato è così convincente ed autoritario come quello di produrre costantemente degli effetti “chitarra”: il progetto è capace di portare questo tipo di coinvolgimento, mentre preserva allo stesso tempo un controllo perfetto, senza quella specie di qualità obbligata o forzata che si percepisce, all’ascolto, con lo stato solido.

Deve però essere chiaro: le differenze non sono per niente grandi, ed anche se non posso dire che siano difficili da percepire è comunque consigliato un sistema audio di livello buono od ottimo per essere sicuri di poterle evidenziare.

Conclusione

Il progetto di questo preamplificatore è stato uno dei lavori più impegnativi che ho dovuto affrontare. La scelta del punto di lavoro è stata rivista e cambiata più volte, così come il tipo di nuvistori usati.

Il risultato è in ogni caso un preamplificatore che ripaga di tutte le energie spese.

O meglio spese fino a questo punto. Si, perché questa è solo la prima battaglia di tutta la guerra, cari e dannati nuvistori...

Part List

Line stage - one unit for each channel

Code Value Rating Notes
C101 3300uF 50V Electrolytic
C102 0.47uF 50V Paper in oil
C103 10uF 50V Polypropylene
R101 47k 1/4W 1% Holco
R102 47k 1/4W 1% Holco
R103 47k 1/4W 1% Holco
R104 47k 1/4W 1% Holco
R105 1.2k 1/4W 1% Holco
R106 33k 1/4W 1% Holco
R107 1k 1/4W 1% Holco
R108 120k 1/4W 1% Holco
R109 120k 1/4W 1% Holco
R110 22k 1/4W 1% Holco
R111 220k 1/4W 1% Holco
VR101 500k 1/4W 1% trimmer
VR102 500k 1/4W 1% trimmer
VR103 500k 1/4W 1% trimmer
VR104 500k 1/4W 1% trimmer
VR105 potentiometer   see text
U1 7586   Nuvistor
U2 7586   Nuvistor
SW101 Selector   2 ways 6 positions
  Pin RCA Isolated, gold plated 12 required

HV PSU - one unit for each channel

Code Value Rating Notes
C501 1nF 50V Polypropylene
C502 0.47uF 50V Polypropylene
C503 3300uF 50V Electrolytic
C504 3300uF 50V Electrolytic
C505 3300uF 50V Electrolytic
D501 BYV27-100   Superfast Diode
D502 BYV27-100   Superfast Diode
D503 BYV27-100   Superfast Diode
D504 BYV27-100   Superfast Diode
R501 3.3k 1/4W 1% Holco
R502 22k 1/4W 1% Holco
R503 625k 1/4W 1% Holco
R504 10k 1/4W 1% Holco
M501 IRF830   Power MOSFET
TR501 PSU Transformer 30VA Prim:220V Sec:30V (or 15+15V)
  Mains Filter with IEC socket with power switch and fuse

Filament PSU - one unit for both channel

Code Value Rating Notes
C301 0.47uF 25V Polypropylene
C302 4700uF 25V Electrolytic
C303 4700uF 25V Electrolytic
C304 4700uF 25V Electrolytic
C305 4700uF 25V Electrolytic
C306 4700uF 25V Electrolytic
C307 4700uF 25V Electrolytic
C308 4700uF 25V Electrolytic
C309 0.47uF 25V Polypropylene
D301 BYV27-100   Superfast Diode
D302 BYV27-100   Superfast Diode
D303 BYV27-100   Superfast Diode
D304 BYV27-100   Superfast Diode
D305 1N4148   Signal Diode
R301 1R 5W Power resistor
R302 150k 1/4W 1% Holco
R303 4.7k 1/4W 1% Holco
VR301 20k 1/2W Multiturn
M301 IRF610   Power MOSFET
TR301 PSU Transformer 15VA Prim:220V Sec:12V

Copyright 2003-2004 Giorgio Pozzoli - www.tnt-audio.com

Traduzione: Sandro Savino

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