Revisione e modifica di un lettore CD vintage - Philips CD880 Parte 2

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Categoria principale: Elettronica Categoria: Audio
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Revisione e modifica di un lettore CD vintage Philips CD-880

Parte II


Seconda parte dell'articolo presentato la settimana scorsa in merito a questo fantastico lettore degli anni '80.

Nell'articolo precedente eravamo rimasti alla modifica degli stadi di uscita e più precisamente alla sostituzione dei condensatori di disaccoppiamento.

Come già detto in precedenza le verifiche strumentali hanno dati risultati molto interessanti, nonostante la riduzione del valore di capacità dei condensatori di uscita, però la prova del fuoco è sempre quella dell'ascolto.

Varie sessioni di ascolto con la mia musica preferita hanno dimostrato un notevole miglioramento del lettore, soprattutto per quello che riguarda la dinamica.

Sono quindi passato a provare vari amplificatori operazionali in sostituzione degli obsoleti (ma pur sempre validi) NE5532 montati di serie. Ho provato gli OP275, gli OPA2132 e OPA2134 ed infine gli AD826 per poi scegliere, almeno come gusto personale gli OPA2134. Tuttavia la scelta finale è sempre quella del proprietario in quanto la percezione della musica è sempre qualcosa di molto soggettivo e poco contano le misure strumentali. Allo scopo, la scelta di mettere degli zoccoli consentirà al proprietario di sostituire gli amplificatori operazionali di propria iniziativa in base ai gusti personali, (ovviamente il proprietario è stato istruito per bene su come effettuare le operazioni con tanto di manualetto operativo redatto a prova di imbecille).



 

Tuttavia le modifiche a "togliere" non sono finite, c'era ancora qualcosa che attirava la folle attenzione del dissaldatore.... Cos'è mai quello strano circuito con un FET montato sulla rete di retroazione del primo amplificatore operazionale?  sembra una rete di equalizzazione commutabile, ed infatti la lettura del manuale di servizio ha confermato la mia ipotesi.

Trattasi della rete di de-enfasi.

Agli albori della registrazione digitale, durante la fase di incisione dei CD, si applicava un poco di enfasi sulle alte frequenze per compensare il comportamento non proprio lineare dei convertitori DAC.

 

Il convertitore TDA1541A-S1 ha una risposta in frequenza perfettamente lineare e, quindi, se si leggono dischi incisi con pre-enfasi si rischia di avere un suono troppo ricco di frequenze acute. Per questo motivo i progettisti Philips si sono premurati di inserire un circuito che, su apposito comando, provvede ad eliminare l'enfasi.

I CD incisi con pre-enfasi hanno un indicatore riportato nei dati ausiliari, il decodificatore SAA7210 che ricava i dati dal disco, è in grado di rilevare questo indicatore e di pilotare un apposito circuito di de-enfasi posto subito a valle del convertitore DAC.
Il circuito di de-enfasi altro non è che una rete di equalizzazione che varia la risposta in frequenza dell’amplificatore operazionale posto subito a valle del DAC.

Nel normale funzionamento senza enfasi, la rete di retroazione dell’amplificatore operazionale forma un polo a 44.23kHz in modo da garantire un’adeguata banda passante (vedi simulazioni nelle pagine precedenti).

 
Al fine di comprendere meglio il funzionamento di questo circuito ho fatto alcune simulazioni al calcolatore con il solito programma LT spice.
Di seguito è riportato il modello dello stadio di uscita nella sua configurazione originale con la rete di de-enfasi (prima della modifica), da notare che il FET non è incluso in quanto, in condizioni normali (ovvero De-enfasi non necessaria) la sua azione è nulla.
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Di seguito è riportata la risposta dello stadio per una banda di frequenze che va da 1Hz a 40kHz (curva a tratto continuo).
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Si può benissimo vedere che la risposta in frequenza è identica rispetto a quella simulata nella prima parte dele pagine precedenti, infatti l’azione della rete di de-enfasi è praticamente annullata dalla resistenza da 4.7Megaohm.
 
Quando è necessario applicare la de-enfasi, il decoder SAA7210 attiva la linea di controllo DEEM e comanda il FET che funziona come interruttore. In questo modo la resistenza da 4.7Mohm risulta cortocircuitata e la rete di equalizzazione si trova collegata in parallelo alla rete di retroazione di base. Il modello del circuito diventa quello illustrato di seguito.

 

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Possiamo vedere la resistenza da 4.7Megaohm bypassata con un pezzo di filo.
Di seguito è riportata la risposta dello stadio per una banda di frequenze che va da 1Hz a 40kHz.
 

 

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È chiaramente visibile un comportamento completamente diverso in cui si ha un’attenuazione a partire da 1kHz con un andamento non lineare ed un polo a -3dB situato intorno a 4kHz (confrontare con il precedente in cui il polo a -3dB è situato intorno a 44kHz). A 10kHz il segnale è attenuato di ben 8dB e così via.
Questa è la curva complementare alla curva di pre-enfasi utilizzata sui primi CD.
Nelle registrazioni moderne l’enfasi non è praticamente più utilizzata e quindi il circuito di enfasi non è necessario.
Al fine di verificare quanto sopra riportato ho provato a riprodurre alcuni CD non troppo recenti (1986) e verificato lo stato della linea DEEM su un apposito punto di misura come riportato nel manuale di servizio a pagina 5-7.

 

  • In condizioni normali (no pre-enfasi) il livello di segnale misurato sulla linea DEEM deve essere pari a 0V,
  • In presenza di pre-enfasi il livello di segnale si porta a +5V.
 
Durante la prova il livello della linea DEEM è rimasto costantemente a 0V rivelando la completa assenza di enfasi.
Come controprova sono stati utilizzati anche dischi più recenti e la linea DEEM è sempre rimasta a livello 0V.
 
In teoria la rete di de-enfasi non dovrebbe disturbare la rete di retroazione principale ma, sia la presenza del FET che della resistenza da 4.7Mohm, in realtà provocano una piccola circolazione di corrente e quindi un’alterazione del carico “visto dagli amplificatori operazionali”.
Al fine di semplificare il carico degli amplificatori operazionali e l’impedenza della rete di equalizzazione è stato quindi rimosso il circuito di de-enfasi.
 
Operazioni:
  • Rimozione dei FET 6382 e 6383 (2N4859)
  • Rimozione delle resistenze 3452 e 3453 da 4.7Mohm
 





 

Dopo tante modifiche a "togliere", passiamo ora con le modifiche a "mettere".

Modifiche all'oscillatore principale

Nella sua configurazione originale il lettore utilizza un’architettura di clock in cui la funzione di oscillatore principale è svolta da una parte del filtro digitale SAA7220 che si appoggia su un quarzo esterno da 11.2896MHz collegato sui pin 10 e 11.
Il segnale a 11.2896MHz è utilizzato sia per i circuiti interni del filtro che per il decoder SAA7210, infatti il segnale di orologio è rilanciato indietro sul pin 9 verso il pin 19 del decoder.
Questa architettura è semplice e funzionale ma, presenta due problemi:
  • Il segnale di orologio del decoder dipende dal funzionamento del SAA7220 e quindi ne subisce tutte le influenze (soprattutto rumore e jitter);
  • Nell'eventualità di passaggio alla configurazione non-oversampling (vedi più avanti) bisogna togliere il chip SAA7220 e, in questo modo, si perde il segnale di orologio principale e il lettore risulta inutilizzabile.
 
La soluzione basata sul chip SAA7220 è un classico dettato dalle economie di produzione a livello industriale, è invece buona regola fornire un segnale di orologio separato ad ogni singolo componente senza utilizzare “rilanci” interni forieri di jitter.
Tenendo presente quanto sopra indicato ho disabilitato l’oscillatore interno del filtro digitale ed ho installato un oscillatore esterno di migliori prestazioni.
 
Inizialmente ero partito con l'idea di utilizzare un oscillatore XO della Tentlabs così come ho fatto su buona parte delle elettroniche su cui ho già messo le mani, per puro caso mi sono imbattuto in rete su un interessante sito di un simpatico Olandese ed ho trovato uno schemino piuttosto interessante.
Il vantaggio di questa soluzione è che permette di riutilizzare il quarzo originale ma montato su un circuito che migliora nettamente il segnale di orologio.
Tutti i dettagli di questo circuito e il relativo circuito stampato li trovate a questo link 

 

www.raylectronics.nl/index_en.html

 



 

In pratica si tratta di un circuito oscillante il cui segnale è applicato ad un FET configurato ad inseguitore di source e quindi funzionante da adattatore di impedenza. Il segnale in uscita sul source del FET è applicato all'ingresso di un velocissimo comparatore che consente di ottenere un'onda quadra quasi perfetta e soprattutto di avere più uscite in parallelo.

La disponibilità di più uscite in parallelo consente di alimentare in modo differenziato tutti i circuiti che necessitano del segnale di orologio senza dover utilizzare “rilanci” interni ai vari circuiti digitali. Questa soluzione comporta i seguenti vantaggi:

  • Indipendenza di funzionamento tra i vari circuiti e quindi riduzione delle interferenze reciproche;
  • Maggiore pulizia del segnale.
Il problema è che per tarare correttamente questo circuito bisogna avere un oscilloscopio con una banda passante piuttosto elevata (non meno di 150MHz) e qui ho dovuto chiedere aiuto ad un conoscente che mi ha gentilmente messo a disposizione il suo, sfortunatamente non ho pensato a fotografare la forma d'onda in uscita.

Il circuito è completato da un silenziosissimo alimentatore non molto sofisticato ma efficace per garantire le adeguate prestazioni dell'oscillatore.

 

Al fine di non disturbare eccessivamente gli altri circuiti, il nuovo oscillatore è alimentato dalla tensione digitale grezza prelevata dal condensatore 2524 dell’alimentatore centrale.

 



La figura riportata di seguito illustra il collegamento sul condensatore elettrolitico, da notare la robusta struttura di supporto (metallo pressofuso) che regge gli alimentatori e la meccanica di lettura.

 



 

Operazioni da effettuare

 
  • Dissaldatura del quarzo e successivo montaggio sulla scheda dell’oscillatore ausiliario;
  • Interruzione della pista di collegamento al pin 10 del chip SAA7220;
  • Interruzione della pista di collegamento al pin 9 del chip SAA7220
  • Rimozione dei condensatori SMD 2328, 2329 da 47pF;
  • Assemblaggio a parte della schedina dell’oscillatore esterno;
  • Cablaggio della linea di alimentazione e montaggio della schedina sul piano di massa principale;
  • I segnali forniti dall’oscillatore sono collegati sulle piazzole originali del quarzo mediante due resistenze da 47ohm e da qui i segnali sono inviati al pin 11 del filtro digitale SAA7220 (X-IN) ed al pin 19 del decoder SAA7210 (XIN).
  • Collegamento delle uscite al filtro digitale pin 11 del chip SAA7220 ed al pin 19 del chip SAA7210
 





 

Il nuovo circuito dell'oscillatore è fissato alla scheda principale per mezzo di torrette distanziatrici in plastica e poi schermato con uno scatolotto in rame per evitare qualsiasi problema di interferenze emesse.



 



 

 

La fotografia riportata di seguito illustra i nuovi collegamenti dei segnali di orologio verso il chip SAA7210 e verso il chip SAA7220, oltre al collegamento di Muting (vedi più avanti).

 



 

 

 
Una volta completata la modifica ho fatto un po' di misure sui segnali digitali del bus, misure che vi risparmio, per controllare che tutto fosse a posto. Dopodichè il lettore è tornato sull'impianto hifi, un disco sul piatto e... MAGIA!

Il lettore non sembrava più lo stesso, il suono si è aperto ancora di più e la scena sonora è diventata molto più dettagliata, per rendere l'idea è come se si fosse aperto il sipario su un'orchestra che suona sul palco.

A questo punto direte basta... e invece no! si può fare ancora dell'altro.

 

Filtraggio digitale

Come già ampiamente descritto nella prima parte dell'articolo, il convertitore DA di questo storico lettore è il famoso TDA1541A-S1. In merito al TDA1541 su Internet è possibile reperire moltissime informazioni, quasi tutti gli esperti sono concordi nell'affermare che la sua resa massima si ha nella configurazione "non oversampling", ma che diavolo vuol dire?

 

Vediamo il lettore CD-880 nella sua configurazione originale, ovvero la catena formata da SAA7210+SAA7220+TDA1541A.

Il chip SAA7220 che abbiamo già visto, è detto anche "Filter B" ed ha lo scopo di aumentare la frequenza di campionamento da 44.1kHz a 176.4kHz (4x), in questo modo gli artefatti (aliasing) di campionamento sono spostati al di fuori della banda audio. Spostando gli artefatti il filtraggio analogico di uscita può essere ottenuto con un semplice passa-basso a pendenza non troppo ripida in modo da ridurre la rotazione di fase.

 

Il fisico giapponese Kusunoki ha dimostrato che la modalità oversampling però ha i suoi lati negativi e suggerisce di passare alla modalità non-oversampling. In pratica il segnale digitale è trattato alla sua normale frequenza di campionamento e quindi a 44.1kHz. Operando in questo modo gli artefatti del campionamento si abbassano di frequenza ma, tuttavia, rimangono sempre al di sopra della banda audio ed attenuati dai filtri passa-basso di uscita.

Il vantaggio dove sta?

Kusunoki ha dimostrato che il processo di oversampling introduce dei piccoli errori e, come ben noto, l’alta fedeltà si basa soprattutto sui piccoli segnali e questi possono essere facilmente inficiati dai ritardi di fase prodotti dal processo di filtraggio digitale.

La rimozione del filtraggio digitale e quindi del chip SAA7220 dovrebbe permettere una migliore ricostruzione del reale evento musicale.

 

Come già illustrato in precedenza, il chip SAA7220 contiene anche l’oscillatore principale del sistema e quindi la sua rimozione non è proprio cos' banale, ma a questo abbiamo già rimediato usando un oscillatore esterno.

 
Di seguito sono illustrate le modifiche apportate.

Modifica circuiti di alimentazione SAA7220

Nell’ottica di garantire un funzionamento universale, il primo intervento è stato il miglioramento del filtraggio dell’alimentazione.

Il filtro digitale, in origine, è alimentato mediante una cella RC formata dalla resistenza 3369 e dal condensatore 2330.
La cella RC originale è stata leggermente modificata inserendo una ferrite in serie alla resistenza 3369 da 1ohm e sostituendo il condensatore 2330 da 47uF con una coppia di condensatori Sanyo OS-con da 22uF bypassati da un condensatore in poliestere Wima da 1uF.
 
Operazioni:
  • Rimozione del condensatore 2330 da 47uF;
  • Cablaggio del nuovo filtro; 




  •   

    Lo spazio occupato dai nuovi condensatori è maggiore rispetto a quello disponibile sul circuito stampato e quindi ho scelto il posizionamento esterno utilizzando una piastrina millefori adeguatamente "truccata".



     

    Di seguito è illustrato lo schema del filtro digitale con i nuovi condensatori.

     



Modifica non-oversampling

 
Il secondo intervento riguarda la possibilità di passare in modo pratico e funzionale dalla configurazione oversampling 4x alla configurazione senza oversampling.
 
La configurazione non oversampling prevede la rimozione del filtro digitale e di conseguenza anche l’eliminazione di alcune funzioni ausiliarie facenti capo al chip SAA7220:
  • Soft muting: disabilitazione dell’audio a livello digitale durante il passaggio da una traccia all’altra (segnale MUSB) e nella situazione PAUSE;
  • Search attenuation: durante la fase di ricerca veloce all’interno di una traccia il segnale audio è attenuato a livello digitale di 12dB (segnale ATSB);
  • Uscita digitale (DOBM): impossibilità di avere segnale digitale su uscita coassiale ed ottica, questo non è un problema in quanto su richiesta del committente le uscite sono state disabilitate.
 
Dopo vari studi ho trovato una soluzione funzionale e pratica.

 

Il chip SAA7220, originariamente saldato direttamente sulla scheda, è stato rimosso e al suo posto è stato montato uno zoccolo DIL24 di qualità su cui è possibile montare:

 

  • Chip SAA7220 per la configurazione oversampling
  • Piastrino di bypass per la configurazione non-oversampling
 

Operazioni:
  • Rimozione del chip SAA7220 e montaggio di zoccolo DIL24 di qualità con contatti a tulipano;
  • Interruzione della pista che fa capo al pin 11 del chip SAA7211 e successivo collegamento al pin 17 (inutilizzato) dello zoccolo del SAA7220;
  • Assemblaggio a parte del piastrino di bypass.
 



 

 

In pratica quindi il passaggio da una modalità all’altra si traduce in una semplice operazione di estrazione/inserimento.
 
Nella configurazione non-oversampling la funzione di soft muting è esportata al decoder SAA7210 mediante un rilancio sul suo pin 11 del segnale MUSB proveniente dal microprocessore, preventivamente scollegato dal resto dei circuiti.
Infatti nel manuale di servizio a pagina 5-5 è indicato che il segnale MUTE facente capo al pin 11 del chip SAA7210 non è utilizzato in quanto è già utilizzato il filter-B (ovvero il SAA7220). Quindi basta scollegare la linea sul pin 11 del chip SAA7210 e collegarla con il pin 23 dello zoccolo del SAA7220.

 

Purtroppo, invece, la funzione Search attenuation non è esportabile al decoder, in quanto l’attenuazione di 12dB avviene a livello digitale entro il chip SAA7220 (vedi dettaglio riportato di seguito).
 



 

 

Si presuppone comunque che la funzione di ricerca all’interno di una traccia non sia poi utilizzata così frequentemente, al limite si può abbassare il volume dell’amplificatore.
Il piastrino di bypass comprende un circuito di reclocking che provvede alla ri-generazione sincrona del bus I2S in modo da rimuovere il jitter verso il DAC.
La rigenerazione sincrona previene gli errori sui dati e mantiene il “passo” originale con cui i dati sono letti dal disco e quindi massimizza le prestazioni.
 
Per garantire il muting durante il passaggio da una traccia all’altra (segnale MUSB) e nella situazione PAUSE, il segnale MUSB è richiuso sulla linea MUTE che va al decoder.
 
Di seguito è illustrato lo schema dei circuiti.
Praticamente i segnali del bus I2S presenti in uscita dal decoder sono inviati al chip IC1 (un quadruplo Flip-Flop tipo 74HC175) per essere ri-campionati alla frequenza principale (SYSCK) e quindi inviati verso il DAC.
Da notare che sono state inserite diverse resistenze da 100ohm sul percorso del segnale, questi componenti hanno lo scopo di limitare le emissioni di interferenze e migliorare la forma d’onda dei segnali.

I segnali EFAB, DAB e SCAB nella configurazione non-oversampling sono inutilizzati e quindi scollegati.

 



 
Di seguito la fotografia del piastrino di bypass.



 

Anche in questo caso, a completamento delle modifiche sono state effettuate alcune prove di ascolto.

 

Nella configurazione non-oversampling la resa sonora risulta molto più "musicale" o se si preferisce un altro termine si potrebbe dire più "eufonica". Nella configurazione oversampling il suono sembra essere più preciso ma al contempo un poco più "freddo" in quella che è la tipica connotazione del suono digitale. Anche in questo caso ho demandato l'ardua sentenza al proprietario che, dopo varie sessioni di ascolto, farà le sue scelte.

 

E no... non finisce qui, c'è ancora qualcosina da fare nella zona del DAC.

 

 

Modifiche al DAC

 

Come già detto più volte, il DAC utilizzato è il modello TDA1541A-S1 che rappresenta il livello intermedio di selezione della Philips (in ordine decrescente S2, S1, R1).
La configurazione utilizzata è quella classica indicata sul datasheet e, grazie alla pulizia delle tensioni di alimentazione (+5V, -5V e -15V, verificate tutta una per una) ci sono pochi interventi da effettuare.
 

 

Per il normale funzionamento sono richiesti 14 condensatori di disaccoppiamento da 100nF.

I condensatori utilizzati sono di buona qualità però, a causa delle loro dimensioni, sono posizionati piuttosto lontano dal chip e quindi perdono un poco di efficacia.

Con il duplice scopo di migliorare la dinamica e la soppressione dei disturbi ho effettuato alcune semplici modifiche.
 
Operazioni:
  • Collegamento di 12 condensatori ceramici multistrato da 100nF in parallelo a 12 dei condensatori esistenti e montati direttamente sui pin del chip
  • Collegamento di 2 condensatori elettrolitici al tantalio SMD da 10uF tra il pin 13 e massa e tra il pin 18 e massa (il terminale positivo va a massa)
  • Aggiunta di condensatori ceramici multistrato da 100nF in parallelo ai condensatori di bypass di alimentazione (SMD ceramici)
  • Rimozione del condensatore dell’oscillatore interno 2335, SMD ceramico da 680pF e sostituzione con un condensatore FKP Wima da 470pF, specifico per applicazioni ad impulsi
  • Montaggio di due condensatori Elna Cerafine da 220uF in parallelo ai diodi zener 6390 e 6321 per abbassare il rumore (sono stati riutilizzati due di quelli rimossi dallo stadio di uscita).
 



 





Con queste ulteriori modifiche il suono ha fatto un altro "zompo" con notevoli miglioramenti sulla dinamica sia in configurazione non-oversampling che oversampling.

 

E con questo terminano le modifiche elettriche più grosse.

Le altre modifiche sono di entità minore e riguardano semplicemente l’applicazione di pasta smorzante (Blu Tack) sui condensatori elettrolitici più grossi, con lo scopo di smorzare le possibili vibrazioni e migliorare la resa sulle basse frequenze.

 



 



 

E stavolta finisce veramente qui.

 

Come nota finale posso dire solo una cosa, chi ha letto il mio precedente articolo sulla modifica del lettore Marantz CD-6000 può notare che questa volta ho fatto molte meno modifiche.

Infatti il lettore Philips CD-880, pur essendo datato, si colloca su una fascia di prezzo ben più alta rispetto al Marantz CD-6000 e presenta delle caratteristiche di tutto rispetto e ha richiesto pochissime modifiche.

Da notare che dal CD-880 ho preso spunto proprio per apportare alcune delle modifiche al lettore Marantz CD-6000 che ora può competere tranquillamente con questo grande esemplare Vintage.

 

Bene, grazie per l'attenzione e al prossimo articolo.

 

Saluti a tutti.

 
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