English language translation follows German text
Wer mich kennt, weiß dass ich richtig Spaß dran habe nach Verbesserungsmöglichkeiten bei der Musikwiedergabe zu suchen.
Diesmal habe ich mich der Ansteuerung des Laufwerksmotors gewidmet. Als Motor verwende ich einen kräftigen alten NOS Pabst Motor – übrigens derselbe Motor der auch im TechDas Zero verwendet wird. Als Ansteuerung verwende ich einen industriellen Frequenzumrichter:
Diese Baugruppen funktionieren so: Die ankommende Wechselspannung wir im Grunde mit einem Schaltnetzteil in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese wird dann nach Vorgabe durch die Elektronik so zerhackt, dass 3 etwas stufige Sinusspannungen am Ausgang anliegen. Ein nachgeschalteter Filter glättet dann die Stufen. Da die Geräte für universelle Anwendungen ausgelegt sind kann man sie spezifisch für den Anwendungsfall programmieren (z.B. Charakteristik, Hoch- und Runterlaufen, Strom – und Spannungsgrenzwerte) Wenn man sich genug Mühe gibt, lässt sich der Frequenzumrichter sehr gut an den jeweiligen Motor anpassen. Beim ersten Mal sollte man schon einige Zeit einkalkulieren! Bei dem von mir verwendeten Frequenzumrichter umfasst das Manual 388 Seiten! Wenn man den netzseitigen Eingang und den Ausgang gut filtert und alles ordentlich abschirmt, funktioniert das auch gut!
Aber es gibt auch einige Problemstellen:
- Die Phasenlage der 3 Ausgänge zueinander ist mit je 120° vorgegeben. Eine Angleichung an den Motor ist nicht möglich. Die Genauigkeit hängt von der Elektronik des Frequenzumrichters ab.
- Dasselbe gilt für die Ausgangsamplituden – lassen sich weder sehr fein, noch unabhängig voneinander einstellen.
- Die Genauigkeit der Ausgangsfrequenz hängt vom internen Taktgeber ab und ist nicht gerade ausgezeichnet, driftet oft ein wenig bei Temperaturschwankungen/ Erwärmung des Frequenzumrichters.
- Durch eine Samplingrate von üblicherweise 1-4 kHz ist das Ausgangssignal stufig, was nichts anderes bedeutet als die Erzeugung von Harmonischen.
- Die interne Auflösung ist natürlich auch begrenzt – 8 Bit ist ein üblicher Praxiswert.
Also gibt es Möglichkeiten zur Verbesserung!
Ich habe nun als Testaufbau Folgendes probiert:
Als Frequenzgeber kommt ein Wavetek 650 Phasenstandard zum Einsatz:
Dies ist ein wirklich sehr schönes Laborgerät! So lässt sich die Phasenlage individuell auf 1/1000 Grad einstellen. Auch die Amplitude lässt sich auf 3 Stellen hinter dem Komma für jeden Kanal justieren. Über die Frequenzgenauigkeit brauchen wir auch nicht grübeln: 10 E -6! Da das Gerät auch an einen externen Frequenzstandard angeschlossen werden kann, was ich hier natürlich mache, ist die Ausgangsfrequenz im Bereich 10 E-12 genau! Das reicht auf jeden Fall! Selbstverständlich sind die Ausgangssignale auch nicht stufig, sondern ein sauberer Sinus! Ich habe –71 dBc THD gemessen.
Das, was zur Anpassung an einen Motor nötig ist lasst sich alles einstellen und abspeichern. Das Gerät stammt aus der, wie ich es nenne “goldenen Zeit der Messtechnik“ (also 90er Jahre des letzten Jahrhunderts!) Grundsolide mit hochwertigen Teilen und stabilem Gehäuse aufgebaut. Damals gab es auch einen Aktenordner mit Manual und Schaltplänen zu jedem Gerät! So etwas wird heute von der Qualität her einfach nicht mehr gebaut! Die wenigen Gebraucht Geräte sind noch recht teuer: Man benötigt ja 3 Ausgangskanäle, muss also die 4-Kanal Variante bekommen!
Das Ausgangssignal des Wavetek 650 reicht natürlich nicht zur Ansteuerung eines Motors – also braucht man noch einen 3-kanaligen Verstärker.
Ich wollte hier einen rein analogen Class A/B Verstärker mit mindesten 3 x 200 W an 4 Ohm. Der Motor selbst braucht im Betrieb etwa 3 x 20 W, aber zum dynamischen Nachregeln sollte schon Headroom da sein!
Rein zum probieren fiel da meine Wahl ganz pragmatisch auf einen PA-Verstärker von Thomann:
4 x 200 W an 4 Ohm. Und das Teil kostet neu nur € 249! Wenn man da reinschaut: OK kein Ultra-High End aber solide gemacht! Ich habe schon diverse Verstärker aus dem Hifi/HighEnd Bereich gesehen, die mindestens das 10-fache kosten und rein verstärkerseitig gleich oder sogar schlechter sind! Ok, die Gehäuse sind dafür „schöner“!
Das Ganze muss natürlich entsprechen aneinander angepasst und justiert werden! Es gibt ja minimale Unterschiede bei den einzelnen Wicklungen des Motors – für optimal leisen Lauf muss man Phasenlage und Amplitude minimal justieren können…
Nein ich habe das Rad nicht neu erfunden! Es gibt auch andere Hersteller, die in diese Richtung arbeiten, bzw. gearbeitet haben. Nur wohl nicht mit dieser Präzision. Das was ich jetzt aufgebaut habe, lässt sich prinzipiell für jeden als Plattenspielerantrieb verwendeten AC-Motor einsetzen.
Ein Produkt ist es so natürlich nicht: Die Wahl der Geschwindigkeit also 33/45 erfolgt durch Abruf von Geräteeinstellungen. Das Ganze ist relativ groß: 2 x 19-Zollgeräte zusammen etwa 30 cm hoch und inklusive Anschlüsse 60 cm tief. Der Wavetek 650 hat auch einen hörbaren Lüfter – also nicht im Hörraum aufstellen!
Rein von der Steigerung der Wiedergabequalität aber ein schöner Schritt nach vorne: Was ich sofort gehört habe: Der ganze Hochtonbereich gewinnt deutlich – natürlicher, realistischer Damit geht wie üblich auch mehr Dynamik und Räumlichkeit einher! Das ist schon mal der richtige Weg!
Wenn jetzt Anfragen kommen, ob ich so was wohnzimmertauglich bauen kann – ja geht aber wird ziemlich teuer, da ein nicht unerheblicher Entwicklungsaufwand nötig ist!
Das Ende der Thematik „Plattenspielerantrieb“ ist damit noch nicht erreicht! Ich plane als nächstes einen komplett luftgelagerten „cogless“ AC-Motor mit dieser Ansteuerung.
Anyone who knows me knows that I really enjoy looking for ways to improve music playback.
This time I have dedicated myself to improving the drive of the the drive motor. I use a powerful old NOS Pabst motor as the motor – the same motor that is used in the TechDas Zero, by the way.
I use an industrial frequency converter as the control: These components work like this: The incoming alternating voltage is basically converted into a direct voltage using a switching power supply. This is then chopped up by the electronics as specified so that 3 slightly stepped sinusoidal voltages are present at the output. A downstream filter then smooths out the steps. Since the devices are designed for universal applications, they can be programmed specifically for the application (e.g. characteristics, running up and down, current and voltage limits). If you put enough effort into it, the frequency converter can be adapted very well to the respective motor. You should allow some time for this the first time! The manual for the frequency converter I use is 388 pages long! If you filter the mains input and output well and shield everything properly, it works well!
But there are also a few problem areas:
– The phase position of the 3 outputs to each other is set at 120° each. It is not possible to adjust it to the motor. The accuracy depends on the electronics of the frequency converter.
– The same applies to the output amplitudes – they cannot be adjusted very finely or independently of each other.
– The accuracy of the output frequency depends on the internal clock generator and is not exactly excellent, often drifts a little when the temperature fluctuates/the frequency converter heats up.
– Due to a sampling rate of usually 1-4 kHz, the output signal is stepped, which means nothing other than the generation of harmonics.
– The internal resolution is of course also limited – 8 bits is a common practical value.
So there are possibilities for improvement! I have now tried the following as a test setup:
A Wavetek 650 phase standard is used as the frequency generator: This is a really very nice laboratory device! The phase position can be individually set to 1/1000 of a degree. The amplitude can also be adjusted to 3 decimal places for each channel. We don’t need to worry about the frequency accuracy either: 10 E -6! Since the device can also be connected to an external frequency standard, which I am doing here of course, the output frequency is accurate in the range of 10 E-12! That is definitely enough! Of course, the output signals are not stepped, but a clean sine wave! I measured -71 dBc THD. Everything that is needed to adapt to a motor can be set and saved. The device comes from what I call the „golden age of measurement technology“ (i.e. the 90s of the last century!). It is rock solid with high-quality parts and a sturdy housing. Back then there was also a file folder with a manual and circuit diagrams included for each device! Something like this is simply no longer built today in terms of quality! The few used devices are still quite expensive: you need 3 output channels, so you have to get the 4-channel version! The output signal of the Wavetek 650 is of course not enough to control a motor – so you need a 3-channel amplifier.
I wanted a purely analogue Class A/B amplifier with at least 3 x 200 W at 4 ohms. The motor itself needs about 3 x 20 W when in operation, but there should be headroom for dynamic adjustment! Just to try it out, I chose a PA amplifier from Thomann quite pragmatically: 4 x 200 W at 4 ohms. And the thing only costs €249 new! If you take a look inside: OK, not ultra-high end but solidly made! I have already seen various amplifiers from the hi-fi/high-end range that cost at least 10 times as much and are just as good or even worse in terms of amplifiers! OK, the housings are „nicer“!
The whole thing obviously has to be adapted and adjusted accordingly! There are minimal differences in the individual windings of the motor – for optimal quiet operation, you have to be able to adjust the phase position and amplitude minimally… No, I haven’t reinvented the wheel! There are other manufacturers who are working or have worked in this direction. Just probably not with this level of precision.
What I have now built can in principle be used for any AC motor used as a turntable drive. It is not a product, of course: the speed, i.e. 33/45, is selected by calling up device settings. The whole thing is relatively large: 2 x 19-inch devices together are about 30 cm high and 60 cm deep including connections. The Wavetek 650 also has an audible fan – so don’t set it up in the listening room!
But purely in terms of the improvement in playback quality, it’s a nice step forward: What I heard straight away: The entire high frequency range has improved significantly – more natural, more realistic. As usual, this also means more dynamics and spatiality!That’s definitely the right way to go!
If I now get inquiries about whether I can build something like this that’s suitable for the living room – yes, it can, but it will be quite expensive, as a considerable amount of development work is required!
This is not the end of the „record player drive“ topic! Next, I’m planning a completely air-bearing „cogless“ AC motor with this control.