Wie wirkt sich die Induktivität nun konkret aus? Eine beliebte Selbstbauschaltung ist Projekt 06 von Elliot Sound Products.

sound-au.com/project06.htm

Vielfach nachgebaut, gutmütig, einfach.
Mit den Originalwerten laut Bauanleitung und einem NE5532A oder LM833 ist der Unterschied beim Rauschabstand zwischen Netzwerk 1 und 1k am Eingang überraschend klein.

LM833:
1k am Eingang: -77,1 dB(A),
Netzwerk 1: -75,1 dB(A), also ca. 2 dB Unterschied.

Im Vergleich zu den fast 5,6 dB Unterschied, die M. Altmann bei idealem Verstärker den beiden Eingangsbeschaltungen zuweist, ist das sehr wenig. Wie kommt's? In dieser Schaltung überwiegt der Rauscheinfluss der Widerstände rund um den ersten Opamp. Da die Rauschspannungen der einzelnen Bauteile quadratisch addiert werden (sie haben stochastischen Charakter und sind voneinander unabhängig) und zum Schluss aus dem Ganzen wieder die Quadratwurzel gezogen wird, gibt es meist einzelne Bauelemente, die das Rauschverhalten dominieren. Hier trägt vor allem der 4k7-Widerstand in der Rückkopplung der ersten Opamp-Stufe zum Rauschen bei. Etwas geringer, aber noch spürbar auch der 1k-Widerstand des Pickups und ab 5 kHz der Eingangswiderstand von 47k.
Es bringt nichts, hier superteure rauscharme Opamps wie den LT1115 oder LT1028 einzusetzen. Im Gegenteil. Ihre Rauscharmut bezieht sich auf das Spannungsrauschen an den Eingängen. Das ist mit 0,9 nV/Wurzel(Hz) sehr sehr niedrig. Dafür liegt das Stromrauschen mit 1 pA/Wurzel(Hz) vergleichsweise hoch.

LT1028N_LT
1k am Eingang: -77,3 dB(A)
Netzwerk 1: - 73,5 dB(A)

Die Widerstände dominieren noch immer das Rauschverhalten. Der hohe Rauschstrom schlägt über die Induktivität mit einem deutlichen Abfall des Signal-Rausch-Abstands zu.
10 € statt 50 €ct bleiben ohne Nutzen.

Nun gibt es die Möglichkeit, die Rückkopplung niederohmiger auszulegen. Widerstände 1/10 des Ursprungswertes, Kondensatorwerte x 10, auch R2, der Schutzwiderstand am nichtinvertierenden Eingang kann durchaus auf 560 Ohm abgesenkt werden :




So sieht die Schaltung dann aus.

LM833:
1k am Eingang: -81,1 dB(A)
Netzwerk 1: -77,4 dB(A)


LT1028N_LT
1k am Eingang: -82,7 dB(A)
Netzwerk 1: -75,3 dB(A)

Das sind schon ganz anständige Werte. Aber man sieht auch, dass der Unterschied zwischen den beiden Eingangsbeschaltungen größer wird. Während beim LM833 das Stromrauschen noch nicht prominent in Erscheinung tritt, gibt es beim LT1028 schon einen deutlichen Abfall. Der als rauscharm angepriesene OpAmp erfüllt nicht die Erwartungen, aber nicht weil es ein schlechtes Bauteil ist, sondern weil er hier fehl am Platze ist.

Nun gibt es noch ein Extrem: AD797A, ein Ultra Low Noise OpAmp: 0,9 nV/Wurzel(Hz), aber dafür 2 pA/Wurzel(Hz) Stromrauschen an den Eingängen.

1k: -81,8 dB(A)
Netzwerk 1: nur noch -70,3 dB(A)

Hier übernehmen die Opamp-Eingänge die Führung beim Rauschen. Ab 3 kHz dominieren sie hier klar und verschlechtern das Rauschverhalten deutlich. Das Maximum der Rauschintensität liegt zwischen 2 und 8 kHz. Das dürfte unangenehm klingen. Solche hochgezüchteten Opamps spielen ihren Vorteil nur bei niederohmigen Signalquellen aus.

Für diese Schaltung eignen sich Opamps mit ausgewogenen Rauschwerten in der Eingangsstufe. Spannungsrauschen zwischen 3 und 5 nV/Wurzel(Hz), Stromrauschen max. 0,7 pA/Wurzel(Hz).
LM833, NE5532A, OPA134, respektive 2134, oder OP27, OP2227, sollten alle gute Ergebnisse bringen, wobei die preiswerten und gut erhältlichen NE5532A aus meiner Sicht die vernünftigste Wahl darstellen. Die zweite Opamp-Stufe trägt übrigens wenig zum Rauschen bei.


Viele Grüße,
Christian

29.01.2022: Korrektur der dB-Werte nach Model-Verifizierung, dass Stromrauschen und Spannungsrauschen an den Eingängen inkludiert sind.

Jetzt ergänze ich dazu gerne noch das Ergebnis für den Metaxas (MAS) Ikarus Phono-VV, das Michael gefragt hatte.

Die Schaltung ist diese, bereits ergänzt um die Phono-Kabelkapazität von 100 pF und das Netzwerk 1 als MM-Modell sowie das A-Bewertungsfilter:




Die Bewertung folgt den Argumenten, die Christian genannt hat:
Die Gegenkopplung für die Entzerrung ist vergleichsweise sehr hochohmig. Dadurch trägt der 1k Fußpunkt-Widerstand in der Gegenkopplung wesentlich zum Rauschen bei. Nämlich etwa genau so viel wie der 1 k Widerstand im Netzwerk 1.

Ergebnisse:
1 k am Eingang: -81,9 dB(A)
Netzwerk 1 am Eingang: -77 dB(A)

Also ca. 5 dB Verschlechterung durch Netzwerk 1 in diesem Fall.

Es wäre für MM-Systeme rauschmässig günstiger, die Gegenkopplung bei diesem VV niederohmiger auszulegen, wie Christian das gerade beim ESP demonstriert hat. Mit 1/10 der Widerstandswerte in der Gegenkopplung (entsprechend Kapazitäten x 10) wird der Rauschabstand 0,6 dB besser. Wenn dann noch LT1792 (extrem geringes Stromrauschen von nur 10 fA/Hz^1/2), statt des NE5534 verwendet wird, sogar um 1,9 dB besser.

NE5534: -77,6 dB(A)
LT1792: -78,9 dB(A)


Beim LT1028 (LT1028 Modell von LT in der LTSpice Datenbasis, die LT für ihre Bauelemente laufend aktualisiert) habe ich generell viel höheres Stromrauschen als Christian mit dem Modell 1028_TI in seiner Simulation. Evtl. liegt der Hund aber woanders begraben. Wir werden das klären. (siehe Edit)

Gruß
Reinhard


29.01.2022:
Das standardmässig für LT1028 in der Bibliothek von LTSpice abgelegte Modell liefert inkorrekte Rauschspannung.
Das Problem ist bekannt (auch bei LT1115) und wurde in einschlägigen Foren bereits mehrfach diskutiert. Ein Entwickler von LTSpice (M. Engelhardt) schlägt vor, in diesem Fall für Rauschsimulationen das Modell "UniversalOpamp2" zu verwenden und dort im Editor die für LT1028 zutreffenden Rauschparameter einzutragen (en=1n enk=1k in=1p ink=250). Damit ergeben sich die gleichen Rauschabstände wie von Christian in seinem obigen Post nach Korrektur v. 29.2.2022 genannt.

Besten Dank -- sehr interessant ! Die niederohmigere Version (egal, bei welcher Schaltungsvariante) stellt deutlich höhere Anforderungen an den OPV, wie ESP auch beschreibt. Der NE 5532 kann das, der TL 072 aber nicht. Ausserdem sind kleinere Werte für die Kondensatoren aus diversen Gründen vorteilhaft (preiswerter, leichter beschaffbar, kleiner --- und mehr Auswahl bei Typen mit hochwertigen Dielektrika).

Auch wenn er ein etwas ungünstigeres Stromrauschen besitzt, wäre es gut, den LM 4562 mit zu betrachten, denn das ist eine auch in der Industrie inzwischen vielgenutzte Alternative zum NE 5532, in fast allen Daten besser, teilweise deutlich.

Was die Beschattung des NE 5534 betrifft: Ich weiss, dass bei der Entwicklung verschiedene Versionen aufgebaut und verglichen worden sind, und die Version mit den kleineren Werten bei den Kondensatoren trotz des etwas höheren Rauschens bevorzugt wurden. Das mag auch damit zusammenhängen, dass im Original nur Styroflex zum Einsatz kommt.

Besten Gruss,

Michael

Hallo Michael,

soeben habe ich auch das Model des LM4562 in Stufe 1 eingesetzt. Die Rauschwerte mit Netzwerk 1 waren deutlich schlechter als beim LM833, was mich nach Deiner Aussage wunderte. Aber im Datenblatt stehen die Angaben zum Eingangsrauschen drin:

e_n: 2,7 nV/Wurzel(Hz)
i_n: 1,6 pA/Wurzel(Hz)

Beide Angaben beziehen sich auf 1kHz

Der Wert für das Eingangsstromrauschen liegt noch über dem Wert des LT1028. Für MM-Verstärker ist das wohl nix, obwohl die restlichen Daten ja sehr schön aussehen.
Anbei sind noch die Modelle von LM833 und LM4562, die das Eingangsrauschen mit drin haben.

Viele Grüße,
Christian

Hi Christian,

etwas überraschend ... aber vielleicht ist der in der Tat für Phono dann nicht so prickelnd. Der LM 833 ist allerdings aus anderen Gründen mit Vorsicht zu geniessen --- er neigt in vielen Schaltungen aus Gründen, die mir nicht klar sind, gerne mal zum schwingen. Man findet da auch viele Hinweise in andern Foren zu. Schade eigentlich, denn der ist auch einfach und preiswert zu bekommen.

Selber hatte ich dieses Problem aber noch nicht, und z.B. bei Grundig ist der LM 833 viel verbaut worden, da sind mir auch keine Probleme bekannt bisher.

Michael

Es stellt sich natürlich die Frage, wie relevant diese ganzen Rauschmessungen und Simulationen sind. Dazu einige Überlegungen und Vergleiche.


Vergleicht man den verschiedene "Vintage"-Verstärker aus den 70iger bis in die 90iger Jahre, sieht man in deren Technischen Daten ganz verschiedene Geräuschspannungsabstände für die Hochpegeleingänge (Monitor, TUNER, TB, CD, AUX), an die man einen externen Phono-Vorverstärker anschliesst.

Der kritischere Geräuschspannungsabstand (A-gewichtet) ist häufig für eine Ausgangsleistung von 50 mW an 4 Ohm angegeben. Das entspricht guter (schon etwas höherer) Zimmerlautstärke. Dabei möchte man noch kein störendes Rauschen hören.

Nach eigener Hör-Erfahrung mit Verstärkern und UKW-Tunern, genügt ein Signal/Rauschabstand (A-gewichtet) von ca. 70 dB(A), damit auch in stillen Passagen kein Rauschen mehr hörbar ist. Bei 60 dB(A) ist Rauschen hörbar, das in stillen Passagen schon stört. Dazwischen, vielleicht bei ca. 65 dB Signal/Rauschabstand, wird man i.A. noch Rauschen hören, allerdings nicht mehr deutlich störend. Dabei gibt es sicher individuell etwas unterschiedliche "Empfindlichkeiten", die auch noch davon abhängen, ob mit "normalen" Lautsprechern abgehört wird oder mit Hornlautsprechern oder Kopfhörern. Meine Angaben sind also nur als grobe Orientierung zu verstehen.

In den Technischen Daten vieler Hersteller wird allerdings oft nur der Fremdspannungsabstand (nicht A-gewichtet) angegeben, der für 50 mW zahlenmässig "schlechter" erscheint. Oder es wird der Fremdspannungsabstand nur bei Nennausgangsleistung genannt, der viel besser erscheint.

Geräuschspannungsabstand, Hochpegeleingang, Effektivwert, A-gewichtet, bei 50 mW an 4 Ohm (Daten aus Technischen Daten der Hersteller und aus Testberichten Dritter):
Grundig V 2000: >75 dB(A)
Grundig Fine Arts A 9000: >78 dB(A)
Tandberg TR 2045: 67 dB(A)
ITT 8033: 61 dB(A)
DUAL CR 1750: 64 dB(A)
SABA 9240S (9241, 9260, MI215): 72 dB(A)

Nehmen wir als Rechenbeispiel einen Verstärker, der über seinen Hochpegeleingang A-gewichtet einen Geräuschspannungsabstand von 75 dB(A) bei 50 mW/ 4 Ohm hat (ähnlich Grundig V 2000).
Dafür gilt:
Ausgangsspannung für 50 mW / 4 Ohm: 0,45 Veff
Rauschspannung (A-gewichtet) am Ausgang: 80 µVeff (-75 dB bez. auf 0,45 Veff)

Am Hochpegeleingang soll ein Phonovorverstärker mit MM-Magnetsystem (Netzwerk 1) angeschlossen sein, der einen Signal/Rauschabstand von ("nur") 70 dB(A) bezogen auf 5 mVeff Eingangsspannung bei 1 kHz für eine Verstärkung von 38 dB aufweist.
Dafür gilt:
Ausgangsspannung (bei 1 kHz) bei 5 mVeff von Phono-MM System: 0,395 Veff
Rauschspannung (A-gewichtet) am Ausgang des Phono-VV: 123,7 µVeff

Der Phono-Vorverstärker ist am Hochpegeleingang des Vollverstärkers angeschlossen und letzterer so eingestellt, dass er am Ausgang 0,45 Veff an 4 Ohm (50 mW) liefert.
Dafür muss der Pegel am Hochpegeleingang von 0,395 Veff auf 0,45 Veff verstärkt werden (Verstärkung = 1,14)
Die Ausgangs-Rauschspannung des Phono-VV wird mitverstärkt: 123,7 µVeff * 1,14 = 141 µVeff

Die Eigen-Rauschspannung des Vollverstärkers und die mit V=1,14 verstärkte Ausgangsrauschspannung vom Phono-VV sind unkorreliert. Sie addieren sich deshalb quadratisch.

Rauschspannung (Endverstärkerausgang) = Quadratwurzel [(80 µVeff)^2 + (141 µVeff)^2] = 162 µVeff
Bezogen auf die Ausgangsspannung von 0,45 Veff (50 mW an 4 Ohm) ist der Signal/Rauschabstand am Endverstärkerausgang 20*log (0,45 Veff/162 µVeff) = 68,9 dB(A)

Dieser Wert liegt in einem Bereich, der bei Zimmerlautstärke und ohne dass dabei eine Schallplatte abgespielt wird, u.U. noch leise, bzw. nur kaum hörbar ist.
Auf jeden Fall wird er das Hörvergnügen einer Schallplattenwiedergabe nicht beeinträchtigen, da das Nadel-Rauschen einer Plattenwiedergabe selbst im Bereich von -40 bis -60 dB liegt, typisch nur bei -50 dB.

Ruherauschen ohne Plattenwiedergabe kann als störend empfunden werden, wenn es hörbarer wird. Wie sieht es bei einem Vollverstärker aus, der einen S/N-Geräuschspannungsabstand von ebenfalls 70 dB(A) bei 50 mW/4 Ohm hat?

In dem Fall ist die Ausgangsrauschspannung des Endverstärkers alleine bereits 140 µVeff.
Die sonstige Rechnung bleibt gleich:
Verstärkung mit Faktor 1,14 --> 160 µVeff

Gesamte Rauschspannung am Endverstärkerausgang
Quadratwurzel [(141 µVeff)^2 + (160 µVeff)^2] =213 µVeff

20*log (0,45 Veff/213 µVeff) = 66,5 dB(A)

Wenn der Vollverstärker (Steuerverstärker-Endverstärker Kombination) selbst einen relativ schlechten Geräuschspannungsabstand bei 50 mW Ausgangsleistung hat, dominiert er das Gesamtrauschen. Bei gleich starkem Rauschbeitrag von Phono-VV und Steuerverstärker-/Endverstärker Kombination erfolgt eine Verschlechterung um das 1.4-fache (3 dB), in allen anderen Fällen liegt das Gesamtrauschen näher an dem der stärker rauschenden Einheit.

Fazit:
In den allermeisten Fällen haben Phono-VV einen Rauschabstand, der auch mit angeschlossenem MM-System deutlich besser ist als -70 dB(A), typisch ca. -75 bis -80 dB(A). In Ausnahmen haben Phono-VV, und zwar solche, die vornehmlich für MC-Systeme konzipiert wurden, mit MM-Systemen erhöhten Rauschpegel aufgrund von Stromrauschens mit MM-Systemen. In solchen Fällen - dürften -70 dB(A) die Obergrenze des Rauschabstands darstellen. In Ruhe (ohne Schallplattenwiedergabe) wird damit u.U. über Kopfhörer oder über Hornlautsprecher bereits Rauschen deutlich wahrnehmbar sein. Bei Schallplattenwiedergabe ist das aber nicht mehr hörbar, da das Nadelrauschen mit wenigstens 10 dB mehr zu Buche schlägt.

Mehr Rauschabstand schadet nie, bringt aber keine Verbesserung, wenn die übrigen Glieder der Audio-Kette nicht ebenfalls ähnlich gutem Standard entsprechen. Das schwächste Glied bestimmt das Endergebnis.

Reinhard

Reinhard, Danke für die Rauschbetrachtungen!

Ich will mal etwas mit Aufzeichnung Magnetband ergänzen.
Einfache Kassettenrekorder schaffen so etwa 40 dB Signalrauschabstand.
50 dB kann man bei HIFI-Geräten Kassette und Tonband 1/4 Zoll erwarten.
60 dB ist so etwas die Grenze bei Tonbandgeräten Heimaudio.
Meine Studiomaschine schafft mit SM911 (hoch aussteuerbar) 70 dB.
Die Angaben in dB sind ungefähr, ohne Bewertungsfilter und Rauschunterdrückung.

Als ich noch jung und hübsch war, nahm ich Kassetten von Schallplatten auf.
Nicht nur für Eigenbedarf, man lieh sich eine LP, auch für die nächste Party.
Schallplatten nahm ich nie zur Party mit, immer nur MCs mit den Hits.
Hörte man genauer hin, konnte man deutlich hören, wann die Nadel noch in der Rille war.
Das Bandrauschen war somit deutlich geringer als das Rauschen von der Platte.
Gerade bei Kassetten für Party nahm ich ohne Rauschunterdrückungssysteme auf.
HICOM hatte fast keiner und Dollbee B brachte nicht wirklich was.
Das als grobe Orientierung, wie man z.B. 50 dB gehörmäßig einordnet.

Viele können mit dB nichts anfangen, logarithmisches Maß.
50 dB bedeutet Verhältnis 1 : 100.000 bei der Leistung.
Schafft die Stereoanlage 100 Watt, steht dann 1/1000 Watt gegenüber.
Wird das Ohr mit 100 W angepustet, braucht es etwas, bis es 1 mW wieder hört.

Andreas

Nochmal eine Überlegung zum Thema "Rauschen", ganz praxisnah. Bei Hochpegel (Tuner, CD, ...) sollte alles erst einmal so sein, dass man in Hörposition kein Rauschen vernehmen kann (das ist schon mal gar nicht trivial, wenn man z.B. mit Klipsch-Hörnern hört ...). Wenn das gegeben ist, dann sollte man bei angeschlossenem Plattenspieler (in Ruhe) möglichst auch noch nichts hören, oder maximal ein gaaaanz klein wenig ... Mit laufender Platte wird es dann mehr.

Das ist der praktische Minimaltest. Der versagt bei vielen Anlagen aber schon ... und dann braucht man sich um 70 versus 75 negative dB keinen Kopf zu machen. Mich wundert immer, wieviel Störgeräusche viele Personen als normal erachten.

Besten Gruss,

Michael

Hallo zusammen,

nach zuletzt viel Simulation versuche ich hier wieder die Brücke zur Realität zu schlagen.
Das Messen der sprektralen Rauschdichte eines Phonoverstärkers ist nicht ganz trivial, aber im Bastelkeller durchaus machbar. Notwendig sind neben einer rauscharmen Soundkarte und einem Audio-Spektrumaanalyser eine ripplefreie Stromversorgung, eine Schirmung des Testobjektes und ein geeigneter Verstärker, der den Rauschpegel der Karte ordentlich anhebt. Ich habe mich von diesem Beitrag anregen lassen:

dicks-website.eu/low_noise_amp_part1/part1.html

Den zweistufigen Verstärker mit einem LM833 habe ich unverändert übernommen. Mein Abschwächer ist mit 5%-Widerständen realisiert, und deshalb deutlich ungenauer. Außerdem habe ich in Ermangelung herumliegender 0,05-Ohm-Widerstände nur -120 dB Abschwächung realisiert: 220 kOhm in Reihe mit 0,22 Ohm. Für Normalsterbliche: Aus einem 1 V-Peak-Signal wird 1 µV mit nahezu nicht vorhandenem Quellenwiderstand. Das reicht für meine Zwecke.
Für die Abschirmung sorgt eine Keksdose aus Weißblech, die zwei RCA-Buchsen für Ein- und Ausgang der Audiosignale bekommen hat. Ansonsten nur drei Drähte nach außen geführt, um eine symmetrische Spannungsversorgung der Innereien zu realisieren. Da vom Labornetzteil nennenswerte Anteile des 50-Hz-Brumm weitergegeben wurden, tun das nun zwei 9-V-Blöcke.



spektr. Rauschdichte Zusatzverstärker, Messbedingungen: 48 kHz Samplingrate, 8192 Messpunkte, Hanning-Fenster, linearer Mittelwert von 100 Messungen
Anzeige dbV (Bezugspegel 1Vrms)

Das ist das Rauschspektrum des Nachsetzverstärkers, das 1kHz-Signal geht mit 1 V peak (-3 dBV) an den Abschwächer und wird danach wieder um 60 dB angehoben. Es erreicht lediglich -63,6 dB, nicht ganz die -63 dB wie erwartet. Das liegt daran, dass ich meine Version der Audiospektrum-Software noch nicht zur Übernahme von Kalibrierwerten überreden konnte. Ein 1 Vpeak-Signal erscheint mit -3,8 dB in der Anzeige, es müssten aber -3 dB sein. Nicht schlimm, diesen systematischen Fehler kann man in Rechnungen berücksichtigen. Ansonsten sieht das wie gewünscht aus. Kein nennenswerter Brumm, das Rauschspektrum bis 10 kHz konstant bei -93,5 dB. Ab da fällt das Rauschen leicht ab und erreicht bei 20 kHz einen Wert von -95,5 dB. Auch das stört nicht weiter, sollte aber bei der Interpretation späterer Messungen im Bereich über 10 kHz Beachtung finden.

Der Nachsetzverstärker bekommt später sein Signal vom Ausgang des Phonoverstärkers und hebt sowohl Rauschen als auch Signal um seinen Wert der Spannungsverstärkung an. Damit kommt das Phonorauschen über den kompletten Audiofrequenzbereich in einen für Soundkartenmessungen handhabbaren Bereich. Stört das Eigenrauschen des Nachsetzverstärkers? Dazu muss man dessen Eingangsrauschspannung ins Verhältnis mit dem Ausgangsrauschen des Phonoverstärkers setzen. Ist sie um 1/3 geringer, besser um 1/10, ist der Aufbau geeignet. Eine erste Rechnung:
Der angezeigte Rauschpegel bei den oben genannten Messbedingungen lässt sich in ein Spannungsrauschen umrechnen:
Schritt 1: Korrektur des syst. Fehlers, mein Meßsystem zeigt 0,8 dB zu wenig an: -93,5 dB + 0,8 dB = -92,7 dB
Schritt 2: Abzug der Stufenverstärkung: -92,7 dB - 60 dB = -152,7 dB.
Schritt 3: Umrechnung in eine Rauschspannung: 0 dB = 1 Vrms --> -152,7 dB sind dann: 10^(-152,7/20) = 23 nVrms
Schritt 4: Umrechnung auf Bandbreite 1 Hz.
Das ist etwas erklärungsbedürftig. Bei den obigen Einstellungen des Spektrum Analysers werden 48kHz in 8192 Scheiben zerlegt und die Rauschspannung in einer solchen Scheibe integriert. Die Hanning-Fensterfunktion verbreitert diese Scheibe nochmals, laut Literatur um Faktor 1,5. Die Spannung von 23 nVrms ist also die Rauschspannung eines Frequenzbandes von
48 kHz / 8192 * 1,5 = 8,79 Hz. Da sich die Rauschanteile der Einzelbandbreiten quadratisch addieren, ist noch die Umkehrfunktion notwendig: Wurzel (8,79 Hz) = 2,96 Wurzel(Hz)
Also: 23 nV/2,96 Wurzel (Hz) = 7,8 nV/Wurzel(Hz)


Gemäß Simulation ist mit folgenden Ausgangs-Rauschspannungen zu rechnen:
20 Hz: 19.000nV/Wurzel(Hz)
1kHz: 1400 nV/Wurzel(Hz)
20 kHz: 140nV/Wurzel(Hz)

Das Eigenrauschen des Nachsetzverstärkers sollte also ausreichend klein sein. Selbst bei 20 kHz bleibt der Beitrag des Phonoverstärkers dominant, da sich die Rauschanteile quadratisch addieren:
Wurzel (7,8² + 140²) = 140,22
Die Erhöhung des Rauschens ist also vernachlässigbar.



Der ESP-Phonoverstärker in seiner "Normalversion" mit 4,7 kOhm im Rückkopplungsnetzwerk der ersten Stufe bringt es mit dem OPA2134 auf folgende Anzeige:



ESP-Phonoverstärker, einmal mit 1kHz Signal über Abschwächer (Rs = 0,22 Ohm) und mit einem 1kOhm-Widerstand = Rs am Eingang (ohne Signal)

Der Verlauf der Rauschspannung unterscheidet sich nicht zwischen Rs = 1k und Rs = 0,22 Ohm. Man sieht einen leichten 50 Hz-Zipfel, in geringem Maß dringt der Elektrosmog also zur Versuchsschaltung durch. Aber man darf nicht vergessen, bei dieser Frequenz beträgt nun die Gesamtverstärkung ca. 120 dB. 60 dB steuert die Phonokarte bei, die anderen 60 dB der Nachsetzverstärker. Der Peak ist geringfügig größer beim 1-kOhm-Widerstand am Eingang. Ich hätte das, ehrlich gesagt, viel heftiger erwartet.

Nun zu den Rauschpegeln, mittels Cursor in ARTA ermittelt:
100 Hz: -42,2 dB
1 kHz: -52,2 dB
10 kHz: -64,1 dB

Eine ähnliche Schrittrechnung auf die Rauschspannungsdichte wie für den Nachsetzverstärker kommt bei 1 kHz auf folgenden Wert:
-52,2 dB + 0,8 dB -60 dB = -111.4 dB, gerundet: -111 dB
10^(-111/20)/2,96 = 952 nV/Wurzel(Hz), gerundet 950 nV/Wurzel(Hz)


Gut, die Größenordnung stimmt. Zumindest bei 1 kHz

Wie sieht es beim LM833 aus, dessen Modell in der Simulation genutzt wurde. Mein Exemplar hat bei 1 kOhm nur 1,3 dB geringeres Rauschen im Vergleich zum OPA2134.
Das ergibt mit obiger Rechnung 820 nV/Wurzel(Hz) bei 1 kHz. Die Simulation weist einen höheren Wert aus.

Wie sieht das bei anderen Frequenzen aus? Ich habe jeweils bei 100 Hz, 1 kHz und 10 kHz die Werte notiert:

Also: Die Simulation spielt zumindest im richtigen Bereich. Bei niedrigen Frequenzen scheint im Modell das 1/f-Rauschen deutlich überbetont zu sein. Zehntelwerte bei den dB-Angaben sind damit wohl nicht sinnvoll interpretierbar. Aber noch stimmen Modell und Wirklichkeit halbwegs überein. Auch Bauteile können beim Rauschen nennenswerte Toleranzen aufweisen.

Was ist noch interessant? Wie ändert sich der Rauschdichteverlauf bei einer Induktivität am Eingang? Ein Technics-Plattenspieler am Eingang mit P30-Pickup erzeugte die unten dargestellte Kurve. Schenkt man folgendem Forenbeitrag Glauben, hat der Pickup einen ohmschen Widerstand von 606,5 Ohm und 343,5 mH Induktivität, ist also relativ weit weg vom Modell-Netzwerk 1k - 500 mH

audiokarma.org/forums/index.ph…hnica-carts.451886/page-2


:

In dunklerem Gelb sieht man die Referenz, nur mit Rs= 0,22 Ohm am Eingang. Die hellere Kurve stammt vom Plattenspieler. Anschlusskabel und Gerät habe ich beim besten Willen nicht in die Keksdose bekommen. Sie fangen deshalb sehr viel Störungen auf, deren Frequenzanteile bis über 20 kHz sichtbar werden. Aber man sieht doch die Änderung des Verlaufs der spektralen Rauschdichte. Diese Änderung ist aber gänzlich anders als von der Simulation erwartet. Es kommt sogar zu einer Abschwächung der Rauschspannung ab 4 kHz. Eigentlich hätte die Resonanzstelle bei 34 kHz ja für eine Verschiebung von Rauschleistung in den hörbaren Bereich sorgen sollen. Das ist offensichtlich nicht der Fall.



So hätte der Rauschdichteverlauf laut Simulation aussehen sollen. Grün - ohne Induktivität, rot: 343 mH mit 606 Ohm in Reihe, überbrückt mit einem C von ca. 60 pF. Man sieht einen deutlichen Anstieg der Rauschdichte bei höheren Frequenzen. Mit den erwähnten Werten ergibt sich jedenfalls eine Resonanzstelle bei ca. 34 kHz, die aber in der Simulation nur im Frequenzgang als ziemlich scharfe Kerbe sichtbar wird, nicht aber - wie in der Realität - bei der Rauschdichte.
Entweder bildet das einfache Modellnetzwerk eines Pickups -verlustbehaftete Spule, parallel zu einem Kondensator- die realen Bedingungen für eine Rauschsimulation nicht exakt genug ab, oder es liegt an der Simulation selbst. Hier stecke ich gerade fest. Um weiterzumachen wäre mein nächster Schritt der Nachbau eines Modellnetzwerkes und Messung mit diesem Konstrukt am Eingang. Eine Spule mit 500 mH hab ich nur gerade nicht da.

Viele Grüße,
Christian

Edit, 9. Feb. 2022: Bezugspegel dBV auf 1 Vrmsin den Rechnungen korrigiert.

Idee!

Eine Spule mit 500 mH hab ich nur gerade nicht da.

Hast Du Relais da?
Die sind in der Größenordnung und für Dosen geeignet.

Andreas

Hallo Christian,

tolle Arbeit! Bin beeindruckt!

Den Resonanzpeak bei 35 kHz von MM-Netzwerk und Eingangskapazität gibt es ja in der Simulation bei der equivalenten Eingangsrauschdichte (inoise).
Da aber ja bei der Resonanzfrequenz 35 kHz die Verstärkung (nahezu) null ist (der Frequenzgang bildet die Verstärkung ab) und auch schon vorher zu höheren Frequenzen gegen Null zustrebt, ist er bei onoise nicht sichtbar.

onoise= gain*inoise


(hier mit OpAmp Modell NJM5534_SN mit Verstärkung 40 dB bei 1 kHz und mit Einbeziehung von1/f Rauschen simuliert).

Wäre keine Dämpfung verhanden, würde gain = 0 und inoise bei Resonanz = unendlich.
Onoise = Null x Unendlich.
Ich sage mal, wir haben dann einen Fall für Michael! Hilfe! An der Stelle wird das Modell etwas ungenau.

Wenn Dämpfung vorhanden (Güte der Spule im MM-Netzwerk z.B. ist bisher noch aussen vor), der Resonanzkreis also nicht das Rauschen bei Resonanzfrequenz wie ein "Schwarzes Loch" aufsaugt", noch etwas übrig bleibt, was verstärkt werden kann....ist dann die Verstärkung an der Resonanzstelle noch hinreichend, um den Rauschpeak zu erzeugen?

Ist das eine Erkärung?

Gruß
Reinhard

Interessante Findungen --- aber in einem Punkt beruhigend: Rod Elliott schreibt in seinen Texten ja, dass bisher keinerlei Klagen über zuviel Rauschen bei ihm eingegangen sind, selbst zu der eigentlich weniger günstigen Version seiner Schaltung. Also in der Praxis weniger kritisch als man vielleicht erwarten könnte.

Tja, 0 x unendlich ... das kann alles sein, und hängt dann hier vom zeitlichen Verlauf ab, denke ich mal. Sprich: Wer ist "schneller" ... zumal 0 realisierbar ist, unendlich aber nicht ... (!).

Spannend ...

Michael

Simulation rechnet diese Multiplikation doch korrekt.

Bei 35,058 kHz (Resonanzstelle):
0,0235 gain x 7,76 µV/Wurzel(Hz) inoise = 182 nV/Wurzel(Hz) onoise

Damit gibt es bei Simulation keinen Resonanzpeak für onoise.


Reinhard


PS:
Hallo Michael,

zu R. Elliott ESP Vers. 1.
Klar, der ist nicht sooo schlecht, dass da was auffällig augenfällig (ohrfällig) wäre.
Aber mit wenigen kleinen Änderungen geht es ja noch besser, wie Elliott ja auch zugegeben hat: Andere OpAmps (wie bei Christian) und besser ausgelegte Gegenkopplung. Wir wollen es ja immer besser...

Zu den Werten, die Christian genannt hat:
Die 108 dB bei 1 kHz und 1 Hz Bandbreite sind auf 0,707 Vrms Referenz bezogen (1 V Spitze = 0 dB) und auf 60 dB Verstärkung und ohne MM-System. Nicht für Bezugswert Ausgangsspannung (Vrms) bei 5 mV rms (1 kHz) am Eingang des Phono-VV, MM-System angeschlossen und volle Bandbreite.
Diese 108 dB kann man also nicht mit einem viel schlechteren Wert für den Rauschabstand vergleichen, der für Hörbedingungen gilt, 76,2 dB(A) Geräuschspannungsabstand für ESP Ver. 1 mit NJM5534 OpAmps, über den gesamten Audio-Frequenzbereich, A-gewichtet, mit Netzwerk 1 und 100pF Phono-Kabel bei 41 dB Verstärkung und bezogen auf 5 mV rms (1 kHz) am Phono-Eingang.

Hallo Reinhard, Andreas,

Danke für alles Mitdenken. Andreas' Tipp, eine Relaisspule zu nutzen, habe ich heute Abend getestet. Ein 12V-Leiterkartenrelais wies passende Werte auf. 535 mH und 270 Ohm Gleichstromwiderstand. Damit habe ich Netzwerk 1 nachgebaut und an den Eingang des Phonoverstärkers gehängt. Trotz Unterbringung in der Blechdose fing das Konstrukt jedoch dermaßen viel Störspannung ein, dass die Anzeige unterhalb von 2 kHz völlig unbrauchbar war. Bei den hohen Frequenzen wurde jedoch der gleiche Effekt wie beim echten Pickup sichtbar: Die Rauschspannung nahm ab 3 kHz im Vergleich zum 1k-Widerstand deutlich ab, stärker noch als mit dem Technics-P30-Pickup.

Die Relaisspule benötigt vermutlich eine Extra-Schirmung, bevor vertrauenswürdige Messkurven damit entstehen. Rundherum hatte ich schon mögliche Störquellen ausgeschaltet, bis hin zur Beleuchtung. Genutzt hat es leider nichts.

Viele Grüße,
Christian

Auch da habe ich eine Idee!

Wenn es in die Relaisspule hineinhaut, wird es induktiv sein, eher nicht E-Feld.
Nimm da zusätzlich eine kleine Weißblechdose, z.B. Tomatenmark.
Kontrolliere aber dann noch mal die Induktivität.
Ist das Relais zu dicht am Blech, wird sich die Induktivität erhöhen.

Andreas

Moin, moin,

also, das mit der Spule zeigt auch, warum MM hier generell so empfindlich ist --- und damit hat ja vermutlich schon jeder mal zu kämpfen gehabt. Auch hier ist MC im Vorteil, ggf. halt die HighOutput-Version.

Und klar, die bessere Version des ESP baue ich gerade nochmal auf, werde dann mal vergleichen, ob in der Praxis ein feststellbarer Unterschied auftritt (festtellbar im Sinne von "kann man z.B. im Kopfhörer wahrnehmen"). Werde berichten.

Besten Gruss,

Michael

Hallo Michael,

Der Unterschied im Geräuschspannungsabstand (A-gewichtet) von ESP Version 1 zu Version 2 ist nicht die Welt. -76 dB(A) zu -78 dB(A) (beide mit NE5534). Bei 2 dB Differenz kein Unterschied hörbar (meine Meinung).

Mit rauschärmeren OpAmps kleinerer Eingangstromrauschdichte (in), z.B. LT1792 in der ersten Stufe, niedrige Eingangsspannungsrauschdichte in der 2. Stufe (LT1037), kann man noch einmal 1 dB in beiden Fällen gewinnen, dann -77 zu -79 dB(A). Ob man beim Ausreizen der Extremfälle die 3 dB Differenz -76 dB(A) vgl. mit -79 dB(A) hören kann? Auch da bin ich noch skeptisch.

Auch den Unterschied von 0,01 % THD zu 0,05% oder bis 0,1 % THD (Klirrfaktor) kann man praktisch nicht hören. Wenn man allerdings durch den Austausch von zwei Widerständen und zwei Folienkondensatoren eine Verbesserung von 0,1% auf 0,01% erreichen kann, warum sollte man das ablehnen? Entsprechend sehe ich das beim Geräuschspannungsabstand.

Besten Gruß
Reinhard

Denke, das wird auch in der Praxis so sein ... aber probieren geht über studieren ... nur kann ich leider nur mit Doppel-OPVs arbeiten, ausser ich setze noch Adapter ein und verwende SMD OPVs. Mal sehen, was die Bauteilekiste noch so hergibt ...

Michael

...eine harte Nuss, mit Pickup am Eingang halbwegs zuverlässig die Rauschdichte zu messen. Der Nachbau mit Relaisspulen (Andreas, danke für den Tipp) scheiterte letztlich, weil sie viel zu viel Elektrosmog einsammelten, selbst im Blechkasten, selbst in zusätzlicher Weißblechdose, um die magnetischen Streufelder besser abzuschirmen. Etwas Reduktion ergab sich, aber nicht so viel, dass der Rauschverlauf im Übergang zwischen Mikrovolt und Nanovolt aufgelöst werden kann. Ich habe letztlich den Pickup aus dem Technics-Plattenspieler ausgebaut und in die Abschirmdose mit verpflanzt, ebenfalls zusätzlich in einer kleinen Weißblechschachtel.

Eine weitere Änderung zu den vorigen Messungen: Ich habe einen anderen Nachsetzverstärker eingesetzt, da es es mit dem ersten bei einer bestimmten Kombination Phonoverstärker - Nachsetzer zu niederfrequenten Schwingungen kam, die die Messung ebenfalls zunichte machten. Nun ist einer am Werk, der vom Frequenzgang unterhalb von 100 Hz Schwächen hat, dafür aber nur 23,4 dB Spannungsverstärkung aufweist.



Und so sieht der Unterschied aus zwischen 1 kOhm-Widerstand und Pickup Technics P30 am Eingang des ESP aus. Der prinzipielle Verlauf entspricht nun recht gut der Simulation. Rote Kurve: mit Pickup, Türkis: 1k-Widerstand. Der Pickup erzeugt, beginnend bei 3 kHz, zunehmend mehr Rauschen als der simple Widerstand. Man sieht hier auch das Maximum bei etwas mehr als 20 kHz. Das müsste die Resonanzfrequenz des Konstruktes aus Kabelkapazität, Eingangskapazität und der Pickup-Induktivität sein.
Was ist da dann bei der ersten Messung schiefgelaufen, als ich den ganzen Plattenspieler angeschlossen habe? Da sah der Verlauf ja komplett anders aus, scheinbar weniger Rauschen mit Pickup. Die damalige Messung wies starke Einstreuungen von niederfrequenten Störungen und ihren Oberwellen auf. Das hat letztlich zu einer Übersteuerung des Audio-Einganges geführt, die das Messergebnis unbrauchbar gemacht hat. Der Peak in der Rauschkurve bei 34 kHz stammte übrigens von einem elektronischen Vorschaltgerät einer Lampe, er hatte ebenfalls nichts mit dem Prüfling zu tun.

Reinhard machte mich auf die Möglichkeit bei ARTA aufmerksam, dass das Programm selbst die spektrale Rauschdichte aus Samplingrate, Stützstellenanzahl und Fensterfunktion umrechnet. Das habe ich hier angewendet, um etwas Aufwand beim Umrechnen auf nV/Wurzel(Hz) zu sparen. Klappt das auch?

-98 dB/Wurzel(Hz) liegen laut Messung bei 1 kHz an. Abzug Nachsetzer - 23,4 dB, systematischer Fehler des Meßsystems + 0,8 dB:
-120,6 dBV/Wurzel(Hz) am Ausgang des ESP, das entspricht 930 nV/Wurzel(Hz) und passt damit sehr gut zu den 950 nV/Wurzel(Hz) aus der ersten Runde mit dem 60 dB-Nachsetzer.

Ein zweites Bild: ebenfalls der Vergleich zwischen 1 kOhm am Eingang und P30-Pickup. Diesmal ist es die Schaltung des PM8006 mit diskretem JFET-Differenzverstärker am Eingang:



Der Verlauf ist ähnlich, wieder liegt der P30-Pickup, wie von der Theorie her erwartet, im hohen Frequenzbereich oben. Einen Peak sieht man hier nicht, da ich die Messung schon bei 20 kHz beendet habe.

Beim Vergleich der beiden Bilder untereinander ist noch zu beachten, dass der PM8006 bei 1 kHz eine ca. 5 dB höhere Verstärkung aufwies. Der ESP hatte Schwierigkeiten, den Eingang des Nachsetzers anzusteuern, dessen R_in bei 1 kOhm liegt, weit weg von den 47 kOhm, die es eigentlich sein müssten. Dem PM8006 macht das nichts aus. Berücksichtigt man das, liegt er damit bei 1 Khz im Rauschen satte 8 dB unter dem ESP. Dieser Unterschied sollte hörbar sein.

Was fehlt nun noch? Die Messung des ESP mit einem Opamp mit hohem Stromrauschen, eventuell mit der rauschoptimierten Version. Das sollte einen größeren Unterschied zwischen 1k-Widerstand und Pickup erzeugen. 10 Euro für einen LT1015, für den ich danach keine konkrete Verwendung habe, sind mir zu schade. Aber einen LM4562 mit 1,6 pA/Wurzel(Hz) pro Eingang gibt die Bastelkasse her.

Viele Grüße,
Christian

Hallo Christian, Mitleser,

mit ser. 1 kOhm am Eingang ist jetzt die Netzstörung (50 Hz + Oberwellen) bei Dir schon sensationell gering!

Da das A-Filter den 50 Hz Peak recht gut wegschneidet, könntest Du Dir, wenn Du in ARTA die eingebaute A-Gewichtung zuschaltest, den RMS-Rauschabstand des jeweiligen Phono-VV in dB(A) über das ganze Audio Frequenzband als Geräuschspannungsabstand in dB(A) rms ausgeben. Dafür unter "Spectrum Scaling" im Setup Menü das Kästchen "Show RMS-Level" markieren. Damit hättest Du dann einen praktischeren Wert, der mit dem aus der Simulation, ebenfalls A-gewichtet, verglichen werden kann (dB(A) RMS Wert jeweils auf die Ausgangsspannung bezogen, die am Ausgang für 5 mVeff bei 1 kHz am Eingang herauskommt). Wirklich gut und präzise wird das aber nur, wenn man die Netzstörungspeaks und Oberwellen (mit Ausnahme der 50 Hz selbst, die die A-Wichtung eliminiert) alle weitestgehend wegbekommt. Mir ist das bisher nur bei der grossen Meracus Phono-Karte (1.Version) von Michael bei nach Masse abgeschlossenen Eingängen gelungen, wo ja grösstmöglicher Aufwand beim externen Netzteil und der internen Stabilisierung implementiert war. Sonst habe ich auch immer eher mehr als weniger den Brumm-Summwald, mit dem Du auch kämpfst.

Ist schon erstaunlich, wieviel Brumm/Sirren der MM-Tonkopf (bzw. die Spule) einfängt.

DAS Bilderbuchbeispiel, wie es aussehen sollte, gibt es hier zu sehen: pmacura.cz/openphono.htm


Schade, dass der Eingang des von Dir ursprünglich verwendeten Nachsetzverstärkers so niederohmig ist (damit der schön rauscharm ist). Das macht ihn für die Phonovorverstärker ungeeignet, die keine große Last treiben können, das sind sehr viele.

Gruß
Reinhard