De Bouw van een Audio Compressor met Buizen
Nu we met de bouw van een audio compressor met buizen beginnen bedenk ik me dat het handiger is als op deze compressor voor LPAM doeleinden ook een 4500Hz filter bevat.
Ook vaste site bezoekers zoals Rob doen de suggestie om zo’n filter in de compressor mee te nemen. In het chassis ontwerp hierboven zie je dat ik dat idee al heb geïntegreerd.
We bouwden al eerder een succesvol werkend 4500 Hz filter maar met enkele kleine aanpassingen worden de prestaties van dit filter nog beter.
Je leest er meer over in DIY 4500Hz filter 2.0.
Het chassis
Het chassis voor de Bouw van een Audio Compressor met buizen.
Het vergde een ruime middag in de garage om dit te fabriceren. Aan de slag met Workmate, schuifmaat en boormachine en dan krijg je bovenstaand resultaat.
Het ontwerp en de indeling van dit chassis voor de compressor en het 4500Hz filter vind je bovenaan deze pagina.
De basisvorm van het chassis heb ik weer van Andre van Beynum betrokken. De tekening op basis waarvan je hem kunt verzoeken dit ook voor jou te doen vind je op de pagina Waar vind je die Radio Onderdelen?
De ruwbouw van onze Audio Compressor met Buizen
Na weer een avondje knutselen zitten de grote componenten op hun plaats en kunnen we met de naughty details beginnen.
Stap voor stap
Stap voor stap bouwen en testen is mij bij de audio power versterker goed bevallen dus ik besluit die werkmethode ook bij de bouw van een audio compressor met buizen toe te passen.
Ik begin met de eindtrap en de negatieve roosterspanning voor die trap. Ik sluit de ingangsroosters van de eindtrap aan op de eerste triode van de ECC83 en ook die triode sluit ik volledig aan.
Nu kan ik de eindtrap testen zonder dat de sidechain daar nog enige invloed op heeft. Het resultaat moet goed zijn voordat we met de side chain, het compressie regelcircuit, aan de slag gaan.
De eerste test
Alle theorie, experimenten en leerervaringen overslaan en direct naar het eindresultaat? Klik hier op audio dynamiek compressor voor radiozenders
De eerste test met deze audio compressor met buizen kan beginnen. Spannend moment altijd. We beginnen weer met het voorzichtig onder spanning brengen van de compressor via de Variac. Eerst 50 V dan 100, 150, 200 en tenslotte 230.
En ondertussen goed luisteren, ruiken en kijken. En meten. Hoe zien alle spanningen op belangrijke plaatsen er uit? Is dat in overeenstemming met mijn verwachtingen?
Ruststroom is te hoog!
Bij het ontwerp van deze audio compressor met buizen heb ik even geen rekening gehouden met het gegeven dat 240 V wisselspanning ruim 300 V gelijkspanning oplevert.
Dat is normaal niet zo spannend maar in dit geval wel omdat ik de ruststroom door de ECC82 op 15 mA wil maximeren. Daarvoor had ik -6 V aangemaakt en dat is voldoende negatieve roosterspanning bij 250V voedingsspanning. Maar nu is dat te weinig!
De 1e oplossing is redelijk eenvoudig
Ik maak de brugcel van de roosterspanning aan één kant los, gebruik nu dus nog maar de halve brugcel maar wel als spanningsverdubbelaar.
Nu heb ik ruim -14 V en dat is voldoende om de ECC82 bij 330 V op ongeveer 10 mA te houden. Er zit nu wel een flinke bromrimpel op de roosterspanning. Een extra Elco van 1000 µF lost dit praktisch op.
Wat opvalt is dat de stroom door beide trioden behoorlijk afwijkt van elkaar.
Zo werkt het niet!
Die 14 Volt negatieve roosterspanning op deze Audio Compressor met Buizen is wel een beetje veel van het goede. Het laat weinig ruimte over om daar straks vanuit de side chain overheen te gaan op het moment dat we echt willen gaan comprimeren.
Hoe dit oplossen?
Ik besluit de hoogspanning te halveren. Dat kan omdat de voedingstrafo zijn hoogspanning afgeeft wie twee aparte wikkelingen die allebei 120 V wisselspanning leveren.
Die 120 V gelijkgericht levert 168 V gelijkspanning op. Met wat weerstanden en flinke Elco’s maken we daar 160 V van.
Met deze lagere voedingsspanning kunnen we met een veel lagere negatieve roosterspanning volstaan. Dan doemt het volgende issue op!
De roosterspanningen beïnvloeden elkaar
We voegen nu de side chain toe en ook die levert gelijkspanning aan de stuurroosters van de push-pull schakeling.
De instelmogelijkheden met trimpotmeters die ik heb ingebouwd in de negatieve roosterspanning beïnvloeden de side chain en omgekeerd. Draai ik aan de trimmer in de side chain dan wijzigt de belasting op de rustspanning (VX) en daarmee wijzigt die spanning.
We plaatsen schakeldiodes richting stuurroosters en dat lost dit euvel op. Wel moeten er nu roosterlekweerstanden worden toegevoegd want de diodes blokkeren ook die lekstroom.
Onderstaand plaatje laat zien hoe die schakeldiodes hun werk doen.
Muziek afspelen
Nu wordt het echt spannend. We sluiten de uitgang van de voorversterker aan op de audio compressor en de uitgang van die laatste verbinden we met de audio power versterker.
Dat valt niet mee. Onze Audio Compressor met buizen is nog verre van professioneel ☹. Er komt Veel brom uit. Daarnaast is er sprake van een flinke vervorming!
Even kijken waar dat vandaan komt
De brom blijkt meerdere oorzaken te hebben zoals een audio kabel die geen afscherming blijkt te hebben. Ik dacht dat elke audio kabel die wel zou hebben ☹. Niet dus.
Wat dan overblijft is een flinke vervorming en een brom die uit de hoogspanning van de ECC82 komt. Dat laatste zou niet mogen want de Push Pull schakeling moet dat opheffen!
Ai!
We zagen eerder dat de twee trioden in de ECC82 bij gelijke roosterspanning een behoorlijk verschil in anodestroom lieten zien. Dat zou de brom en de vervorming kunnen verklaren.
Wat gaat er mis in de push-pull schakeling
We zien bij eindbuizen die in een push-pull schakeling worden gebruikt dat hiervoor een zogenaamd paired koppel buizen worden gebruikt. Die buizen zijn er dus op geselecteerd dat ze precies dezelfde gedragingen vertonen.
Ik ging er in mijn naïviteit vanuit dat dit laatste bij twee trioden in dezelfde glazen ballon gemonteerd ook wel het geval zou zijn. Niets blijkt minder waar.
Ik kan dat oplossen door ook de rustspanning op de roosters te laten verschillen ten opzichte van elkaar. Hiermee moeten beide trioden dezelfde rustroom krijgen.
In de side chain had ik die voorziening al ingebouwd. Waarom niet bij de ruststroomspanning?
Die ruststroomspanning speelt een grotere rol in deze audio compressor met buizen dan ik had voorzien.
Compact houden
Stiekem komen er bij de bouw van deze audio compressor met buizen toch wat zaken bij en om het ruimtebeslag te beperken besluit ik om ook negatieve roosterspanningscircuits samen te vatten op een Vero board.
Het ontwerp ziet er als volgt uit.
Zoals je ziet heb ik bij de ruststroom voorspanning nog twee kleine Elco’s toegevoegd om in ieder geval elke bromverstoring vanuit deze kant volledig uit te sluiten.
0,4 V verschil tussen de twee trioden!
De ruststroom voorziening werkt nu perfect. Ik regel de roosterspanning af op ongeveer -4 V. Om de anodestroom door beide trioden gelijk te krijgen is er een verschil in roosterspanning van bijna 0,4V nodig! Maar dan zijn beide anodestromen gelijk.
Muziek op de ingang gezet. Nu is er geen vervorming meer hoorbaar, Ook de brom is weg. Het klinkt perfect 😊.
dB Meter beïnvloed geluidskwaliteit
De dB meter hangt wel erg dicht op het geluidssignaal. En als je de peakschakelaar aanzet wordt het signaal heel erg dof.
Gelukkig hoeft dat helemaal niet zo te zijn want de Hammond 124E heeft twee secundaire wikkelingen. De dB meter daarom aan de tweede wikkeling geplakt en daarmee is dit issue uit de wereld.
De side chain in actie ☹
De tweede triode aangesloten en vervolgens een signaalgenerator met 1000 Hz 0,2V – 0,5V op de ingang gezet van deze audio compressor met buizen.
Dat valt tegen.
De tweede triode versterkt die spanning ongeveer 10 maal. Dat levert dus 2 tot 5 volt signaal op de gelijkrichter op. Daar blijft 1,3 tot 4,3 V van over na de brugcel. Dat is te weinig.
Deze ECC83 moet ook bij een relatief lage voedingsspanning een versterkingsfactor van 50 maal kunnen halen. Daarvoor zou wel de wisselspanningsbelasting 150 kohm moeten zijn. Dat is hier natuurlijk slechts 16 kohm.
(De 5 kohm wikkeling van de trafo is belast met 10 kohm. De laagohmige wikkeling ligt open en is dus belast met een oneindig hoge weerstand. Dat maakt dat de impedantie verdubbelt van 8 naar 16 kohm.)
Even rekenen. Stel de opgewekte spanning is 25 V. De R-inwendig van de triode is 80 kohm en de R-uit is 150 kohm. Dan heb je een signaal van 150/230 *25 = 16V op die uitwendige belasting.
Bij R-uit is 16 kohm is de som 16/96 *25 = 4,1V. Dat benadert aardig de spanning die ik met de oscilloscoop gemeten heb bij deze audio compressor met buizen.
De oplossing
Ik ga dit proberen op te lossen door de anode weerstand van de tweede triode te vervangen door een trafo die daar ongeveer 50 kohm impedantie gaat aanbrengen en secundair 3,3 kohm belasting aan kan.
Daarvoor heb ik een Hammond 1140-LN-D trafo besteld. Die trafo staat voor 40k primair en 2,4k secundair bij een wikkelverhouding van 4:1. Door de impedantie van de belasting secundair iets hoger te nemen moet de primaire impedantie ook iets stijgen. Zo kom ik op 50K:3.3K.
Het schema van de analoge audio compressor met buizen ziet er nu in deze testfase als volgt uit.
Klik op afbeelding voor grotere weergave
De bouw van een audio compressor met buizen II
De audiotrafo moest uit Canada komen maar binnen een week leverde Mouser hem netjes af. Het beoogde resultaat was er toch nog niet helemaal. Het signaal dat de side chain produceerde was nog steeds niet krachtig genoeg.
Wat nu?
Het chassis biedt nog ruimte voor een extra buis. Die ruimte was bedoeld voor het 4500Hz filter maar dat is nu even van later zorg. We gebruiken een halve ECC83 voor extra versterking in de side chain.
Nu werkt het fantastisch!
Een toongenerator aangesloten en de scoop met één kanaal op de side chain en één kanaal op de uitgang laten een fantastisch beeld zien.
Er is een kleine condensator nodig om het gelijkrichtte signaal van de side chain iets af te vlakken. Zonder die condensator veroorzaken inschakelpieken van de side chain enige vervorming
De compressie van het signaal laat zich regelen tot 90% signaal reductie zonder dat vervorming zichtbaar is.
Frequenties van 50 - 200Hz dempen iets minder dan hogere frequenties. Dat betekent dat die transformator in de side chain iets meer moeite heeft met deze lage frequenties.
Muziek aangesloten
We lijken de bouw van een audio compressor met buizen te kunnen gaan afronden en sluiten muziek aan op de ingang en een versterker op de uitgang.
Helaas..
Gelukkig hadden we ook een attack/hold regelaar ingebouwd (daarover later meer) en als we de hold tijd op maximum zetten is het geluid goed. In alle andere standen komt er een sterk geroffel door het geluid heen.
Schade en schande
Schade en schande bij de bouw van een audio compressor met buizen.
Schade
Nadat we de scoop weer hebben aangesloten zien we snel waar dat geroffel in het geluid door wordt veroorzaakt.
Muziekgeluid is veel dynamischer dan de toon die een toongenerator zeer stabiel produceert. Muziek schakelt bijna continu in volume tussen onder de compressiegrens en boven de compressiegrens.
Dat schakelen doen die vier diodes die aan de roosters van de ECC82 hangen. Dat doen ze perfect maar helaas doen ze dat niet lineair maar abrupt en niet alle vier precies op hetzelfde punt.
En dat continu aan- en uitschakelen dat hoor je. Deze oplossing voor de aansturing van de push-pull trap moeten we daarom verlaten.
Schande
Ik had dit kunnen weten want in een eerder experiment liep ik er al eens tegenaan dat we Led signaallampjes beter maar met gelijkstroom kunnen voeden omdat ze bij een wisselstroom voeding schakelklik storingen veroorzaken!
De Fairchild 660
Nog eens naar het schema van de Fairchild 660 gekeken. En ja, daar gebruiken ze toch echt gewone kathode weerstanden voor het instellen van de ruststroom in de push-pull schakeling.
We zullen er ook aan moeten geloven. Gelukkig hebben we in het traject tot nu toe wel wat geleerd over de ruststroom instelling van de push-pull trap.
Die wetenschap kunnen we nu goed gebruiken 😊.
De bouw van een audio compressor met buizen III
We gaan weer wat experimenteren. Om te starten ziet de gewijzigde aansturing van de push-pull eindtrap er nu als volgt uit.
Van de vastte roosterspanning leerden we dat de rooster rustspanning van de beide trioden ongelijk moet zijn. Op punt 7 hadden we 2,25 V nodig voor ruststroom van 10,63 mA
De andere triode heeft op punt 2 een negatieve spanning van 2,46 V nodig om op dezelfde ruststroom uit te komen.
De verhouding is die twee spanningen is 2,46/2,25= 1,093333
Die verhouding nemen we mee naar de berekening van de kathode weerstanden die we nu gaan inzetten.
We mikken nu op een iets lagere ruststroom en nemen voor de kathode punt 7 een R van 270 en voor de kathode 3 een R van 300.
Beide krijgen een meetweerstand van 47ohm in serie waarmee ik ook nu weer de anode stroom ga meten. De verhouding tussen de kathode weerstanden wordt nu 317 tot 347. Dat levert een verhouding op van: 347/317 = 1,094637
Hiermee kan de ruststroom voorziening aan het stuurrooster vervallen evenals de storing veroorzakende schakeldiodes in het side chain circuit.
Met de side chain blijven we het stuurrooster aansturen. Ik heb even kathode aansturing overwogen maar dan moet de side chain mede de anode stroom gaan leveren. Dat wordt ingewikkeld.
Gelijke anodestromen realiseren
De Bouw van een Audio Compressor met Buizen betekent veel trial and error. In dit experiment ook veel rommelen in de weerstandenbak en weerstanden van precies de juiste waarde vinden.
In dit geval kwam ik uiteindelijk uit bij twee meetweerstanden die exact 10,1 ohm zijn en voor de triode van aansluiting K3 op drie weerstanden parallel van 9800, 679 en 558,5 ohm. Bij elkaar leverde dat 307,24 ohm op.
Voor de triode met aansluiting K7 werd het 999 en 387,9. Samen met de meetweerstand leverde dat 289,5 ohm op.
Het resultaat is 9,9 mA op beide trioden :-). Muziek aansluiten en luisteren.
Niet tevreden
Ik ben niet tevreden met het resultaat. Om een vervormingsvrije geluidsweergave te krijgen moet de release tijd (hold) cotimu op maximum staan. Daarnaast levert de schakeling met het metertje vervorming op in de eindtrafo.
Trimmers de boosdoener
De trimmers waarmee we de sidechain compressiespanning kunnen regelen zijn voor een belangrijk deel verantwoordelijk voor de vervorming. Zij staan nog ingesteld op verschillende spanningen voor de twee stuurroosters.
Het verschil in die stuurroosters wordt nu echter met de kathode weerstanden gecorrigeerd. Die trimmers zouden nu eigenlijk overbodig moeten zijn toch? Weg met die dingen.
De side chain aansturing opnieuw ontworpen
Dit experiment loopt ver uit de tijd die ik voor de bouw van een audio compressor met buizen had uitgetrokken. Maar het resultaat wordt steeds mooier en dus ga ik vrolijk verder en moeten andere projecten even wat langer wachten.
De demping indicatiemeter haal ik weg bij de uitgangstrafo. De enkele diode daar zorgde voor een eenzijdige belasting in de trafo (positieve pulsen wel, negatieve pulsen niet) en dat leverde vervorming op.
Die diode door een brugcel vervangen leverde wel verbetering op maar ik hang de meter nu aan de side chain en meet gewoon de compressiespanning die wordt aangevoerd. Hiermee is de trafo van elk stoorstroompje verlost.
In de side chain is de attack-time-instelling en de release-time-instelling nu uit elkaar getrokken wat een betere regelmogelijkheid biedt. Hiervoor moest in het chassis ruimte worden gemaakt en een gat aangebracht voor een extra potentiometer. Verderop meer over deze regeling.
The proof of the pudding is in the eating
De testresultaten zijn fenomenaal. Prima geluidskwaliteit, goede effectieve release en attack regeling. Uitstekende compressie die doorloopt tot minder dan 20% (bijna 10dB).
Het eindresultaat vind je op de pagina Audio Dynamiek Compressor voor Radiozenders
-Koos Overbeeke
Terug van de bouw van een audio compressor met buizen naar LPAM