AvatarPladespilleren.dk


MC transformeren - SUT

Senest opdateret 24. august 2020

Step-up transformere til MC pickupper (også kaldet SUT - Step Up Transformer) er noget af det mest esoteriske og oftest misforståede inden for hifi. Det forklarer måske hvorfor, de så sjældent bruges. (Flere gode aktive MC/RIAA forstærkere er afgjort en forklaring). Reelt er det en skam, for en god trafo er ofte det optimale for en MC pickup. På trods af en masse tekniksnak i det følgende, så er konklusionerne ret nemme at forstå og det tilhørende regneark, gør det nemt for alle at tilpasse pickuppen til MC trafo og efterfølgende RIAA.
At snakke om ind- og udgangsimpedanser for en trafo er specielt misforstået. Se på en trafo som en gearboks. Uden at vide hvad der kobles på ind- og udgang, kan man ikke beregne hvad der sker gennem trafoen. Det gælder både forstærkning og impedanser. En MC-trafo er meget kort fortalt en impedansomformer.
Vil du springe forklaringerne over, og beregne på en kobinattion af pickup og trafo, så gå direkte til regnearket her:   LINK REGNEARK

MYSL stepupHvorfor bruge en trafo?

MC pickuppernes store ulempe er, at de typisk har 20 dB lavere output end en MM pickup. Derfor skal vi nødvendigvis forstærke signalet, så det passer til den efterfølgende RIAA. Det kan gøres aktivt med en såkaldt ”headamp” (har intet med hovedtelefoner at gøre!). 

Mange mener, at en optimalt designet og tilpasset transformer stadig er den bedste løsning. Dette gælder specielt, når vi snakker om pickupper med meget lavt output;  0,2 mV eller lavere.  Hertil kan jeg så tilføje. Jo, men det koster! De bedste trafoer jeg har hørt koster lige så meget som de dyreste pickupper. MYSL trafoen her til venstre koster 41.200 kroner!

Førhen var det nærmest umuligt at opnå et optimalt signal/støj forhold med et aktivt kredsløb. En trafo var den eneste løsning. En forstærkning på 20 til 30 dB er ikke noget problem, men at gøre det med støjende rør eller transistorer kunne være noget af en udfordring. Moderne halvledere kan nu meget bedre leve op til kravene om lav støj, men rør skal stadig helst have en trafo på indgangen, hvis der skal køres med MC pickupper. Aktive løsninger
behandes en anden gang, her drejer det sig om transformeren.

Ud over emnet støj, så er der selve lydkvaliteten, som tilhængere af MC-trafoen slår på. Forvrængningen i en trafo er af en helt anden natur end det der sker i en aktiv forstærker. Den harmoniske forvrængning i en trafo er højest ved lave frekvenser og falder hurtigt opefter i frekvens. Absolut en fordel i en MC trafo, hvor det RIAA-korrigerede signal er ulineært. Et aktivt kredsløb vil typisk opføre sig helt modsat med stigende forvrængning opefter I frekvens. Mere vigtigt er det, at den generende intermodulationsforvrængning typisk er lavere I en god transformer end i et transistorkredsløb.  Selv om en trafo ikke er uden forvrængning (intet er), så er den nærmest ubetydeligt sammenlignet med hvad mange transistorforstærkere kan præstere. Det der taler mod brugen af trafoer er følsomhed overfor indstråling (brum) og prisen! Transistorer og IC’er kan koste ned til få kroner, men transformere vil altid koste en hel del mere. Nogle gange flere 1000 gange mere! Dette skyldes brugen af dyre kernematerialer, samt kobber- eller sølvkabler internt. Hertil kommer selve præcisionen og arbejdet I at lave en god trafo. Køber man en færdig løsning, er den ofte pakket ind og designet efter alle kunstens regler. Nok dyrt, men reelt har det ikke så meget med lyden at gøre.

Belastning af MC-pickuppen

Inden vi kigger på sammenhængen mellem pickuppen og trafoen er det på sin plads, at kigge lidt på effekten af forskellige ohmske belastninger af din MC pick-up.

Når et signal ser ind i en ohmsk belastning får vi en spændingsdeler – kildeimpedansen (også kaldet udgangsimpedansen) ser ind i belastningsimpedansen (indgangsimpedans). Kilden er her en pick-up, men i princippet kan det være andre signalkilder. Denne spændingsdeler virker som et dæmpeled, eller en slags fast indstillet volumen kontrol. Hvis belastningsimpedansen er meget højere end kildeimpedansen får vi en meget lille dæmpning. Den gyldne regel indenfor audio er, at føre et signalet ind i en belastning, der er mindst 10 gange større end signalets udgangsimpedans. Dette for at undgå niveautab (samt følsomhed over for kabel kapacitet). Det gælder også for vores MC-pickup. Hvis forholdet mellem ud- og indgangsimpedansen er 10 så får vi en dæmpning på ca. 1 dB. Altså noget vi kan leve med. Hvis derimod kilde- og belastningsimpedans er den samme, taber vi 6dB. Denne "regel" om 10 gang kildeimpedansen gælder ved aktive kredsløb. Jeg er efterhånden kommet noget i tvivl om det også gælder for trafoer? Indtil videre vil jeg sige nej. Langt højere impedanser virker fint, men i sidste ende - prøv dig frem.

Jensen MC trafoI lang tid har den typiske MC pickup haft en indre impedans (kildeimpedans) på omkring de 10 ohm. Men i de senere år er den blevet en del lavere. Ja selv de bedste pickupper fra omkring år 2000 kan ligge nede omkring de 4 ohm eller lavere (Accuphase og Transfiguration). Tal vi om nogle af de nyeste top pickupper finder vi langt lavere impedanser, helt nede omkring 1 ohm (f.eks. MYSL, LYRA og IKEDA). Visse eksoitiske japanere er nu pænt under 1 ohm.

Ændrer lyden sig så, når vi ændrer impedansen? Ja, afgjort! Mange siger at lyden typisk er lysere og mere skinger, hvis belastningsimpedansen er for høj. Modsat vil en for lav impedans give en død og noget energifattig gengivelse med manglende luft. Ofte vil pickup fabrikanterne bare angive ”højere end 50 ohm” eller andet. Her er det op til brugeren selv at prøve sig frem. Igen vil jeg sige, at der nok er forksel på aktive kredsløb og trafoer.

Den generelle tommelfingerregel som mange producenter holder sig til er en indgangsimpedans på 100 ohm. Det er en passende værdi for de fleste pickupper, og ofte også den impdans du finder på færdige apparater. Personligt holder jeg mig til reglen om 10-20 gange kildeimpedansen. Det er dog ikke altid, den holder. Mange er af den overbevisning, at det skal være mindre, når man bruger en trafo. Her har jeg set anbefalet 5 gange den indre impedans og endda ned til 1 gang  - altså belastning med samme impdans som pickuppen. Jeg går mere den modsatte vej, mod højere impedanser. 

Jeg vil dog ikke anbefale en belastning der er lig med (eller tæt på) pickuppens udgangsimpedans. Det giver 6 dB fald i niveauet og lyden bliver meget flad og udynamisk. Desuden er det meget svært at opnå med en trafo, men det er så noget helt andet.

Transformer - vikling og impedanser

Omsætingsforholdet i en trafo er forholdet mellem primær og sekundævirklingerne. Som nævnt i starten en slags "elektrisk gearboks". Spændingen transformeres op eller ned i same forhold som mellem de to viklinger. En transformer med f.eks. 100 viklinger på primær og 1.000 på sekundærsiden har et omsætningsforhold på 1:10. Med andre ord vil den (ved ideelle forhold) transformere spændingen op til 10 gange så meget som på indgangen. Men en transformer er 100 % passiv og kan ikke trække energi ud af luften. Den forøgede spænding vil samtidig betyde en tilsvarenede reduktion i den leverede strøm. Her har vi det, der forårsager impedans omformningen i en trafo. Transformeren selv har ikke en impedans - den reflekterer impedansen fra den ene side, så den ses som en anden impedans på den anden side. Det virker i begge retninger. I det ovennævnte eksempel med en 1:10 step-up transformer, vil en  47k impedans på sekundærsiden (din RIAA)  blive set som 470 ohm på de primære viklingen. En 1:2 step-up transformer med en 100k belastning på sekundærsiden vil tilsvarede blive set fra kildesiden som 25k. På samme måde vil udgangsimpedansen blive større. 10 ohm fra din pickup bliver til 1000 ohm ud. Da den ser ind i 47 kohm, er det dog ikke noget problem.

Lundhal trafoEksempler på gode MC trafoer:
Ikeda IST-201 - omsætningsforhold 1:20
Ortofon T 3000 - omsætningsforhold 1:32
Denon AU-1000 - omætning 1:13,5
Lundahl LL 1933 - omsætnlng 1:8 eller 1:16
My Sonic Labs Stage 1030 - omsætning 1:20 (se billedet i toppen af siden)
Audio Note AN-S8 MC trafo - to versioner 1:44 eller 1:12,5
Jensen JT 34K DX - 1:37 (til Ortofon eller Audio Note)

Hermed er det logisk, at en pickup med et udgangssignal på 0,5mV, når den anvendes med en MC trafo der omsætter I forholdet 1:10, vil give 5mV på transformerens udgang. Men, så alligevel ikke. For det forudsætter at pickuppens indre impedans (dens udgangsimpedans) er nul ohm. I praksis ligger de fleste MC pickupper omkring de 5 ohm og for trafoer med lavt omsætningsforhold (mindre end eller lig med 1:20), kan vi godt regne med trafoens omsætningsforhold.

Som nævnt, vil pickuppens indre impedans aldrig være nul. Derfor skal denne værdi være med i beregningen, hvis vi ønsker et helt korrekt resultat. Lad os tager et eksempel: 

Transformeren er med 1:10 forhold og vores pickup siger 10 ohm indre impedans. En normal belastning på 47k vil så resultere i, at pickuppen ser 470 ohm. Nok i overkanten rent lydmæssigt, men lad os se bort fra det her. De 470 ohm og de 10 ohm kildeimpedans udgør en spændingsdeler. Niveauet i dette eksempel falder med kun 0.2 dB (10/(470+10) = 0.0208 gange). Det er ikke ret meget og ikke værd at bekymre sig om. 

Men har vi en trafo med større omsætningsforhold og en pickup med højere udgangsimpedans, så kan det give problemer. Lad os tager en pickup med 40 ohm indre impedans (f.eks. en gammel Denon DL 103 fra før 2007) og en transformer med 1:30 omsætning (Beregnet til en Ortofon MC 3000). De 47k på RIAAen ses så af pickuppen som 52 ohm. Drevet af de 40 ohm. Derfor  vil spændingsfaldet grundet mistilpansning være 0,43 (ca. 5 dB).  Det er meget - næsten halvdelen af den spænding pickuppen genererer. I stedet for de 30 gange som trafoens omsætningsforhold angiver, får vi altså kun ca. 13 gange forstærkning! 

Selv om vi har en trafo med en stort omsætningsforhold, så passer den ikke til Denon pickuppen og vil ikke give den forstærkning vi forventer. Samtidig får en leastning der ligger tæt på pickuppens indre impedans. Det kan være lyden er OK, men vi udnytter hverken pickup eller trafo optimalt. 

AU 1000Her har vi grunden til den misforståelse, der ofte opstår. Mange mener, at en step up transformer skal "tilpasses" til pickuppen. Ja, det er nok sandt, hvis vi udelukkende ser på at få det maksimale signal ud af pickuppen. Vi skal dog ikke glemme, at vi ikke nødvendigvis altid går efter det maksimale signal. Det vi tilsigter er et passende signal til den efterfølgende RIAA samt en optimal tilpasning af impedansen til vores pickup. Normalt vil vi sigte på at få ca. 5 mV ud til den tilkoblede RIAA. Nogle kan tåle mere (typisk rør), men i sidste ende skal det passe med forstærkingen og hvilket signal vi ønsker. For meget overstyrer indgangen - for lidt  giver støj.

Lad os prøve med Denon DL-103 igen, men denne gang med en  Denon AU-1000 trafo (billedet her til venstre)  med et omsætningsforhold på 1:13,5.  Vi får så en belastning på 258 ohm og et udgangssignal til RIAAen på 3,51 mV (dæmpet 1,25 dB grundet impedanserne).  Her ser det noget mere fornuftigt ud og vi får stadig et passende output til vores RIAA. 

Noget mere optimalt ville det være, hvis vi kunne ændre indgangsimpdansen på vores RIAA til 100 kohm. Det kan man nogle steder, og helt sikkert hvis man selv bygger forstærkeren. Med 100 kohm belastning vil vores DL-103 gennem AU-1000 traofen så se ind i 549 ohm og vi får 3,8 mV på indgangen.

Jeg har ikke en DL-103, men jeg har prøvet med min Benz LPs. Med 0,35 mV ud og 38 ohm i indre impedans, minder den impedansmæssigt meget om DL-103. Den efterfølgende RIAA blev sat til 100 kohm og både på papiret (i computeren) og i praksis passer det hele super godt!  Jeg får en belastning på 549 ohm, 4,42 mV ud på trods af pickuppens høje impedans dæmpes signalet kun med ca. ½ dB.

Den store fejl, man oftest ser ved valg af en transformer, er at man stirrer sig blind på et enkelt parameter. Vi skal tage hensyn til såvel den opnåede forstærkring og den resulterende impedans.

Transformere med flere primær- og sekundærviklinger

LL 1933Ovenfor har jeg udelukkende omtalt MC trafoer med et fast omsætningsforhold. Mange tilbyder dog omskiftere, der ændre på impedanser og forstærkning. Ser vi f.eks. på  Lundahl LL 1933, så har den 2 pirmærviklinger og 2 sekundær. Det giver flere muligheder for hhv. at parallelforbinde eller serieforbinde viklingerne. Endelig er det også muligt at anvende den til et fuldt balanceret signal på både ind- og udgang. (Noget jeg kommer til en anden gang). 

Med de to primærviklinger i parallel og udgangen i serie får vi 1:16 omsætning, Forbinder vi primærviklingerne i serie lige som udgangen får vi 1:8. Lundahl anbefaler ikke, at man sætter udgangen i parallel, men det vil så give hhv. 1:8 og 1:4..Som det ses, kan man med få omskiftere få mange muligheder, hvor dog ikke alle er umagen værd.

FRT-3 SUTEt meget anderledes eksempel er min gode gamle Fidelity Research FRT-3 trafo. Via en omskifter kan der vælges 30 ohm elller 16 ohm. Hvad er nu det? Hvorfor oplyser den ikke noget om omsætning og forstærkning? Tja, det gør den sådan set også, men man skal lige finde det på nettet:

Primær: 10 ohm, 30 ohm og PASS (MM)
Sekundær: 12 kohm
Load: 47k
Step up: 10 ohm 31 dB (1:36) - 30 ohm 26 dB (1:21)

Hvis man bare sætter omsætningsforhold 1:36 ind i beregningerne (se Excel regneark) passer det slet ikke. Impedansen vil så være 36 ohm. Kan de ikke regne? Jo, læg mærke til "sekundær 12 kohm". Internt i trafoen er der en 16,2k modstand parellelt med udgangen. Den sidder parallelt over de 47 kohm i den efterfølgende RIAA. Samlet giver det de nævnte 12k. Med denne nye sekundære belastning beregnes prmær til 9,3 ohm. Meget tæt på de angivne 10. I den anden position 26 dB får jeg belastningen til lige over 27 ohm - altså igen tæt på de angivne 30. 

Mange især ældre MC trafoer havde tendens til at ringe ved højere frekvenser. Man må sige denne FR hører til de lidt ældre. De havde gerne en fordel af at bliver hårdrer belastet på sekundærsiden (lavere impedanser). Det har man så udnyttet her.  

Længere nede på siden, kommen jeg ind på impedanstilspasning ved modstande på sekundærsiden (og primærsiden). Det fremgår også af regnearket.

IST-120Transformere er ikke ideelle

Beregningerner ovenfor og i det vedhæftede regneark går ud fra en "perfekt" transformer. Altså med tråd uden modstand og med nul kapacitet i viklingerne, med ingen parasit induktans og uendelig prmær induktans o.s.v. I den virkelige verden må vi leve med de begrænsningr naturen sætter og arbejde med ledere der har modstand , kapacitet o.s.v. Alle transformere har begrænsinger og de med meget høje omsætninsforhold har typisk flere, da de indeholder flere viklinger på sekundær siden. Det betyder større modstand og kapacitet som naturligt vil begrænse frekvensområdet opefter. 

Hvorfor så ikke bare færre viklingen på primær siden? Fordi det vil reducere den primære induktans og begrænse frekvensområdet nedefter. Som tommelfingerregel vil en transformer med lavere omsætningsforhold give bedre resultater både teknisk og lydmæssigt.

Et andet fænomen er magnetisk hysterese, der får magnetiseringen af kernen til at komme senere end det elektriske felt der skaber magnetismen, Man kan sige, der er en træghed i det magnetiske materiale. Det kommer fra det græske ord hysteresis (bagefter). Alle ferromagnetiske materialer anvendt I transformerkerner udviser i større eller mindre grad hysterese fænomenet. Fænomenet er også kendt fra båndoptagere. Blandt andet derfor udviklede man langt mere optimale kernematerialer - f.eks. permalloy. Noget der også tages hensyn til i trafoer.

Derfor snakker man om hysteresetab I en transformer. Ved at tilføre et magnetisk felt til den magnetiske kerne i trafoen (via primærvikingen)  bliver kernen magnetiseret. Med start fra 0 - en ikke magnetiseret kerne - stiger magnetismen efterhånden som feltet hæves. Når feltet sænkes (strømmen vender) burde kernens magnetiime igen falde til 0. Desværre er der altid mindre urenheder i kernen, som ikke kommer tilbage til 0. Først når det modsat rettede signal sendes til primærviklingen tvinger vi kernen til at ændre polaritet. Således vil der hver gang vi vender strømmen i vores musiksignal gennem kernen være en vis træghed, som medfører forvrængning.

Hvor meget dette reelt betyder for en MC trafo er jeg noget i tvivl om. Data for de bedste trafoer nævner ikke fænomen med så meget som et ord. Vil du vide mere om dette emne så søg selv "hysterese" på nettet.

47K resistorTransformere og impedanstilpasning

Som jeg var inde på i indledningen, befinder de fleste MC pickupper sig bedst med en belastning på ca. 5-10 gange deres udgangsimpdans. Det er dog en antagelse og på det seneste er jeg kommet noget i tvivl om det også gælder ved brug af MC-trafo. Det er således ikke sikkert at vi opnår det gennem trafoen, idet vi absolut også tilstræber at få den størst mulige forstærkning. Nu er det dog sådan, at vi (jeg) gerne vil have mulighed for at tilpasse lyden til den pickup vi bruger. Det kan være en med 5 ohms udgangsimpedans eller en med 20 ohm. De kræver ikke samme forstærkning og heller ikke samme impedans.

Som det var tilfældet i den ovenfor nævnte FRT-3, kan vu så tilføje en modstand parallelt over sekundærudgangen på trafoen. (parallelt med de oftest 47 kohm i vores RIAA). Hermed sænkes impdansen. Bedst er det, hvis vi selv bygger vores RIAA og derfor kan vælge f.eks. 22 kohm eller 33 kohm på indgangen. Det giver os flere muligheder.

Vi skal dog absolut være opmærksomme på, at det her ikke kan bruges ukritisk. Som nævnt ovenfor skal vi hele tiden sikre os, at vi ikke nærmer os en belastning som svarer til pickuppens udgangsimpedans. Det vil dæmpe signalet med 6 dB og giver højst sandsynlig en meget dårlig gengivelse. Vi skal heller ikke på denne måde prøve at tilpasse en trafo med stor forstærkning (højere omsætningsforhold) til en højimpedant pickup med højt udgangsniveau. I sådanne tilfælde er der absolut tale om mistilpasning.  Tilpasning med modstande kan gå an, men husk på vi smider forstærkning væk på et sted i signalvejen, hvor vi absolut har brug for stor forstærkning. Det optimale vil altid være at vælge den rigtige trafo til din pickup. Husk også at det skal være gode modstande! Når der kun skal bruges 2 kan man sagtens køb de bedste der findes. 

Enkelte steder har jeg set anbefaling af modstande over primærviklingen. Jeg han nu indført denne mulighed i regnearket. Med de lave impedanser vi snakker om er det ikke noget problem og jeg kan da se fordelen. Det skal afgjort prøves, for det har ikke umiddelbart de ulemper som loading af sekundær viklingen viser.

Et eksempel

Vi har en Audio Technica AT-ART9 pickup og bruger en Lundahl LL 1933 trafo, der er koblet til et omsætningsforhold på 1:16.
Pickuppen har en indre impedans på 12 ohm og den giver 0,5 mV ud.
RIAA indgangen sætter vi til default 47.000 ohm                                                                                                                      

Regnearket vil nu vise, at vi får en indgangsimpedans på 183,6 ohm.
Trafoens udgangsimpedans er 3072 ohm, så bedst at bruge kabler med lav kapacitet.
De 0,5 mV ind er på udgangen er blevet til 7,51 mV - rigeligt til en mormal RIAA                                            

Audio Technica anbefaler "minimum 100 ohms belastning".  De 183,6 kan være OK, men hvis vi ønsker at gøre noget  ved det, kan der indsættes en 100.000 ohm parallelt over udgangen. Det indtaster vi i højre side af regnearket. Nu er belastningen så 124,9 ohm oig vi har stadig 7,3 mV ud                                    

Alternativt kunne vi have sat en 400 ohm hen over indgangen. Det giver nu 125,6 ohm belastning og der vil stort set ikke være noget tab..

Hvis vi vælger korrektion på både ind- og udgang, (et tænkt eksempel - ikke anbefalet) får vi 95,2 ohm  

I sidste ende må det komme an på en prøve - hvad lyder bedst?                             

I

Linket til regnearket fik du i toppen, men nu du er nået så langt, fortjener du det igen:   LINK REGNEARK

TILBAGE TIL FORSIDEN