Dit project is voor een groot deel een doorstart van het minder succesvolle project met de 813 buizen. Ik had een vliegende start omdat bijna alles wat boven de chassisplaat aanwezig was hergebruikt kon worden voor deze nieuwe 211 versterker. Ik had al enige jaren een paar Goliath 211 monoblokken staan, dus het was het wel de bedoeling dat er een uitdaging in het project zou zitten..... in die zin, dat het iets totaal anders moest worden dan alle voorgaande projecten... zowel in opbouw als in technische zin. In overleg met TriodeDick (die zelf druk in de weer is met interstages in zijn projecten), heb ik besloten te gaan voor een 211 versterker die tot een Watt of 18 in klasse A1 speelt en daarboven vloeiend overgaat in klasse A2.
Bij het bouwen van deze nieuwe versterker is dus een schone taak weggelegd voor de interstage, waar je wel een negatieve spanning op kunt aanleggen en die zonder problemen stroom levert als daarom gevraagd wordt bij positieve uitsturing.
Al met al een heel avontuur, waarbij nog maar moet blijken of deze versterkers beter presteren (kwalitatief en niet eens zo zeer qua vermogen) dan mijn "oude" Goliaths. Dat wordt best een opgave want er mankeert niet zoveel aan mijn Goliaths. Sterker nog.... als ik het niet zo leuk zou vinden om versterkers te bouwen, had ik nog jaren met veel plezier naar deze fijne muziekdozen geluisterd.
Klasse A1 & A2
Misschien behoeft het gepraat over klassen nog enige uitleg: Klasse A1 betreft een setup waarbij een fixed bias wordt toegepast en de rustspanning van de grid negatief wordt gemaakt. De negetieve roosterspanning, die in dit geval -59 Volt bedraagt, geeft de 6H30 ruimte om zo’n 42 Volt signaalspanning te leveren voor dat het rooster positief wordt. Op het moment dat deze spanning boven de fysieke 0 Volt uitkomt, bereikt de versterker het eind van zijn kunnen. Dankzij een koppelcondensator wordt erg vervelend gedrag begrensd. Omdat de ingang bij positief uitsturen heel laagohmig wordt, krijg je automatisch een laag-af filtering. Hierdoor blijft een harde clip, zoals je vaak bij solid state versterkers ziet, uit en het blijft allemaal lekker soft gaan als de grens overschreden wordt. Klasse A2 is een setup waarin de grid een positief signaal aangeleverd krijgt (dus boven de fysieke nul) waardoor er stroom gaat lopen over de grid. Het gebruik van een interstage zorgt ervoor dat zowel Klasse A1 en A2 haalbaar zijn en de overgang van A1 naar A2 vloeiend verloopt. Desondanks heeft het wel consequenties voor de kwaliteit van het signaal..... want het mooie gaat wel van het uitgangsignaal af. De meerwaarde zit er echter in, dat het een mooie oplossing biedt voor flinke uithalen die in het positieve gebied eindigen, daar waar een koppelcondensator de toppen van de sinussen gewoon zou hebben afgevlakt.
Uitgangstrafo's
Bij een eindbuis die een hoge uitgangsimpedantie nodig heeft, draait eigenlijk alles om de kwaliteit van de uitgangstrafo. Bandbreedte is vaak het grote probleem met 10K uitgangstrafo’s. Wil Blaauw van AE-Europe heeft zich speciaal voor deze versterker veel moeite getroost om een uitgangstrafo te ontwikkelen die zich van zijn beste kant laat zien in de laagste frequentieregionen, maar ook in het hoog niet te veel water bij wijn doet. Het maken van een uitgangstrafo en in het bijzonder bij dit type trafo voor een 211 triode, is altijd weer een kwestie van een juiste balans vinden. De kenners zullen weten dat er maar weinig 10K UGT's zijn die nog een beetje presteren en al helemaal als het gaat om wattages boven de 100 Watt over de primaire spoel. De nieuwe trafo is een uitgangstrafo geworden met een dubbele C-kern trafo die ruim 150 mm hoog is en die zowel ingezet kan worden voor een Single Ended Triode als voor een Ultra Lineaire Pentode. Anders dan anders is de secundaire winding voorzien van één 6 Ohm tap. Er is dus geen vrij hangende winding meer zoals je die hebt bij een keuze voor een 4 of 8 Ohm tap. Tevens is er (zoals bij een Tango UGT gebruikelijk is) een CFB-winding (tegenkoppeling) opgenomen die meehelpt om de uitgangsimpedantie van de eindtrap nog wat verder te verlagen. Dit kan het aansturen van luidsprekers verder verbeteren.
En om maar eens een paar specificaties op een rijtje te zetten:
- Dubbele C-kern, materiaal: SE 150b, hoogte 150mm - Frequentiebereik: 8Hz tot 31 KHz -3dB- Geen resonanties aanwezig binnen meetbereik- Eerste piek wordt aangetroffen bij 160KHz -30dB- Primaire wikkeling: maximaal 120mA- Secundaire (Output): 50Watt / 6 Ohm- CFB winding (zoals bij de Tango)- Een UL tap op 40% (bij deze versterker niet gebruikt)
- AE Typenummer: 28957
Deze trafo kan het uitgangsvermogen van de 211 buis in klasse-A met groot gemak bedienen en behoudt daarbij een goede bandbreedte. Maar hij is evengoed inzetbaar voor bijvoorbeeld de 813 buis in SE UL setup. Kom daar maar eens om bij andere 10K trafo's voor dat geld. Wil Blaauw heeft met deze trafo iets neergezet waarmee zelfbouwers er in vele projecten van kunnen genieten.
De trafo zoals je die hier links en boven ziet, heeft wel het e.e.a. achter de rug. De kernen zitten normaal ingeklemd tussen 2 ramen die met een haakse hoek naar buiten staan. Omdat de trafo's anders niet in de (met zweet en tranen gemaakte) trafobehuizing zouden passen, heb ik aan beide zijden de hoeken er af moeten zagen. Als het er dus een beetje vreemd uitziet, dan is dat volledig aan mij te danken. Ik kreeg al vragen of ik wel zeker wist dat het geen EI-kern trafo's waren.....
De hardware
Zoals je misschien nog weet, was de 813 versterker op een 70mm hoog aluminium chassis gebouwd, met daarin een sub-chassis om alle componenten te kunnen monteren zodat de bouten niet zichtbaar waren aan de buitenkant. Voor deze versterker moest er een 100mm hoog chassis komen, omdat er voldoende ruimte moest zijn voor de interstagetrafo's. Ik heb stad en land afgezocht naar aluminium kokerprofielen voor de zijkanten en uiteindelijk heb ik die gevonden in een metaalhandel in Rotterdam. De koker is 100*18 mm en een wanddikte van 3mm en is per strekkende meter te krijgen. Het schijnen profielen te zijn die veel in badkamers worden toegepast. Dus met 2 strekkende meter kokerprofiel naar huis gereden, waarna vriend Hans ze onder zijn hoede heeft genomen voor het betere zaag-, boor- en freeswerk. De front- en achterpanelen zijn ook weer van zijn hand en die zien er weer professioneel goed uit. Op het gebied van metaalbewerking is hij een echte alleskunner.
Hier zie je de voor en zijpanelen van het chassis. Alle montageplaatsen zijn voorgeboord en voorzien van schroefdraad. Het tappen van het schroefdraad is mijn enige toegevoegde waarde op dit gebied. De panelen zijn gepolijst en gespoten bij een plaatselijke meubelspuiterij.
Rechts zie je dan het afgemonteerde chassis. De uitsparingen aan de bovenkant zijn bedoeld om ruimte te geven aan de bouten en moeren van de verschillende trafokappen.
De opbouw begint hier met de montage van chokes, voedingscondensatoren en gloeivoeding. Het begint al ergens op te lijken.
Hier is de oplossing die ik bedacht heb om het hoofd te bieden aan het iedere keer weer optredende ruimteprobleem. Het is een sub-chassis met daarop de C2 condensator combinatie van de voeding van beide trappen. Daarnaast staat de interstage en aan de voorzijde is de pcb gemonteerd voor de NRS (Fixed Bias)
Deze module wordt hangend bevestigd en met de moeren van de uitgangstrafo vastgezet. Gezien de grootte van de uitgangstrafo heb ik daarvoor M6 bouten en moeren gebruikt, wat de montage van deze module wel eenvoudig en degelijk maakt.
Specs van de Interstage:- Wikkelverhouding 1:1, Dubbele C-kern, - Lameldikte 0,5mm- Frequentiebereik: 15Hz tot 101KHz -1dB
Je kunt hier goed zien dat het voornamelijk om bedraden gaat. Okay, voor de diverse voedingen zijn wel componenten nodig, maar voor de rest is het draad, draad en nog meer draad. Het meeste hangt hier nog los, maar je kunt wel een aardig idee krijgen wat het moet worden.
De versterker
De eerste trap is opgebouwd rond de bekende 6H30 (6N30) dubbel triode (schema-1). Dit is een medium gain triode met een mu van 14 á 15 die ik graag in mijn versterkers gebruik. Het is een echte krachtpatser met een voor een stuurbuis zeer lage inwendige weerstand. De kathodeweerstand van de 6H30 is met een capaciteit ontkoppeld om de uitgangsimpedantie van de buis zo laag mogelijk te houden. Ik heb hiervoor een zogenaamde ‘super e-cap’ setup met 100uF/16V Blackgate non-polar condensatoren gebruikt die ik nog op de plank had liggen. Deze mooie Blackgate condensatoren zijn helaas al weer enige tijd uit de roulatie, maar je kunt natuurlijk zonder probleem een andere goede en gangbare elco op deze plek gebruiken.
De reden dat de versterker maar beperkt gebruik kan maken van de mogelijkheden die met klasse-A2 geboden worden, ligt aan de beperkte hoeveelheid stroom die de 6H30 kan leveren. Als de eindbuis richting zijn positieve aansturing gaat, zakt de anodeweerstand die de 6H30 ziet over de interstage naar het niveau van het stuurrooster die dan rond de 2KOhm ligt. De 6H30 kan dat best nog een tijdje bijbenen, maar als het rooster echt vol in de positieve aansturing schiet en flink stroom gaat eisen, dan komt de dappere Rus in ademnood. Als je echt gebruik wilt maken van A2 waarbij een dubbel uitgangsvermogen tot de mogelijkheden hoort, dien je gebruik te maken van een 300B of Mosfet in de driver stage. In het huidige geval geeft mij deze schakeling wat meer headroom. Voor de prestaties hoef je het dan allang niet meer te doen, getuige de vervormingcijfers die verderop in dit artikel kunt lezen.
De secundaire wikkeling van de interstage wordt gevoed met een negatieve spanning om de virtuele nul van de grid zo’n 54 Volt omlaag te trekken. Zolang het signaal binnen het negatieve spanningsgebied blijft, speelt de versterker in klasse A1, bij het positief worden gaat de versterker over in klasse A2. Voor het instellen van de ruststroom gebruik ik een klassieke NRS-schakeling waarmee heel simpel van buitenaf de negatieve roosterspanning met een potmeter te regelen is.
Zoals al vaak gezegd en geschreven, zit de werkelijke kwaliteit van een versterker in de eerste watt, want daar zit de informatie en detaillering die wij zo graag horen. Hoe beter de controle over het muzieksignaal is, hoe hoger de kwaliteit van de weergave. Met de controle van deze versterker is niets mis. Integendeel zou ik zeggen. De weergave heeft autoriteit en kracht en geeft een natuurgetrouwe indruk. Natuurlijk wil je op zijn tijd de volumeknop ook wel eens verder opendraaien zonder dat de versterker je in de steek laat en dat laatste is met deze versterker goed gelukt. Het is een typische Single Ended Triode versterker gebleven, maar heeft een paar fijne extra’s zowel op het gebied van klankeigenschappen en laagweergave als op het gebied van vermogen.
Ondersteunende elektronica
De 6H30 wordt gewoon met 6,3V wisselspanning gegloeid, waarbij de bedrading strak getwist is om het strooiveld zo klein mogelijk te houden. Het heeft nauwelijks enige toegevoegde waarde om hier gelijkspanning te gebruiken. De gloeispanning voor de 211 buis is een heel ander verhaal. Omdat de buis een direct verhitte triode is, wordt de gloeidraad tevens als kathode gebruikt en maakt dus onderdeel uit van de signaalweg. Elke vorm van brom die bovenop de gloeispanning wordt aangeleverd, zal hoorbaar zijn aan de uitgang. Een Tentlabs stroombronvoeding is hier dus goed op zijn plaats. Ik gebruik hier een trafospanning van 11V/5A voor, omdat anders het regelbereik erg krap wordt. In principe is 10V voldoende, maar ik bouw altijd liever wat marge in. Hoewel een tolerantie van 5% op 10Volt een werkingsgebied geeft tussen de 9,5 en 10,5 Volt, geef ik er de voorkeur aan om hem precies op 10 Volt in te stellen. De schakeling voor het maken van de negatieve roosterspanning is erg simpel en is afgebeeld in het voedingschema (schema-2)
De voeding
De gelijkrichting voor de 211 buis wordt verzorgd door twee 6DW4-B diodes die destijds gemaakt zijn als boost rectifiers voor kleurentelevisies in de V.S. Deze buizen hebben het grote voordeel dat zij geen top anode hebben en waardoor minder snel gevaarlijke situaties kunnen optreden met kinderen en huisdieren. Zij hebben een zeer lage voltage-drop (25Vdc @ 350mA) en kunnen 5,5KV verwerken. Deze buizen staan op een NOVAR-voet die in V.S. nog goed te krijgen is. Deze buizenvoeten moeten niet verward worden met de Europese versie van deze grote 9-pins buizenvoet. Dit soort buizen is het eerst op de Amerikaanse markt verschenen met een pin dikte van 1mm en is daarna in aangepaste vorm door Philips gemaakt. Vanwege problemen met de kwetsbaarheid van deze buizenpennen, heeft Philips buizen gemaakt met een pendikte van 1,5mm met dito buizenvoeten. De problemen die je krijgt als je deze Amerikaanse buis in een Europese buizenvoet zet zijn voor de hand liggend. Een goed alternatief voor de 6DW4-B is de 6CJ3 buis (damping diode).
De gelijkrichting van de voortrap wordt verzorgd door een CV4005 c.q. een 6X4 buisje. Een alternatief voor deze ook steeds slechter verkrijgbare buis is bijvoorbeeld een EZ81 of de 6Z31, die tegenwoordig ook weer nieuw geproduceerd worden.
De voedingtrafo’s die ik hier heb gebruikt zijn afkomstig uit het eerder genoemde 813 project en hebben hoogspanningtaps voor 700 en 350Vac. De in schema-2 afgebeelde componenten zijn daarop afgestemd, maar je zou net zo goed (zo niet beter) kunnen kiezen voor 800 en 330Vac taps, wat resulteert in een B+ van 1100Vdc en een B++ van 234Vdc met een iets aangepaste condensatorbezetting en weerstand. Met een bias van 60mA @ 1100Vdc kom je zo aan de maximale 65W dissipatie voor Klasse-A weergave. Is hier nog iets bijzonders te melden? Jazeker. Voor de afvlakcondensatoren voor de B+ is gekozen voor Nippon Chemicon condensatoren en wel de 680uF/400V 105C KMM snap-in types, een prima kwaliteit elco die je veel in high end audio apparatuur ziet. Het mooie is dat het niet eens excessief kostbare componenten zijn. De voeding voor de voortrap is uitgerust met een Epcos MKP condensator en een Blackgate WKZ.
Meetplaatjes
■ Vervormingsproducten
De totale harmonische vervorming plus ruis en brom (FFT THD+n residu) gemeten bij 1 watt met een 1 kHz meetsignaal in 8 Ohm voor zowel een 60 als 80mA Bias, komt voor deze versterker uit op respectievelijk 0,48% en 0,33% (figuur-1), een mooie waarde voor een buizenversterker die niet op het gebruik van negatieve tegenkoppeling leunt. Het cijfer komt voor het grootste deel op conto van de 2e harmonische van het meetsignaal, zoals het FFT spectrum laat zien, in een verder mooi aflopende harmonische spectrum.
Aardig om op te merken is dat de hogere bias instelling iets betere vervormingcijfers laat zien specifiek voor wat betreft de 3e harmonische van het meetsignaal. Ook hier kies je weer voor het meest redelijke compromis. Ga je voor de beste (meet)resultaten en stelt de rustroom zo hoog mogelijk in, dan heeft dat als consequentie dat de eindbuizen beduidend eerder opbranden. Ik gebruik de 211 op 60 mA, wat in mijn oren klankmatig geen mindere resultaten geeft. En je kunt veel langer muziek luisteren met dezelfde buizenset.
Het extra vermogen wat binnen het A2 gebied beschikbaar komt, is goed te zien in figuur-1. Het 10% THD+n punt geeft 18 en 20 Watt aan bij een Bias van resp. 60 en 80mA zonder dat er een harde clip optreedt. Dit 10% punt wordt overigens bereikt bij een signaalsterkte van 2,9V
Figuur 2 laat twee metingen zien die bij een Bias van 60 en 80mA zijn gedaan. De ruisvloer ligt iets lager dan –120dB en de 50Hz stoorspanning beperkt zich tot -73dB. De 100Hz harmonische ligt al op -76dB. Zelfs met je oor tegen de speaker gedrukt is er geen hoorbare brom.
■ Frequentiebereik
De frequentieresponse bij 1, 12 en 20 Watt worden weergegeven in figuur-3a en 3b. Deze grafieken leiden tot de volgende tabel:
Frequentiekarakteristieken in 8 Ohm:
1 Watt @ -3dB: <10Hz – 22KHz
12 Watt @ -3dB: 14Hz – 20KHz
20 Watt @ -3dB: 16Hz – 19KHz
Hoewel deze cijfers vergeleken met bijvoorbeeld een solid state versterker misschien minder spectaculair ogen, (sommige die hard solid state ‘alleen meten is weten’ junks zullen misschien zelfs van met lachstuipen van hun stoel vallen) valt het resultaat voor een 211 single ended versterker beslist niet tegen. De curves aan beide zijden van het frequentiespectrum verlopen elegant. Deze “beperking” is het gevolg van het compromis wat je moet sluiten bij het maken van een 10K uitgangstrafo die ook nog eens grote uitgangsvermogens aan moet kunnen. Kijkend naar het -3dB punt in het laag die in alle gevallen kleiner is dan 16Hz, moge duidelijk zijn waar hier voor is gekozen. Het zou in mogelijk iets beter kunnen met iets minder laag en iets meer hoog, maar het is een illusie om te denken dat je 18Hz kunt horen. Dat geldt overigens ook voor frequenties boven de 15KHz op mijn leeftijd.
■ Lineairiteit
Ook op deze versterkers is de lineariteitsmeting op 70Hz (naar een idee van Menno van der Veen) uitgevoerd. Deze test laat zien hoe een versterker omgaat met zeer kleine tot zeer grote signalen bij een gelijke versterking. Deze buis is iets minder lineair dan een 300B, maar de variatie beperkt zich echter tot ongeveer 0,4dB binnen een signaalsterktebereik tussen de -86dB en 14dB en dit is te zien in figuur-4.
De metingen zijn uitgevoerd bij een bias instelling van 60 en 80mA en geven eigenlijk alleen boven de 10Watt een afwijking in de lineairiteit ten nadele van de 80mA instelling. Om duidelijk te maken over welke grootheden wij het hier hebben, vind je hieronder een signaalsterkte v.s. uitgangsvermogen tabel:
-60dB signaal input levert 3,5 microWatt output
-40dB signaal input levert 415 microWatt output
-20dB signaal input levert 38 milliWatt output
0 dB signaal input levert 3,7 Watt output
■ Dempingsfactor
De dempingfactor ligt tussen 3,2 en 3,3 in het grootste deel van het frequentiegebied (figuur-5). De CFB zorgt ervoor dat de Ri van de eindbuis een stukje verlaagd wordt. Zonder de CFB zou de dempingsfactor uitkomen op 2,3
Er gaan veel indianenverhalen over het vermogen van een 211 versterker. Steeds vaker worden vermogens van 18 á 20 Watt genoemd en geschreven, zelfs voor fabrieksversterkers, maar in de praktijk worden die eigenlijk maar zelden waargemaakt, met andere woorden: de specificaties worden graag opgeleukt. De doorsnee koper of bouwer zal er nooit achterkomen of het een hele of een halve waarheid is. Het verschil is niet hoorbaar en alleen door metingen vast te stellen. Pakweg 25% van het in de buis gestookte vermogen kun je als 'A1' vermogen terug verwachten. In de praktijk gaat er ook nog iets verloren in het overgangsgebied naar roosterstroom en de nooit optimale aanpassing naar de belasting. Dan is 14 á 16 Watt toch niet zo gek. Het verschil tussen 14 en 20 watt is nagenoeg onhoorbaar. Zeker bij een buizenversterker die over een mooie soft clip beschikt.
Tweaks en aanpassingen
Door het gebrek aan tweakable componenten zoals ontkoppelcondensatoren, kun je het aanpassen aan de persoonlijke smaak beperken tot het proberen van verschillende merken buizen. Hoewel er diverse Chinese en Europese 211 triodes nieuw geproduceerd worden en die een alles behalve verkeerde reputatie hebben, beperkt mijn ervaring zich tot de NOS typen uit de V.S. van GE, RCA en United Electronics. De GE’s vind ik wat brutaal en hard klinken, de RCA’s geven de muziek vloeiend weer en de UE’s klinken zijdezacht. Mijn persoonlijke voorkeur voor deze buis gaat uit naar de RCA’s. Wat een interessante, maar kostbare optie lijkt, is de KR-Audio KR211, een van de KR300BXLS buis afgeleide triode op steroïden, maar zonder de typische fel oplichtende thoriated Tungsten kathode/gloeidraad die de klassieke 211 buis, en familieleden, zo kenmerkt.
De eerder genoemde 6H30 voorbuis is bij mij een gematchde Reflektor 6H30p-DR buis, maar eerlijk gezegd is het verschil met een nieuw geproduceerde en gematchde Sovtek 6H30p-EB niet of nauwelijks te horen. Gezien de prijzen die gevraagd worden voor de NOS Reflektor buizen, kun je je geld beter uitgeven aan de Autobias module van Tentlabs/VanderVeen die echt iets toevoegt aan de werking van je versterker.
Muziek
De weergave van muziek, daar is het uiteindelijk allemaal om te doen. Vergelijken van versterkers kun je alleen maar doen vanuit een duidelijk referentiepunt en ik was zo gelukkig om zowel de Goliath met mu-stage voortrap als de iGoliath met interstage naast elkaar te kunnen beluisteren. Het zijn uiteindelijk twee totaal verschillende versterkers geworden en hoewel ze veel gemeen hebben, verschillen ze ook als echte broers.... een eigen karakter, verschillende smaak van aankleding en een eigen stemgeluid
Er is en blijft niets moeilijker dan perceptie om te zetten in duidelijke en begrijpelijke termen, maar om de verschillen in een paar woorden te duiden: er is meer controle in mid-laag en laag. Zangstemmen hebben meer autoriteit dan de oorspronkelijke Goliath en het laag is strakker. Dit alles zonder in te boeten op detaillering.
De versterkers staan nu bijna een jaar te spelen en zijn zeer stabiel gebleken. Ik kan niet anders zeggen dan dat ik erg tevreden ben met het eindresultaat.
Waarschuwing
Deze versterker gebruikt een spanning die rond de 1000 Volt ligt en heeft een voeding die voldoende stroom levert om een acute hartstilstand te veroorzaken. Het is daarom niet aan te raden om deze versterker te bouwen indien je niet gewend bent om met zulke hoge voltages om te gaan en/of bekend bent met de risico’s.
en een woord van dank....
Een woord van dank is op zijn plaats voor de onderstaande personen, zonder wie dit project niet zulke fantastische versterkers opgeleverd zou hebben......
TriodeDick, voor de nooit aflatende geduld, adviezen en ondersteuning... Wil Blaauw, voor de tijd en moeite die hij gestoken heeft in het maken van deze prachtige uitgangstrafo's !! Hans, voor al de tijd en moeite die je in het maken en behandelen van het "ijzerwerk" hebt gestoken !!
