Audiotechniek - Revox A-77: Piekprogrammameter

Audiotechniek

Revox A-77: Piekprogrammameter

Steeds meer gaan diverse bandrecordergebruikers de noodzaak inzien van een indicatiemeter die de piekwaarde van het totale modulatiesignaal aanwijst. Immers dan pas kunnen we een idee krijgen over de werkelijke signaalsterkte die uiteindelijk op de band terechtkomt. Met de huidige meters (gebruikt in haast elke band recorder) kunnen we eigenlijk niet nauwkeurig bepalen hoe hoog het werkelijke modulatieniveau wordt. Het verraderlijke bij dit type meters is, dat korte, vaak sterke signaalpieken niet door de meter worden aangewezen, terwijl ze wel degelijk op hoog niveau aanwezig kunnen zijn en de kans op het bederven van de opname vergroten. Als we zuiver en alleen met een sinusvormig signaal te doen hadden, zou door middel van het ijken van het meetinstrument de piekwaarde eenvoudig af te lezen zijn. Maar muziek en spraak zijn verre van gelijkmatig en door de traagheid van het meetinstrument en een aantal andere zaken is het met conventionele methodes onmogelijk de piekwaarde van een muzieksignaal te observeren. Zo gaven de oude indicatie methodes op diverse amateurrecorders met behulp van een z.g. indicatorbuis (magisch oog), een veel beter beeld van de modulatie. Met zo'n magisch oog is het werkelijke niveau goed te bepalen. In deze tijd, waar lichtemitterende dioden (LED's) voor piekmeten eigenlijk de enige praktische uitkomst zijn, beperken wij ons (vanwege de hoge kosten) tot de gewone draaispoelmeter en wat kunstgrepen om niettemin een bijna even goed resultaat te bereiken.

BBC

De zogenaamde 'piekprogrammameter' (ppm) werd 38 jaar geleden door de BBC aanvankelijk ontwikkeld om het modulatieniveau van de zenders te bepalen. Door Bell Telephone werden uitgebreide testen uitgevoerd om deze meetmethode op zijn bruikbaarheid te onderzoeken. Het resultaat wees uit dat de ppm-meetmethode was te prefereren boven diverse andere meetmethodes, waaronder ook de VU (Volume Unit). Uiteindelijk werd toch de vu-meter gestandaardiseerd voor het meten van audiosignalen, omdat deze geen ingewikkelde elektronica voor de metersturing behoefde.

BBC normen

De BBC piekprogrammameter bezit een laadtijdconstante van 2,5 ms, zodoende goed voor het registreren van een pieksignaal van ongeveer 4 ms. De meterwijzer valt terug met een snelheid van ongeveer 10 dB per seconde. Het meten van een snellere tijd dan enkele milliseconden vond men onnodig omdat het oor niet of nauwelijks gevoelig is voor vervorming van pieken die korter zijn dan 2 ms. Aldus de lezing van H.D.M. Ellis, BBC Engineering Training, Supplement nr. 6, 'Programme Meters'. Ik ben geneigd om hier een klein vraagteken bij te zetten, want het is tamelijk afhankelijk van de manier waarop pieken korter dan 2 ms worden vervormd en tevens wat de aard van het muziek- of spraaksignaal is. Mijn eigen oren vertalen 'het niet gevoelig zijn' iets anders. Dus ook met piekmeters geldt enige voorzichtigheid bij het uitsturen van somsignalen, waar sterke korte pieken in voorkomen.
De BBC ppm heeft een logaritmische schaalverdeling, verdeeld in zes bijna gelijke delen van elk 4 dB. In afbeelding 1 is deze schaal grofweg getekend. Als we de gewone dB aanduiding gewend zijn moet ik opmerken dat deze cijferaanduiding 1 t/m 7 wel even moet wennen. Ik heb dan ook de BBC methode verlaten en meteraanwijzing '5' als 0 dB geijkt, dan kom '1' overeen met -16 dB en '7' is dan +8 dB. Op deze manier is m.i. een uiterst plezierige schaalverdeling verkregen. Nimmer heeft bij mij de neiging bestaan het dynamische bereik te vergroten tot b.v. -45 of meer dB's, immers oversturing gaat optreden in de laatste plus dB's en in de praktijk bevalt een 'aanloop' van ca. -20 dB tot aan 0 dB erg goed. In mijn geval heb ik het 0 dB niveau op de meters gelijk gehouden aan 320 pWb (pico Weber) bandmagnetisatie per millimeter spoorbreedte, 38 cm (sec. bandsnelheid, IEC afspeelnorm).

De vervorming van de gemiddelde magneetband ligt dan ongeveer tussen 0,2 tot 0,9% 3e harmonische vervorming bij 333 Hz. De '320 pWb' is een standaard magnetisatieniveau en deze wordt veelal genoemd in de specificatiebladen van magneetband voor de bandsnelheden 19 en 38 cm/sec. Het valt verder buiten het kader van dit artikel om uit te leggen hoe ze precies op het getal 320 zijn gekomen.

Positieve en negatieve pieken

Essentieel is dat zowel positieve als negatieve pieken worden gedetecteerd, het is namelijk goed mogelijk dat sommige signalen behoorlijk (tot 8 dB) asymmetrisch zijn, zoals dit veelal bij spraak het geval kan zijn, dus een kans op overmodulatie als alleen positieve of negatieve piek wordt gedetecteerd.

De schakeling

De opzet van dit ontwerp was te voldoen aan de specificaties en uitvoering zoals ze zijn gegeven in het BS4297 (B.S. = British Standard), zij het hier en daar veranderd om praktische redenen. Zo is bijvoorbeeld de transformator die in de originele beschrijving staat vermeld, vervangen door een fasedraaier. Ook kan er iets worden gewijzigd aan de afvaltijdconstante om de ballistische eigenschappen van de meter te compenseren, om zo aan de afval van 10 dB per seconde te komen. Dit is natuurlijk sterk afhankelijk van het gebruikte soort metertype. In afbeelding 2 zien we de schakeling. V1 en V2 vormen samen een spanningsversterker met een versterking van 10 maal, waarbij V2 de fasedraaier is. De ingangsgevoeligheid kan worden geregeld met R1. Zeer lage frequenties worden afgesneden door de combinatie R2 met C1, terwijl de hoge frequenties via de tegenkoppeling door C3 worden begrensd. De emittorvolgers V3 en V4 garanderen een voldoende lage impedantie, van waaruit de piekdetector wordt gevoed. De condensator C4 en C5 zijn dusdanig groot gekozen, dat er slechts een kleine fout in het laden van C6 kan ontstaan. R13 en R14 zorgen dat de ladingen op C4 en C5 weg kunnen en herstellen tevens het gelijkspanningsevenwicht na een asymmetrisch signaal op de detector. Omdat de schakeling werkt op een voedingsspanning wordt de halve voedingsspanning verkregen van de zenerdiode, D10. Op deze semi plus/min voeding wordt de operationele versterker IC 1 aangesloten. R17 plus de doorlaatweerstand van de dioden, samen met C6, werkt uit als een tijdconstante van ongeveer 2,5 milliseconden. Het ontladen vindt plaats over R18, welke bij een waarde van 1 MW een tijdconstante van 1 seconde oplevert. Metersystemen met andere mechanische eigenschappen noodzaken ons soms een andere tijdconstante te gebruiken. Voor de meters in de Revox A77 geldt als waarde voor R18 470 kW. De wijzer teruglooptijd van de meter, in combinatie met de schakeling, is dan ongeveer 10 dB per seconde.

Het gebruik van siliciumdioden voor D2 en D3 is noodzakelijk, daar een eventuele lekstroom de ontlaadtijd zal beïnvloeden. De germaniumdiode D4 geeft een bepaalde mate van temperatuurcompensatie met een temperatuurcoëfficiënt van -2 mV/⁰C, hetgeen ongeveer gelijk is aan die van de siliciumdiode. In rusttoestand namelijk geleiden de detectordioden D2 en D3 nauwelijks. Op niveau 2 (-12 dB) is er drift van ongeveer 2 dB mogelijk, als er geen temperatuurcompensatie zou worden toegepast. Met toepassing van de compensatie is de drift minder dan 0,5 dB bij omgevingstemperaturen tot ca. 65° C, of schoon boven de 50° C wel het een en ander in de rustinstelling verloopt.

Logaritmische versterker

De logaritmische versterking wordt verkregen door het lineaire verloop in stappen gedeeltelijk een logaritmisch verloop te geven. Het tegenkoppelnetwerk R21 t/m R24, samen met de zenerdioden D5 t/m D7, zijn geschakeld rond de operationele versterker IC1 en dragen zorg voor een sprongsgewijs logaritmisch verloop van de versterking, met een dynamisch bereik van ongeveer 30 dB. Deze manier ter verkrijging van een logaritmisch verloop, heeft een veel betere temperatuursstabiliteit dan conventionele schakelingen waar silicium dioden worden gebruikt. IC 1 is geschakeld als niet-inverterend om een hoge ingangsimpedantie te verkrijgen voor het laad- en ontlaadnetwerk (R17, C6 en R18). De tegenkoppelingsspanning ontstaat over R19. R20 is aanwezig om IC 1 in balans te brengen, zodanig dat er in de rusttoestand geen gelijkspanningsverschil is tussen punt A en C. Aan de uitgang p en 6 van IC 1 - voor de volle schaaluitslag van de meter - kan de gelijkspanning variëren van 15 tot 25 V begrensd door de diode D8. Deze situatie ontstaat bij een gelijkspanning van 2 Volt over de condensator C6. Dit alles bij een voedingsspanning van 30 Volt.
Als deze wat hoge voedingsspanning een probleem oplevert, kan deze desnoods worden verlaagd tot 24 V. Hiervoor moet de zenerdiode D1 van 27 naar 22 V en D10 van 15 naar 9,1 V worden gebracht. Het is wel van belang dat de voedingsspanning wordt gestabiliseerd. Tot zover de beschrijving van het schema.

Meters

In de afbeeldingen 3a en 3b zijn twee meterschakelingen getekend. Neem afbeelding 3a in het geval dat een moderne 1 mA draaispoelmeter wordt gebruikt. De waarde van R18 wordt zodanig gekozen dat de wijzerterugloop van de gebruikte meter 10 dB per seconde wordt. Afbeelding 3b geldt voor de meters in de Revox-A77 bandrecorder, de waarde van R18 wordt dan 470 kW. Het is wellicht mogelijk dat ook voor oudere typen bandrecorders van Revox dezelfde weerstandswaarde voor R18 geldt, maar dit is niet in de praktijk beproefd.

Afregeling

Wordt de schakeling uit afbeelding 3a gebruikt dan de meterwijzer op nul stellen met R4(3), terwijl R1 op minimum staat. Daarna een uitgangssignaal van een toongenerator b.v. (ca. 500 mV - 300 Hz) voor R1 aansluiten en R1 op maximum draaien. Regel nu met R2(3) de meterwijzer op maximum. Als dit niet lukt, ondanks dat R2(3) al op zijn minimum waarde is terechtgekomen, kunnen we R1 (3) in weerstandswaarde verlagen. Ga hiermede niet zo ver door dat de totale stroom door IC1 boven de 20 mA komt. Meestal zal de meterwijzer gedurende de eerste 20 seconden een iets negatieve uitslag geven. Controleer dele beide instellingen na een kwartier ingeschakeld te zijn nog eens en corrigeer ze indien dit nodig is. Zet nu de instelweerstanden R22, R23 en R24 op hun maximale waarde en regel het signaal van de toongenerator zodanig, dat de meter volle schaalwaarde aanwijst. Meet nu met een wisselspanning millivoltmeter (liefst één uitgerust met een dB schaal) de spanning over R1.

Verlaag nu de toongeneratorspanning zodanig dat de millivoltmeter nu aanwijst 22 dB beneden de aanwijzing die nodig was voor de volle schaalaanwijzing van de meter. Stel R22 nu zodanig in dat de ppm-wijzer komt te staan op schaaldeel 2 (-12 dB). Verhoog hierna de uitgangspanning van de toongenerator volgens de millivoltmeter 8 dB en regel R23 af, zodat de ppm-wijzer komt te staan op schaaldeel 4 (-4 dB), hierna de uitgangspanning van de toongenerator weer 8 dB verhogen en R24 afregelen, zodat de ppm-wijzer op schaaldeel 6 (+6 dB) komt te staan. Het is normaal als deze laatste afregelprocedure diverse malen wordt herhaald, totdat men de gewenste schaal verkrijgt. De verrichte instellingen beïnvloeden elkaar iets. Lukt het niet goed, vervang dan de zenerdioden 05 t/m 07 eens door een ander stel, liefst van eenzelfde fabrikaat. Wanneer bijvoorbeeld het verloop naar het einde van de schaal niet juist is, dan is aan te raden om de hele procedure opnieuw te beginnen met een spanning uit de signaalbron die zich 26 tot 30 dB in plaats van 22 dB onder die van de eerste instelling bevindt.

Als nu alles naar tevredenheid aanwijst, moeten de tussenliggende waarden op de meterschaal (1, 3, 5 en 7) nog worden gecontroleerd. Dit moet kloppen binnen ongeveer 0,3 dB. Een geringe ongelijkheid van de schaaldelen is normaal, zie hiervoor ook afbeelding 1.

Revox bandrecordermeters

Voor de meterschakeling van de Revox wordt exact dezelfde afregelprocedure gevolgd als voor de schakeling met de 1 mA meter, alleen met R5(3) uit afb. 3b regelen we nu de maximale wijzeruitslag at. De meter wordt door de shunt R5(3) wat trager, maar dit is min of meer opzet, omdat de meter van huis uit een tamelijk nerveuze wijzeruitslag heeft.

Voeding

In afbeelding 4 is de voeding getekend. Met de instelpotentiometer R8 wordt de gestabiliseerde gelijkspanning op 30 volt afgeregeld. Als er van een bandrecorder of mengpaneel 30 volt gestabiliseerde gelijkspanning kan worden betrokken is dat ook goed en kan de voeding vervallen. Let er wel terdege op dat de voeding voldoende stroom kan leveren, want de schakeling gebruikt ongeveer 40 mA. Hoewel de Revox over een 27 volt gelijkspanning beschikt, bleek dat 40 mA extra stroom niet kon worden geleverd tijdens de grootste stroomafname (opname op beide sporen). De wat vreemde vorm van de voedingsprint is zodanig gekozen om te kunnen passen in een van de printconnectors die normaal bestemd zijn voor de eindversterkers. De plaatsing van deze print is op afbeelding zichtbaar. Op deze printconnectors staat tussen de contacten 1 en 2 een wisselspanning van 32 volt. De voedingsprint (afbeelding 7 en 8) is zodanig ontworpen, dat de benodigde wisselspanning direct op de gelijkrichter staat wanneer deze in de printconnector is geplaatst. Deze voeding en meterschakeling zijn gemonteerd op de open plaats die eigenlijk bestemd is voor de eindversterkers en er standaard niet worden bijgeleverd, e.e.a. is op afb. 10 en 11 zichtbaar. Het is duidelijk dat deze eindversterkers niet geplaatst kunnen worden als de meterschakeling en voeding zijn gemonteerd.

Aansluiten op de Revox A77

Zoals uit afbeelding. 10, 11 en 12 blijkt, moet het voor de technicus en amateur, met enig mechanisch inzicht niet zo moeilijk zijn om de twee printen in de Revox te bouwen. Na dit karwei te hebben volbracht nemen we de bestaande meterschakeling los op de punten A, B en C, zie afbeelding 9. Het signaal dat op punt A staat sluiten we aan op R1 van de ppm meterschakeling, voor zowel linker als rechter kanaal. De beide meters worden aangesloten als staat aangegeven in afbeelding 3b (rode draad van de meter is plus, blauw is min). Als alle componenten van de Revox meterschakeling worden weggenomen (deze meterschakeling bevindt zich direct achter de meters op een print), is er tevens voldoende ruimte voor de instelpotentiometer R5 (3). Met een paar draadjes soepel montagesnoer kunnen eenvoudig de verbindingen - met de bestaande draadboom mee - naar de meterversterker worden gevoerd.

Instellen nulniveau

Na het afregelen van de meterschakeling - zoals eerder in dit artikel ook voor een ander type meter is beschreven - volgt het afregelen van de gevoeligheid. Als we het 0 dB (of '5') op de meters (zie afbeelding 1) houden voor 320 pWb magnetisatie op de band, geldt de volgende afregelprocedure.

We zetten op een der beide (of beide) kanalen via de aux-ingang van de Revox een signaal van 330 Hz uit een toongenerator. Over de aux-uitgang plaatsen we vervolgens een buisvoltmeter. Als bandrecorderband kiezen we een soort, waarop de Revox is af- geregeld, standaard is dit Revox 601 band. De volumeregelaar van de uitgangsversterker op maximum en de monitor keuzeschakelaar op NAB (tape), een en ander zodanig, dat het opgenomen signaal via de band aan de aux-uitgang verschijnt. Nu maken we de toongenerator uitgangsspanning zodanig (en/of ingangsregelaars van de recorder), dat we op de aux-uitgang een wisselspanning van 2 volt (RMS) meten, bij een bandsnelheid van 19 cm/sec. (voor Revox A-77HS, 38 cm/sec.).

Er van uitgaande dat de recorder op de fabriek goed is afgeregeld, komt deze 2 volt, gemeten over de aux-uitgang, overeen met een bandmagnetisatie van 320 pWb per millimeter spoorbreedte. Als beide kanalen zo zijn gecontroleerd, wordt door middel van de ingangsregelaar op de ppm-meterschakeling (R1) voor zowel links als rechts de ingangsspanning afgeregeld op 0 dB of '5'. Nadat we het een en ander nogmaals zorgvuldig hebben gecontroleerd, kan de recorder weer in z'n behuizing worden geschoven.

Gebruik in de praktijk

Alvorens de bandrecorder meteen voor een waardevolle opname te gaan gebruiken, verdient het aanbeveling om eerst zeer uitvoerig aan deze meetmethode te wennen. Experimenteren met allerlei soorten muziek, het beluisteren en aflezen van de meters, maakt de gebruiker snel vertrouwd met de ppm. Afhankelijk van de bandsoort en aard van de muziek is het verder uitsturen boven het 0 dB ('5') niveau op de meters toelaatbaar. Slaan nu de meterwijzers echter in de 'hoek', dan kan men er zeker van zijn dat de opname door ernstige vervorming is bedorven. Om de meters van de Revox het aanzicht van een van de beide schaalverdelingen uit afb. 1 te geven, kan eenvoudig het plexiglas van de meters (na demontage van het frontpaneel) worden losgemaakt, het aluminium schaaltje ligt dan los en kan dan aan de achterzijde naar eigen inzicht worden bewerkt.

Afbeeldingen

Afbeelding 1 - Meterschalen