360° Stereo Tone Control

MARK-I

Tone Control ini cocok untuk ampli daya medium - kecil (di bawah 200 Watt), karena pada freq rendah tidak terus menguat (khususnya pada infrasonik/di bawah 20Hz).Sehingga pergerakan speaker lebih tertuju pada frek bass yang nendang 60Hz-120Hz, sedangkan pada 20Hz ke bawah dilakukan penurunan penguatan lagi supaya pergerakan speaker tidak bergerak percuma (pergerakan di bawah 20Hz). Hal ini cocok untuk speaker 4.5 inch - 8 inch, yang umumnya kurang bagus saat bekerja di bawah 40Hz.

P1 (50k) digunakan sebagai Volume Control.

P2 (100k) digunakan sebagai Balance.

P3 (100k) digunakan sebagai pengatur Bass.

P4 (100k) digunakan sebagai pengatur Treble.

U1A digunakan sebagai inverted buffer untuk Baxandall Tone Control(U1B) sekaligus sebagai penguat sinyal sebesar +6dB (dari R2/R1).

Kenapa U1A inverted? karena pada bagian Baxandall Tone Control (U1B) fasanya terbalik 180°, jadi untuk membuat sinyal output kembali menjadi 0°, maka diperlukan pembalik fasa lagi (inverting) sebesar 180° supaya sinyal output menjadi 360°, atau 0°.

Jika dirasa tidak diperlukan penguatan +6dB pada bagian inverted buffer ini, ganti R2 menjadi 100k (R2=R1) sehingga gainnya menjadi 1x atau 0dB.

C2 bersama input impedance Baxandall Tone Control membentuk High Pass Filter yang berfungsi membatasi penguatan pada freq infrasonik. Sekaligus berfungsi untuk memblok DC offset dari U1A.

Jika ingin puncak penguatan Bass berada pada freq yang lebih rendah maka naikkan nilai C3 misalnya menjadi 33nF (misalnya menggunakan Speaker besar di atas 12 inch). Jika ingin puncak penguatan bass pada freq yang sedikit lebih tinggi maka rubah nilai C3 misalnya menjadi 12nF. Jika menggunakan 18nF maka puncak penguatan Bassnya berada pada ~50Hz.

C4 digunakan untuk setting penguatan treble, jika dirasa freq penguatan treble kurang pas, silakan diganti nilai C4. Jika suara treble kurang kasar bisa dicoba dengan menaikkan nilai C4, bila suara treble kurang halus coba turunkan nilai C4.

R3 dan R4 menentukan besarnya boost maupun cut pada Bass. R6 dan R7 menentukan besarnya boost maupun cut pada treble. Perlu diingat bahwa, merubah nilai R3&R4 juga akan menggeser freq penguatan bass, merubah nilai R6&R7 juga akan menggeser freq penguatan treble.

Cf digunakan untuk membatasi penguatan treble pada frek ultrasonik (di atas 20kHz), jika dirasa tidak diperlukan silakan abaikan komponen ini (kosongkan).

R8 berfungsi untuk untuk memblok kapasitansi maupun induktansi ke output U1B, sehingga dapat mencegah osilasi pada U1B yang mungkin disebabkan karena penggunaan kabel selubung yang terlalu panjang (misal lebih dari 2 meter). Nilai R8 bisa dari 47~100Ω.

Pada bagian bass penguatannya sebesar sekitar +18dB (@50Hz), dan pada treble sekitar +11dB (@10kHz) maksimum.

Kenapa pada bagian treble penguatannya lebih kecil? karena biasanya orang lebih ingin bass yang nendang daripada treble yang lebih keras (pedas), dan biasanya audio musik biasanya sudah mempunyai suara treble yang cukup tinggi, apalagi jika di boost terlalu tinggi pasti lebih pedas, jadi penguatan treble tidak perlu terlalu tinggi.

Karena tidak semua speaker dan ruangan punya akustik yang sama, maka responnya dapat disesuaikan, beberapa preset yang dapat saya rekomendasikan :

Anda juga dapat mengganti komponen tersebut dengan nilai lain, misalnya Bass cukup 10k/22n tapi ternyata Treble perlu 6k8/1n5 & 47k, ya disesuaikan saja menurut; speaker, ruangan, dan telinga.

Namun, jika setelah menaikkan penguatan bass sedemikian rupa tinggi dan Anda masih merasa kurang, besar kemungkinan Anda lebih memerlukan Subwoofer (sistem 2.1) daripada terus menaikkan penguatan bass.

Tegangan supply harus teregulasi (misalnya oleh IC L7815/L7915 atau LM317/LM337 atau dengan Zener 15V).

Bisa menggunakan tegangan dari ±9V s.d. ±15V.

PCB : 125mm x 41.5mm, gambar 300dpi.

Modif bekasan TC Bi-FET menjadi 360° Stereo TC.

MARK-2

Pada MK-2 saya tambahakan Capacitor di depan Pot Volume untuk mencegah tegangan DC masuk ke pot volume. Jika DC masuk ke pot volume, saat potensio diputar akan bunyi kresk-kresk.

Saya tambahkan R4 untuk mengisolir output U1A dari beban kapasitif supaya OpAmp selalu stabil.

Treble saya tambahkan penguatannya untuk speaker yang menggunakan Dome tweeter yang biasanya punya suara lebih kecil daripada Piezo tweeter.

Kalau speaker terlalu banyak rumble-nya, coba turunkan nilai C3 jadi 1µ5 untuk memotong freq infrasonic.

C1, C2, C3, C7 bisa tipe BiPolar.

C4 bisa tipe MKP, MKM, MKS.

C5 bisa tipe Polystyrene, FKS, Mica, MKS, MKP, MKM.

C6 bisa tipe Polystyrene, FKS, Silver Mica, Ceramic NP0 (jangan gunakan ceramic jika TC akan dipasang di dalam box speaker).

C8, C10 bisa tipe Elco 100µF 25V Low Impedance (misal; UCC KY, KZE, KZH dsb.)

C9, C11 bisa tipe MKP, MKM, MKS.

Semua Resistor ½W atau ¼W Metal Film 1%, walaupun Carbon Film 5% juga bisa-bisa saja; tapi lebih akurat, lebih awet dan lebih rendah noise jika menggunakan tipe metal film.

U1 bisa AD713, TL074, TL084, OPA4134.

Supply bisa dari ±9V − ±15V.

Input impedance = R1║R2║P1║½P2 = 18k.

Output Impedance = R10.

THD 1kHz, RL 10k, CL 500pF :

• FLAT 0dBu = 0.003367%

• BOOST +2.89dBu = 0.025535%

• CUT -0.133dBu = 0.000371%

Untuk OpAmp; AD713, TL074, TL084 tentunya akan bekerja dengan baik. Hanya saja noisenya akan cukup tinggi pada bukaan pot penuh (khususnya pot treble dan volume ampli). Pada saat memainkan musik noisenya tidak akan terasa, tapi jika sedang tidak main musik (misal player sedang ganti lagu & senyap sejenak), mungkin akan terdengar noise dari tweeter, itu pun kalau kita sangat dekat dengan speaker (seperti, sejengkal dari tweeter). Sudah saya coba di ampli LME49811 saya yang tidak ada hum & hiss-nya sama sekali, TC ini ada noise jika pot treble dan pot volume ampli dibuka penuh, itu pun telinga harus sangat dekat (nempel) dengan tweeter.

OPA4134 adalah pilihan terbaik, hanya saja harganya lumayan mahal. Itu pun kalau nemu yang original.

Keempat OpAmp di atas adalah OpAmp berinput FET, jadi input bias current-nya sangat-sangat rendah. Mau dikasih resistor berapa kiloOhm pun DC offset-nya tak akan naik jauh.

Ada beberapa opsi OpAmp lain (input BJT) dengan beberapa kekurangan, diantaranya:

• MC33079P : Noise rendah, hanya 4.5 nV/√Hz; UGB cukup tinggi di 9MHz; Slew Rate juga lumayan tinggi di 7.0 V/µs; Input Offset Voltage juga lumayan rendah di 0.15mV. Hanya saja Input Bias Current-nya sangat tinggi di 300nA (typ). Arus 300nA ketemu resistor 220k akan jadi tegangan 66mV, itu lumayan tinggi, kalau lolos ke potensio kayaknya bakal bunyi kresk-kresk saat pot diputar. Tapi karena ada C2, C3 dan C7 (pada MK2) kemungkinan masih aman. Mungkin dimasa mendatang akan saya coba pakai. IC ini biasanya ditemui produk dari ONsemi (dulu dari Motorola) dan STmicro.
  (Hati-hati barang palsu, LM324 dilabeli MC33079P)

• RC4156 : IC ini produk dari Fairchild Semiconductor (dan Raytheon). Noisenya memang tidak terlalu rendah seperti MC33079 tapi juga masih lebih rendah daripada AD713 atau TL074, sekitar 9.9nV/√Hz. UGB sekitar 3.5MHz, setara dengan AD713 dan TL074. Slew Rate tidak terlalu tinggi hanya 1.6V/µs, tapi masih cukup untuk bekerja pada sinyal lemah (output Tone Control paling hanya sekitar 1~2V). Input Offset Voltage lumayan tinggi di 1mV. Tapi walaupun berinput BJT, Input Bias Currentnya lumayan rendah di 60nA (teknologi transistor epitaxial?).

• Dual-to-Quad Adapter : Dengan menggunakan Dual-to-Quad Adapter, Anda bisa menggunakan berbagai macam OpAmp Dual Channel yang lebih banyak pilihannya daripada Quad Channel OpAmp. Anda bisa membuatnya sendiri atau beli di toko online.

Kelemahan OpAmp yang berinput BJT adalah, selain input bias current-nya tinggi (dibandingkan yang berinput FET), noise current-nya juga lumayan tinggi (biasanya lebih tinggi daripada yang berinput FET). Arus kalau melewati resistor itu jadi tegangan. Kalau arusnya berupa noise, ya jadi noise tegangan juga, akhirnya malah nambah ke noise tegangan yang asalnya. Kecuali jika nilai resistor yang dilewati oleh input noise current ini bernilai rendah, maka noise current-nya tidak akan dominan. Padahal Tone Control umumnya mempunyai resistor-resistor feedback bernilai sangat tinggi, seperti misal R2, R3, P3, P4. Jadi, umumnya OpAmp berinput BJT kurang cocok digunakan pada Tone Control ataupun Equalizer. Contoh OPA2134 vs NE5532, total noise pada output malah lebih rendah yang OPA2134.

Mengingat hal-hal di atas, saya jadi ingin membuat TC ini lagi dengan dua buah Dual OpAmp daripada dengan satu buah Quad OpAmp. Kemudian, potensio ½W keluaran Alpha juga sudah tidak produksi, dan juga potensionya gampang kotor kemasukan debu, harus ada perawatan. Saya ingin menggunakan sealed pot (potensio tertutup/hijau), tapi sealed pot jarak kakinya sangat dekat sehingga lebar jalurnya harus kecil dan jarak antar jalur juga makin mepet, bahkan mungkin harus menggunakan PCB double layer. Membuat sendiri PCB seperti itu hampir mustahil bagi saya (dan kebanyakan DIYers), harus ke tukang cetak PCB.

Mungkin akan saya coba buat sebagai MK-3. Dengan mempertimbangkan penurunan noise (menurunkan nilai beberapa resistor dan pot), menggunakan dual OpAmp (lebih banyak opsi) & penggunaan sealed pot.

MARK-3

updated: week 22 year 22

Jika Anda yakin bagian Source (misal walkman/mp3 player) tidak punya DC Offset, C1 dan R1 dapat diabaikan (C1 dijumper dan R1 dikosongi). Jika Anda tidak yakin tentang DC offset dari source, ada baiknya tetap memasang C1. Input impedance sekarang hanya ~8k6, jadi baiknya nilai capacitor coupling (C1) lebih besar, 2µ2~4µ7.

C1, C2, C4, C8 adalah non-polar atau bipolar. Kalaupun akan menggunakan elco, gunakan polaritas sesuai skema (ada tanda +). Lebih tepat lagi kalau Anda bisa mengukur tegangan(DC) di tiap elco tersebut, apakah terbalik atau tidak, karena masih tergantung OpAmp yang Anda gunakan.

Umumnya C3 (dan C7) tidak diperlukan, tapi karena mungkin Anda akan mencoba OpAmp "cepat & labil", ada baiknya memasang C3 (dan C7) supaya bandwidth-nya tidak terlalu lebar, sehingga tidak rawan osilasi di OpAmp. Nilai 10~15pF dapat digunakan.

Seperti dijelaskan sebelumnya, R4 dan R10 mengisolasi OpAmp dari beban kapasitif (misal kabel coaxial RCA yang terlalu panjang), nilainya bisa dari 47~100Ω. Karena kabel coaxial biasanya punya impedance 75Ω, maka nilai R10 juga saya gunakan 75Ω. Tidak ada salahnya melakukan impedance matching. Kalau sulit mendapatkan nilai 75Ω di toko, Anda bisa membuatnya dengan memparalel 2 buah resistor 150Ω. Sementara R4 tidak ada urusan dengan impedance matching, Anda bisa gunakan nilai lainnya yang terdekat.

Jika Anda kesulitan mendapatkan nilai resistor R5, R6, R7, R8 dan R9, gunakan nilai pengganti berikut :
R5, R6 = 4k7
R7 = 39k
R8, R9 = 3k9

Daftar OpAmp yang dapat dipakai (U1 & U2) :
Pin: 1 OutA│2 -inA│3 +inA│4 -Vs│5 +inB│6 -inB│7 OutB│8 +Vs.

• OPA2134 / OPA2132 (±18V ▎ 8MHz ▎ 20V/µs ▎ 8nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐⭐

• OPA2604 (±24V ▎ 20MHz ▎ 25V/µs ▎ 10nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐⭐

• OPA2107 (±18V ▎ 4.5MHz ▎ 18V/µs ▎ 9nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐

• LM4562 / LME49720 (±17V ▎ 55MHz ▎ 20V/µs ▎ 2.7nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐⭐

• NE5532 (±22V ▎ 10MHz ▎ 9V/µs ▎ 5nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐

• LM833 (±18V ▎ 16MHz ▎ 7V/µs ▎ 4.5nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐

• NJM4580 (±18V ▎ 15MHz ▎ 5V/µs ▎ 4.6nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐

• NJM2068 (±18V ▎ 27MHz ▎ 6V/µs ▎ 4nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐

• NJM4556 (±18V ▎ 8MHz ▎ 3V/µs ▎ 10nV/√Hz) ⭐⭐⭐

• NJM4560 (±18V ▎ 10MHz ▎ 4V/µs ▎ 17nV/√Hz) ⭐⭐

• MC39078 (±18V ▎ 16MHz ▎ 7V/µs ▎ 4.5nV/√Hz) ⭐⭐⭐⭐

• TL072 / TL082 (±18V ▎ 4MHz ▎ 16V/µs ▎ 15nV/√Hz) ⭐⭐

PCB masih menggunakan ukuran yang sama seperti pendahulunya. Setelah otak-atik sana-sini, saya temui lebar jalur (untuk sinyal) adalah paling pas di 0.6mm. Lebar jalur segitu supaya rapih mungkin harus dicetak pakai dry film, atau ke tukang cetak PCB. Gunakanlah resistor ukuran ¼W (pitch resistor di PCB = 10mm). Kalau menggunakan resistor ½W masih bisa tapi kakinya akan langsung tertekuk dari bodi, kurang enak dipandang.

Sudah 1 minggu saya mengerjakan (nyambi) layout PCB ini, link downloadnya akan saya bagikan setelah saya yakin tak ada salah jalur/notasi komponen.

Inspeksi terakhir sudah selesai. Berisi file PDF & Lay6.
Download :

MediaFire

Power Supply (Baheula)

Ini adalah skema power supply yang saya gunakan untuk TC360° MK-1 (&2) saya di rumah. Kalau Anda lihat pada foto prototype pertama (gambar ke-7) komponen lainnya tidak terlihat karena saya solder di bawah PCB. Metode yang klasik, tapi rendah noise. Saya memilih menggunakan zener daripada IC regulator (macam 7815/7915) karena ini akan memberikan noise yang lebih rendah daripada IC 7815/7915. Intinya, kemampuan regulasi tegangan dan PSRR-nya tidak sebagus IC regulator, tapi noisenya lebih rendah. Karena bebannya hanya sebuah tone control (ringan), maka menurut saya justru metode ini lebih cocok.

Poin pentingnya adalah :

Karena ini berbasis zener, Load regulation (variasi tegangan output terhadap variasi arus output) tidak akan sebagus IC regulator. Tapi karena bebannya hanya sebuah Tone Control yang menggunakan 1 atau 2 buah IC OpAmp, variasi arusnya tidak akan sebesar variasi arus jika beban regulatornya adalah sebuah Power Amp (misal TDA2003). Untuk meningkatkan karakter Load regulation, Q3 dan Q6 bisa diganti dengan transistor darlington. Hal ini supaya arus yang diambil oleh base Q3 (/Q6) dari zener tidak terlalu besar variasinya, karena transistor darlington punya current gain yang lebih tinggi jadi arus base juga lebih rendah. Misal Tr darlington BD681/BD682 dapat digunakan. Tapi perlu diingat, tegangan outputnya akan berkurang 2×VBE, jadi sekitar ±13.8V. Dan noisenya akan sedikit lebih tinggi karena bertambah satu transistor lagi. Sirkuit power supply ini sepertinya masih bisa bekerja optimum hingga beban sampai 100mA, itu seperti supply untuk 10-15 buah OpAmp. Jadi, bisa juga digunakan untuk Equalizer, Mixer kecil, dsb.

Line regulation (Variasi tegangan output terhadap variasi tegangan di input) sudah bagus. Dengan kata lain PSSR-nya sudah "cukup" tinggi. Kalau Load regulation dipengaruhi oleh besarnya variasi arus (keluar) di zener, Line regulation lebih ke kemampuan zener menekan tegangan riak dari inputnya. Salah satu cara mengoptimalkannya adalah dengan membuat tegangan regulasinya bertingkat. Misal, tegangan dari C2/C8 diregulasi ke 18V dulu baru ke 15V. Untuk melakukan itu maka perlu menggunakan trafo bertegangan lebih tinggi. Maka saya ambil cara lain, yaitu dengan menggunakan CCS untuk menyuplai arus (konstan) ke zener, dan arus bias untuk CCS juga di bootstrap, jadi seperti 2 kali regulasi arus ke zener, super konstan. Dengan konfig ini, saya tidak mengalami "hum" dari Tone Control. Sama sekali tidak terdengar. "Hiss" pun tidak ada (masih tergantung OpAmp di TC yang digunakan). Saya pernah mencoba arus untuk zener hanya menggunakan bootstrap saja, hasilnya masih ada "hum".

Untuk mengembalikan tegangan output ±14.4V ke ±15V, dioda zener bisa diseri dengan dioda silicone biasa supaya tegangan di base Q3 & Q6 bertambah 0.6V. Hanya saja noisenya juga akan bertambah sedikit karena penambahan dioda itu. Yah, -0.6V adalah kecil, jadi tidak perlu dirisaukan.

Saya tidak tertarik membuat layout PCB ini lagi, jadi silakan gunakan Regulator UltraLow Noise LM317 (Active Noise Cancelation) saja, hasilnya masih jauh lebih bagus.