Przedwzmacniacz gramofonowy: MM czy MC i ile decybeli naprawdę trzeba

Gramofon wpięty prosto w wejście AUX gra cicho, płasko i jakby przez telefon: bas znika, a sykliwe głoski kłują w uszy. Nic się nie zepsuło: między wkładką a wzmacniaczem brakuje jednego ogniwa, które robi dwie rzeczy naraz i bez którego płyta nie brzmi tak, jak ją nagrano.

Tym brakującym ogniwem jest przedwzmacniacz gramofonowy, po angielsku phono stage. Nota aplikacyjna Texas Instruments sprzed czterdziestu lat zamyka jego zadanie w jednym zdaniu i od tamtej pory sens się nie zmienił: trzeba dać wzmocnienie, zwykle 30–40 dB przy 1 kHz, oraz dokładną korekcję amplitudy i fazy sygnału z wkładki.

Co to jest przedwzmacniacz i do czego służy

Wkładka magnetyczna jest prądnicą wielkości kostki cukru: diament jedzie po ściankach rowka, wspornik rusza magnesem albo cewką, a w cewkach indukuje się napięcie. Bardzo małe napięcie.

Druga rzecz mniej rzuca się w oczy: płyta nie jest nagrana „prosto”. Przy nacinaniu matrycy bas poniżej mniej więcej 500 Hz zostaje ściszony, a góra powyżej 2 kHz podbita. Tak opisują to wytyczne archiwistów z IASA, a przyczyna jest mechaniczna: niskie tony nagrane wprost wymagałyby bardzo szerokich wychyleń rowka, więc na stronie zmieściłoby się dużo mniej muzyki. Przedwzmacniacz robi to samo na odwrót: podnosi bas i przycina górę według tej samej krzywej, zwanej RIAA. Stąd bierze się ten dźwięk przez telefon, kiedy wpinasz gramofon w AUX. Słyszysz płytę bez odwrócenia korekcji, czyli dokładnie tak, jak wygląda zapis w rowku.

Ile decybeli: rachunek od miliwoltów

Wzmocnienie w decybelach liczy się ze stosunku napięć:

G = 20 · log10(Uwy ÷ Uwe)

Napięcie wejściowe biorę z kart technicznych wkładek, w których producenci podają je przy 1 kHz i prędkości rowka 5 cm/s. W dwóch seriach jednego producenta, które przejrzałem, wkładki MM dają od 4 do 5,5 mV, a wkładki MC od 0,3 do 0,5 mV. Nota AN-1651 podaje to samo w innej postaci: około 1 mV na każdy cm/s dla MM i około 0,1 mV dla MC. Przy 5 cm/s wychodzi 5 mV i 0,5 mV, więc źródła się zgadzają.

Napięcie wyjściowe jest już decyzją. Texas Instruments mierzy zniekształcenia swojego przedwzmacniacza przy 300 mV i przy 1 V na wyjściu, więc oba poziomy biorę jako granice rozsądnego celu.

Z tej tabeli wynikają dwie rzeczy. Po pierwsze, rachunek zgadza się z tym, co piszą inżynierowie od scalaków: 30–40 dB dla MM w AN-346 i około 55 dB przy 1 kHz w projekcie pod MC z AN-1651. Po drugie, między MM i MC leży 20 dB różnicy, czyli dziesięć razy w napięciu. AN-346 mówi o tym wprost: sygnał z MC jest zwykle o około 20 dB niższy i trzeba go najpierw podnieść osobnym stopniem albo transformatorem.

Każde 6 dB oznacza podwojenie napięcia. Jeżeli przełącznik w przedwzmacniaczu ma pozycje „40 dB” i „60 dB”, nie chodzi o subtelność brzmienia, tylko o to, czy głośność na wzmacniaczu ustawisz na dziewiątej, czy na drugiej.

Przedwzmacniacz MM czy MC

Różnica nie kończy się na samym wzmocnieniu. Wkładka MM ma cewki o dużej indukcyjności i rezystancji: w kartach, które czytałem, 1,2–1,3 kΩ i 630–700 mH. Taka wkładka jest wrażliwa na to, czym zostanie obciążona. Producent zaleca 47 kΩ i 150–300 pF pojemności, a AN-346 tłumaczy przyczynę: pojemność kabla i wejścia tworzy z indukcyjnością wkładki obwód rezonansowy w okolicy 15–20 kHz, więc ta liczba ustawia charakterystykę samej wkładki w najwyższych tonach.

Wkładka MC ma kilka zwojów drutu i rezystancję 5–7 Ω, a zalecane obciążenie w tej samej dokumentacji to powyżej 20 Ω. Pojemność kabla prawie jej nie obchodzi, obchodzi ją za to szum, bo przy półmiliwoltowym sygnale każdy nanowolt na wejściu przedwzmacniacza słychać. AN-1651 stawia pierwszemu stopniowi warunek poniżej 5 nV/√Hz, jeżeli ma współpracować z niskonapięciową MC.

Stąd bierze się praktyczna odpowiedź na pytanie „przedwzmacniacz MM czy MC”: taki, jaką masz wkładkę. Wejście MM z wkładką MC zagra cicho i szumiąco. Odwrotnie, wkładka MM na wejściu MC przesteruje stopień wejściowy przy głośniejszych fragmentach, a dodatkowo dostanie obciążenie, przy którym nie powinna pracować.

Archiwiści mają tu zresztą własne zdanie. Wytyczne IASA-TC 04 w punkcie 5.3.4.2 piszą, że wkładki MC przez cenę i małą odporność nadają się tylko do bardzo ostrożnego użytku domowego, a jako najbardziej praktyczny wybór do przegrywania zbiorów wskazują MM z igłą eliptyczną. Czytam to z pewną ulgą, bo niemała część audiofilskiego słownika zakłada, że MC jest „następnym poziomem wtajemniczenia”.

Krzywa RIAA ze stałych czasowych

Korekcję opisują trzy stałe czasowe: 3180, 318 i 75 µs (tak podaje je AN-1651). Każda stała wyznacza punkt załamania charakterystyki według f = 1 ÷ (2π · τ), co daje 50 Hz, 500 Hz i 2122 Hz. Z tych trzech liczb policzyłem całą krzywą odtwarzania i znormalizowałem ją do zera przy 1 kHz.

Rozpiętość od 20 Hz do 20 kHz wychodzi 38,9 dB i mój wynik pokrywa się co do dziesiątej części decybela z tabelą w AN-346. I tu zaczyna się zabawa ze źródłami, bo w nowszej nocie AN-1651 ta sama tabela ma zamienione miejscami wartości dla 5 i 6 kHz: przy 5 kHz stoi −9,6 dB, przy 6 kHz −8,2 dB. Krzywa, która w środku pasma idzie w górę, nie istnieje, więc to zwykła literówka w tabeli, ale przepisana dalej zaczyna wyglądać jak dana pomiarowa.

Wytyczne IASA mają swój własny kłopot. W tekście punktu 5.3.6.2 górny punkt załamania to 2,12 kHz (75 µs), a w tabeli krzywych tuż pod nim dla RIAA stoi 2500 Hz. W tym samym zdaniu opadanie basu ma iść od 20 Hz do 500 Hz, choć stała 3180 µs daje półkę poniżej 50 Hz. Nie piszę tego, żeby się wymądrzać, tylko dlatego, że te liczby krążą po polskich poradnikach bez podania, skąd są, i dwie „różne krzywe RIAA” potrafią wyjść z jednej literówki.

Czy przedwzmacniacz jest konieczny

Tak, zawsze, a pytanie brzmi tylko, gdzie on stoi. Są trzy miejsca: w gramofonie (wtedy z tyłu jest zwykle przełącznik LINE/PHONO), we wzmacniaczu (gniazdo opisane PHONO) albo w osobnym pudełku między jednym a drugim.

Kłopot zaczyna się wtedy, kiedy są dwa naraz. Gramofon z włączonym przedwzmacniaczem, wpięty do wejścia PHONO, daje sygnał wzmocniony dwa razy i dwa razy skorygowany. Z tabel wyżej wynika, że to jakieś 35 dB za dużo, do tego drugie podbicie basu o blisko 20 dB i drugie tyle ściętej góry. Przesterowanie słychać od pierwszego taktu. Odwrotny błąd, czyli wkładka bez żadnego przedwzmacniacza, kończy się wspomnianym dźwiękiem przez telefon.

Kiedy wracałem do płyt w 2009 roku, mój stary wzmacniacz miał wejście gramofonowe i nie musiałem o całej sprawie myśleć. Sporo dzisiejszych wzmacniaczy i kolumn aktywnych takiego wejścia nie ma, więc pytanie wróciło do ludzi, którzy wcześniej nie musieli go zadawać.

Jaki przedwzmacniacz: co czytać w specyfikacji

Nazw modeli tu nie będzie, będą cztery rubryki, które mówią więcej niż przymiotniki w opisie produktu.

1. Wzmocnienie w dB przy 1 kHz, osobno dla MM i MC. Porównaj je z tabelą wyżej i z napięciem swojej wkładki.
2. Impedancja i pojemność wejścia. Dla MM 47 kΩ i pojemność, którą da się dopasować do zakresu z karty wkładki (licząc razem z kablem). Dla MC regulowane obciążenie w omach.
3. Stosunek sygnału do szumu razem z odniesieniem. Liczba bez informacji, przy jakim napięciu wejściowym ją zmierzono, nic nie znaczy. AN-346 podaje swoje 82–87 dB wyraźnie „w odniesieniu do 5 mV przy 1 kHz” i tak powinno być wszędzie.
4. Dokładność odwzorowania RIAA w dB w paśmie 20 Hz–20 kHz. Projekt z AN-346 trzyma się krzywej w granicach 0,1 dB. Jeżeli producent w ogóle tej rubryki nie podaje, zwykle wiadomo dlaczego.

Opisy w rodzaju „nasycone średnie tony” i „holograficzna scena” pomijam. Wzmacniacz, który podnosi 5 mV do 300 mV zgodnie z krzywą, nie ma własnego zdania o scenie, a jeżeli je ma, to znaczy, że krzywej nie trzyma.

Archiwa idą zresztą krok dalej. IASA-TC 04 w punkcie 5.3.4.5 wymaga przedwzmacniacza, który umie oddać zarówno standardową krzywą RIAA, jak i sygnał płaski, bez korekcji. Płaski przydaje się przy płytach sprzed około 1955 roku, nagranych według innych krzywych, których te same wytyczne wyliczają długą listę. To już jednak temat na osobny wieczór.

Gdzie przedwzmacniacz stoi w pierwszym zestawie i co kupuje się przed nim, a co po nim, opisuje dział Zestaw. Jeżeli gramofon dopiero ma przyjść z ogłoszenia, najpierw sprawdź, co obejrzeć u sprzedającego. Wkładka w nim decyduje o tym, którego wejścia będziesz szukać.