STAX Vacuum Tube Driver [Teil 4 – ECC99 Tube Swap]

Kommen wir zum vierten und (vorerst, denke ich) letzten Teil dieser Beitragsreihe rund um die vintage STAX Tube Driver. Nachdem wir in den ersten drei Teilen unseren SRM-T1 (bzw. T1S oder 006T) gereinigt, technisch instandgesetzt, mit neuen Röhren versehen, abgeglichen und bereits auf clevere Weise modifiziert haben, bekommt er in diesem Beitrag andere – natürlich bessere – Röhren verpasst.

Hier geht es übrigens zu den drei bereits zuvor veröffentlichten Teilen:

STAX Vacuum Tube Driver [Teil 1 – Kleine Aufbereitung]

STAX Vacuum Tube Driver [Teil 2 – Technische Überholung]

STAX Vacuum Tube Driver [Teil 3 – Output Stage Mod]

Bitte unbedingt vor der Lektüre dieses vierten Teils lesen! Auch wenn ich im Umfang dieses Blogbeitrags natürlich aus meiner eigenen Perspektive berichten werde, gehen Credits im Zusammenhang mit diesem Teil natürlich auch an JimL und Spritzer.

Entgegen einiger Meldungen, die man so im Internet finden kann, verändert sich der Voltage Swing nicht (allein) durch den Einsatz eines anderen Röhrentyps. Ohne zusätzliche Veränderungen am Netzteil ist dies schlichtweg nicht möglich. Was absolut nicht heißen soll, dass die Verwendung anderer Röhren keinen Vorteil bringen kann. Obacht, die doppelte Verneinung hat wieder zugeschlagen… Serienmäßig sind T1, T1S und 006T mit 6FQ7/6CG7 Röhren ausgestattet. In diesem Beitrag wird der Umbau auf ein matched pair ECC99 GOLD :mrgreen: Röhren beschrieben. Am besten wirft man vor dem geplanten Umbau einen Blick in die Datenblätter des alten (6CG7 Datenblatt) und des neuen (ECC99 Datenblatt) Röhrentyps. Neben dem Pinout, also der Belegung der Pins der Röhren, sind insbesondere die Angaben für die normale bzw. maximale Spannung und den Anodenstrom wichtig.

Quelle: www.jj-electronic.com

Ich rate grundsätzlich dazu, Modifikationen nur an solchen Verstärkern vorzunehmen, die bereits überholt sind und in jeder Hinsicht garantiert einwandfrei funktionieren.

Vor den Arbeiten am Gerät sollte es bereits seit mehreren Stunden ruhen, ohne mit dem Stromnetz verbunden zu sein. Ich lasse Geräte gerne über Nacht liegen, damit gefährliche Spannungen abgebaut werden können.

Die Netzspannung stellt eine potenziell tödliche Gefahr dar! Das Gehäuse darf nur von fachkundigen Personen geöffnet werden.

Hier kommt nochmal ein kurzer Hinweis: Ich bin kein Elektroniker, sondern autodidaktisch veranlagter DIYer. Es kann darum gut sein, dass ich nicht ganz passende oder auch völlig falsche Begriffe oder Übersetzungen aus dem Englischen in meinen Blogbeiträgen benutze. In diesem Fall bitte ich um Nachsicht und nehme entsprechende Rückmeldungen gerne entgegen.

Zurück zum Thema: Es ist sehr schnell ersichtlich, dass 6CG7 Röhren bis 330V (früher bis 300V) Anodenspannung spezifiziert sind. In den Amps von STAX werden sie aber gezwungen, bei deutlich höheren Spannungen zu arbeiten. Im Vergleich zur Spezifikation ist dies augenscheinlich ein Problem. Tatsächlich handelt es sich aber um ein bewährtes System, das sein Können über Jahrzehnte hinweg unter Beweis gestellt hat – das aber dennoch verbessert werden kann. ECC99 Röhren sind bis 400V Anodenspannung spezifiziert. Auch dieser Wert liegt unterhalb dessen, was die Schaltung ihnen abverlangt, aber insgesamt weniger weit als bei den Serienröhren. Soweit zu den guten Nachrichten. Die schlechten Nachrichten ergeben sich aus den Tatsachen, dass die Pinouts und Anoden-Ströme der beiden Röhrentypen sich unterscheiden. Während über die im dritten Teil dieser Serie beschriebenen Widerstände serienmäßig ein Strom von 4,8mA eingestellt wird, ist es ratsam, bei den ECC99 Röhren einen höheren Strom von mindestens 5,3mA anzusetzen. Die Röhren fahren in der Folge „heißer“, die Leistung der einzelnen Sektionen ist dennoch sehr konservativ gegenüber der Maximalleistung gewählt. Der höhere Strom an dieser Stelle sorgt dafür, dass die ECC99 Röhren in einem lineareren Bereich ihres Kennlinienfelds arbeiten. Beim SRM-600, der bei einer Versorgungsspannung B+ von 350V bereits ab Werk mit ECC99 Röhren ausgerüstet ist, arbeitet STAX deswegen mit einem Strom von 5,8mA. Nachteilig ist natürlich die höhere Abwärme.

v.l.n.r.: Original „Signature“ 6CG7/6FQ7, NOS Matsushita 6CG7/6FQ7, Neue JJ Electronic ECC99, Neue JJ Electronic ECC99 GOLD

Wer also seinen bereits überholten T1 „einfach nur“ auf ECC99 Röhren umbauen möchte, der entfernt die 8 Anodenwiderstände (jeweils 33kOhm) und ersetzt sie durch solche, die in Summe je Signalleitung einen Strom von 5,3mA ergeben. Die Berechnung nach dem ohm’schen Gesetz ist denkbar einfach:

Anodenwiderstände ECC99: 320V / 0,0053A = 60.377,4Ohm

Zum Beispiel könnte man also 30kOhm Widerstände mit etwas vertikalem Abstand auf das PCB löten. Je Röhren-Sektion ergibt sich so ein Gesamtwiderstand von 60kOhm, der, wie gewünscht, bei einer Versorgungsspannung von 320V zu einem Strom von 5,3mA je Sektion führt. Um die richtige Leistungsklasse der Widerstände zu erfahren, ist ebenfalls eine einfache Rechnung nötig:

Spannungsabfall über den Widerstand: U = 30.000Ohm * 0,0053A = 159V

Resultierende Leistung: P = 159V * 0,0053A = 0,84W

Als Faustregel werden normalerweise Widerstände verwendet, die mindestens eine 3mal höhere Leistung verkraften. Ich würde mich für 3W entscheiden, z.B. 8 Stück RS02B30K00FE12 von Vishay. Da ich mein T1 Modifikations- Opfer bereits so umgebaut habe, dass diese Widerstände grundsätzlich entfallen können, habe ich hier ein etwas leichteres Leben. Ich brauche nur die 4 einzelnen Sektionen auf dem CCS-Board per  Trimpots auf den gewünschten Strom einzustellen. Dies ist im Übrigen der Grund dafür, dass ich anstelle des 261Ohm Widerstands und 100Ohm Trimpots, wie von Jim in seinem Beitrag vorgeschlagen, einen 249Ohm Widerstand und ein 200Ohm Trimpot verwendet habe. Er hat mir geraten, einen Strom von 6,0mA für die ECC99 Röhren einzustellen, was ich auch getan habe. Das erhöht die Abwärme über die Kühlkörper und Röhren noch weiter, verschiebt den Arbeitspunkt aber auch weiter in den linearen Bereich des Kennfelds der ECC99 Röhren, wie bereits erwähnt. Wer den gleichen Strom über Anodenwiderstände einstellen möchte, braucht nur die o.g. Rechnungen anzupassen und die entsprechenden Widerstände zu wählen.

Die übrigen Anpassungen der Schaltung auf ECC99 Kompatibilität müssen unabhängig davon geschehen, auf welche Weise der Anodenstrom eingestellt wird. Zunächst ist das PCB so anzupassen, dass die neuen Röhren trotz ihres anderen Pinouts benutzt werden können. Das folgende Bild zeigt am Beispiel eines noch unveränderten PCBs die nötigen Anpassungen:

Es müssen auf der Rückseite zunächst zwei Leiterbahnen gekappt werden (rote Markierungen). Das erfordert etwas Mut, das richtige Werkzeug und ruhige Hände. Ich verwende dafür einen Dremel und eine feine Gravierspitze. Bei hoher Drehzahl entferne ich so vorsichtig das Kupfer. Auch ein sehr scharfes Skalpell eignet sich dafür.

Anschließend werden mit einem kurzen Stück ordentlicher Leitung je zwei Pins jeder Röhre verbunden (türkise Verbindungen). Das ist nötig, um die eigentlich auf 12,6V in Reihenschaltung ausgelegten Heizfäden parallel bei 6,3V zu betreiben. Zunächst wird das alte Lot an einem Pin bestmöglich mittels Lötpumpe oder notfalls Entlötlitze entfernt. Danach einfach rund 15mm der neuen Leitung abisolieren und das blanke Ende mit frischem Lötzinn an dem zuvor befreiten Pin anlöten. Dann das Lot am zweiten Pin entfernen, den blanken Teil der Leitung unmittelbar daran vorbei führen und verlöten. Anschließend wird der überstehende Rest der Leitung abgeschnitten.

Danach werden ebenfalls mit einer ordentlichen Leitung zwei neue Verbindungen auf dem PCB hergestellt (gelbe Verbindungen). Hier ist das Setzen guter Lötpunkte eine besonders wichtige Voraussetzung. Die Längen der Leitungen können im Vorfeld leicht festgelegt werden, sie ergeben sich aus dem Abstand der zu verbindenden Lötpunkte und einigen Millimetern Beigabe. Die Enden müssen vorher sehr gut verzinnt sein, um eine solide Verbindung bilden zu können.

Bei der Gelegenheit habe ich die 4 Signalleitungen auch noch auf die Unterseite des PCBs verlegt. Von diesem Zustand aus geht es weiter:

Damit die Balance weiterhin eingestellt werden kann wie bisher, müssen die beiden output tail resistors ausgetauscht werden. Ab Werk sind hier 2,2kOhm SMD Widerstände verbaut, ich setze bedrahtete 1kOhm Metallschichtwiderstände des Typs CMF551K0000BHEB ein. Auf der Oberseite des PCBs und im Schaltplan sind diese Widerstände mit R20 bezeichnet.

Eigentlich wäre es sinnvoll, den Wechsel der Widerstände zuerst vorzunehmen, was ich leider nicht im Vorfeld realisiert habe… Wer immer diesem Beitrag folgt, sollte damit beginnen. Nach dem Entfernen der beiden Röhren und der 8 großen Anodenwiderständen auf der Oberseite und dem Verlegen der 4 Signalleitungen und der 2 Bias-Leitungen auf die Unterseite bietet sich folgender Blick in das Gehäuse.

Eingesetzt und angeschlossen sieht die Kombination aus CCS-Board und SRM-T1 schließlich so aus:

Und mit eingesetzten ECC99 GOLD Röhren schließlich so:

Hier kann übrigens die finale Ausführung meiner Halteklammern für das CCS-Board in schwarzem ABS bestaunt werden. Zugegeben, der „Firschi“ Schriftzug ist etwas missraten, da geriet der Drucker an seine Grenzen.

Nachdem alle Arbeiten erfolgt sind, rate ich dazu, kräftig beide Seiten des PCBs abzupusten, um Reste von Kabeln, Bauteilen und Lötzinn zu entfernen. Danach kann das Gehäuse wieder verschlossen werden, wobei der Deckel noch nicht verschraubt wird. Zum Abschluss dieser Aktion erfolgt das Abgleichen der Schaltung, wie im zweiten Teil dieser Reihe beschrieben. Übrigens, obwohl diese Beschreibung hier relativ umfassend geraten ist, kann der Verstärker mit entsprechend ähnlichem Aufwand in den Serienzustand zurück versetzt werden. Mir ist zwar nicht klar, warum irgendjemand ein Interesse daran haben sollte, es sei an dieser Stelle aber erwähnt.

Anschließend ist – wie immer – Feiern angesagt :mrgreen:

Achso, ganz vergessen… Klangprobe!

Wie schon im dritten Teil beschrieben wirkt sich der Einbau der Konstantstromquellen anstelle der Anodenwiderstände sehr deutlich hörbar auf die technische und klangliche Qualität der Audioausgabe aus. Ich verzichte hier einfach komplett auf irgendwelches Geschwurbel und bildreiche Beschreibungen der Effekte. Bei geringen Lautstärken gibt es für meine Begriffe keinen signifikanten Unterschied zwischen 6CG7 Röhren mit CCS und ECC99 Röhren mit CCS. Zumindest nicht in einem so deutlichen Maß, dass ich die beiden Amps blind, alleine anhand dieses Merkmals einwandfrei unterscheiden könnte. Bei höheren Lautstärken sorgen die ECC99 insbesondere im Bass für mehr Sauberkeit und Substanz, das lässt sich bei guten und/oder besonders fordernden Aufnahmen doch unterscheiden.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass man sich diesen Zugewinn mit einer höheren Abwärme erkauft, sowohl was die Röhren als auch was die CCS im Vergleich zum dritten Teil angeht. Meine Ausführung des Aufbaus ist in einem normalen T1 Gehäuse aber in der Lage, mühelos beliebig lange zu funktionieren. Kein Teil (außer natürlich den Röhren selbst) wird so heiß, dass man die Hand nicht darauf liegen lassen könnte. Für den normalen Betrieb also vollkommen unbedenklich.

Es ist kein Geheimnis, dass ich ein riesen Fan der STAX Headspeaker und entsprechender Verstärker bin. Spätestens seit diesem Mod bin ich vollends begeistert, was man mit den richtigen Handgriffen aus einem SRM-T1 im Zusammenspiel mit z.B. einem überholten Signature raus holen kann. Die allermeisten Lambda-User werden damit meiner Meinung nach voll auf ihre Kosten kommen, ohne die Kohle für einen Aftermarket-Amps ausgeben zu „müssen“ – wäre da nicht diese fiese Upgraderitis ;). Ich für meinen Teil bin jedenfalls glücklich und stolz diese Aktion bewältigt, mehrere Amps umgebaut, Teile entwickelt und die Anpassungen für alle Welt nachvollziehbar (so hoffe ich) dargestellt zu haben.

Platz für Fragen, Anregungen, Rückmeldungen, etc. ist im entsprechenden Thread des Forums: STAX Tube Driver: Instandhaltung & Modifikation

Dominik

Dominik

Moderator Professor X
Überzeugter DIYer, Kopfhörersympathisant, Kabelflechter, STAX-Liebhaber, Blogger
Dominik