Projekt "MagicQuartz": universelle Quartzregelung für alle Duals (Riemen, Treibrad)

Hallo zusammen,

nach langer Abwesenheit hier im Forum kommt nun ein Post von mir. Ich habe die letzten Jahre zwar keine Duals gesammelt (man findet fast keine mehr), aber an einem größeren Projekt u.a. FÜR Dual-Plattenspieler gearbeitet.

Ich hatte die Idee auf dem Dual-Stammtisch 2009/2010 (?) in Nürnberg angerissen - vielleicht erinnert sich noch jemand daran.

Das Projekt befindet sich in der Endphase und ich möchte es Euch an der Stelle vorstellen. Ich hoffe, dass der Post nicht als unerwünschte Werbung aufgefasst wird sondern eine gute Diskussionsgrundlage bietet; ähnlich wie z.B. bei den LED-Stroboskoplampen damals. Es geht mir vor allem um die Verwirklichung eines Traums und weniger ums große Geld (Details später). Und diese Verwirklichung geht nicht wirklich voran - vielleicht könnt Ihr mich etwas motivieren, daran weiter zu machen.

Es handelt sich um eine Quarz-Geschwindigkeitsregelung, die theoretisch mit jedem X-beliebigen Plattenspieler (solange er einen AC-Motor hat) funktioniert, ohne, dass der Plattenspieler umgebaut werden muss.

Worum geht es?

Ich nenne das Gerät "MagicQuartz".

Eigentlich handelt es sich bei dem kleinen Kästchen um einen microcontrollergesteuerten Spannungswandler von 24V DC auf 230V AC, wobei die erzeugte Frequenz variabel ist. Durch ein Ändern der Frequenz ändert sich auch die Plattentellergeschwindigkeit.

Man kann einerseits die Absielgeschwindigkeit in 1/10.000-stel RPM- oder Hertz-Schritten regeln oder gleich von einer Standardgeschwindikeit auf eine andere (z.B. 33 => 45 RPM) elektronisch umschalten. "Elektronisch" heißt, dass der Plattenspieler dabei mechanisch nicht verstellt wird. Es läuft einfach der Motor in einer anderen Geschwindigkeit.

Das wäre die Funktion einer einfachen "Speed Box", wie es sie auch von Project gibt (aber nicht mit der Präzision), und langweilig!

Ich gehe noch einen Schritt weiter: Ich messe die aktuelle Ist-Geschwindigkeit mit einem optischen Sensor und regle die Soll-Geschwindigkeit (durch Ändern der Frequenz) nach. Damit läuft der Plattenspieler mit einer absolut präzisen Geschwindigkeit.

Das war ganz schön tricky. Die Hardware zu entwickeln war das eine (für einen Nicht-Elektrotechniker), die Software das andere. Gerade letztere zu entwickeln hat sich als unglaublich aufwändig herausgestellt (auch für einen Informatiker), denn die Software muss mit Messfehlern klarkommen und mögliche Hardwarefehler erkennen.

Dafür kann ich stolz sagen, dass die Software jetzt fertig ist. Die Hardware im Prinzip auch, nur die Doku und das Gehäuse noch nicht.

Wie wird es verfügbar sein?

Ich möchte MagicQuartz als Bausatz anbieten (alles andere geht nicht so einfach). Als Preis peile ich < 100 Euro an - das ist nur geringfügig mehr als der Materialwert. Bedenkt, dass da durchaus teure Komponenten dabei sind, z.B. Ringkerntrafo, 24V-Netzteil, prof. gefertigte Platine, uws. Ich möchte nur für die aufwändige Software etwas "Trinkgeld".

Vielleicht gibt es aber auch nur vorprogrammierte Mikrocontroller plus Stücklisten.

Das ist aber noch nicht alles: Ich möchte eine frei verfügbare Arduino-Version zum Download bereitstellen, die auf Standard-Hardware läuft (Arduino Uni, Motor-Shield, RK-Trafo, Kondensator, 18V-Netzteil) und von jedem verwendet werden kann. Allerdings wird man einen PC benötigen, um die Software zu bedienen.

Und weiter?

Ich habe auf www.mate-labs.de ein paar weitere Infos (Grafiken, YouTube-Video) hinterlegt. Ihr könnt ja mal reinschauen.

Was haltet Ihr von der Sache? Ich würde mich wahnsinnig über Feedback von Euch freuen. Fragen beantworte ich gerne!

Viele Grüße
Sebastian

Hallo outis,

das ist eine absolut berechtigte Frage.

Es bringt schon was, aber siginifikant sind die Verbesserungen sicherlich nicht. Man hat halt die Gewissheit, dass der Plattenspieler wirklich mit der absolut richtigen Geschwindigkeit läuft. Außerdem wird es das Gerät geben, "weil man es nun bauen kann" (dank leistungsfähiger Mikrocontroller-Technik usw.).

Tatsächlich beeinflussen so einige Dinge die Geschwindigkeit. Viele Beobachtungen und Messungen habe ich dazu schon angestellt, aber noch nicht quantifiziert (also wie signifikant ist das alles).

• Die Netzfrequenz schwankt relativ stark, siehe http://www.netzfrequenzmessung.de/. Würde man einen Dual 1229 mit einer vom Netz entkoppelten Stroboskoplampe "beblitzen", würde das Stroboskop des Plattenspielers so gut wie immer langsam wandern. Meine Schaltung entkoppelt die ganze Versorgung des Plattenspielers von diesen Schwankungen.
• Eine aufgelegte Nadel bremst den Teller ganz schön ab; das kann man gut messen. Justiert man nun z.B. einen Dual 1219 nach dem Stroboskop mit abgenommener Platte, so stimmt die Geschwindigkeit mit aufgelegter Nadel dann nicht mehr.
• Das Justieren nach einem Stroboskop ist zwar erstaunlich genau, aber nicht so genau wie die Messung meines Gerätes. Darüber hinaus ist eine Justage nicht genau, weil sie die Netzfrequenzschwankungen nicht aufzeigt (außer, man nimmt einen externen Stroboskopblitzer).
• Die Viskosität der Schmiermittel (Tellerachse, Motor) ändert sich, wenn der Plattenspieler warm wird. Mein Dual 1019 (gewartet!!!) wird z.B. in den ersten 60 Minuten immer schneller.
• Der Abbremseffekt der Nadelreibung nimmt zur Plattenmitte hin ab, die Platte spielt schneller.
• Die Stufen auf dem Motorpulley sind evtl. nicht präzise, d.h. dass man nicht davon ausgehen kann, wenn 33 RPM perfekt justiert ist, auch 45 RPM stimmt.

Hört man das alles? Ich nicht, zugegeben. Aber man kann es messen und auch korrigieren. Und das beruhigt.

Sicherlich sind die meisten Duals so gut, dass man so eine Funktionalität nicht unbedingt braucht. Bei anderen Geräten kann das wieder ganz anders aussehen: Ich habe z.B. einen Micro-Seiki, der viel zu schnell läuft und der keinen Pitch-Regler hat. Je nach Zustand des Riemens (Straffheit) kann die Geschwindkeit auch abweichen.

Ansonsten sind für den ein oder anderen noch folgende Features interessant:

• Abspielen von 16 und 78 RPM Platten auf Geräten, die diesen Gang nicht haben. Auch Schellacks, die NICHT mit 78 RPM geschnitten wurden (sondern z.B. 80 RPM) können mit der korrekten Geschwindigkeit abgespielt werden.
• Erfassen der "Nadelstunden": Das Gerät zählt die Zeit, in der die Platte läuft.
• Transponieren, z.B. für Musiker.
• Effekte: Die Geschwindigkeit lässt sich bis auf unter 3 RPM herunterregeln (ergibt ein gruseliges Geknatter).

Viele Grüße
Sebastian

Hallo Olaf,

danke!!! Das motiviert mich doch gleich, endlich weiter zu machen.

Diese fertigen Speed-Boxen sind sicher nicht schlecht, aber zu teuer, für das was sie können. Mit ein wenig mehr Software (und etwas Hardware-Hühnerfutter) könnte man damit sooo viel mehr machen. Das möchte ich mit meiner Variante zeigen.

Was meinem Ansatz am nächsten kommt ist sicher das hier: http://www.phoenix-engr.com/. Das habe ich heute mit Schrecken entdeckt und mich geärgert, dass auch andere auf diese Idee gekommen sind. Aber auch das sieht recht einfach gestrickt aus. Mich würde mal interessieren, wie sie die Frequenzkorrektur berechnen und mit fehlerhaften Messwerten umgehen. Und der Magnet unter dem Plattenteller ... Das geht ja gar nicht. Da pustet es sicher die Bass-Lautsprecher ordentlich durch während es das edle MC-System mit japanischem Balsa-Holzkorpus auf die Vinylfahrbahn presst :wacko: .

Was den Preis angeht: Ich kann es nur als Bausatz anbieten (rein rechtlich). Und der darf nicht zu teuer sein. Meine Zielgruppe sind vernünftige Vintage-Benutzer (m.E. die eigentlichen High-Ender, die etwas von der Technik verstehen). Dual-Schrauber wie wir halt.

Das mit dem Phono-Vorverstärker klingt ja interessant ... Hm, Aber bei mir wird es ganz andere Probleme geben. Das Ding hat eine komplexe Software. Es erzeugt lebensgefährliche Spannungen und kann Dich töten. Es kann Deinen Dreher abrauchen lassen, den Entstörungsdienst bei Dir klingeln lassen weil die PWM das Langwellenradio stört. Auch solltest Du ein True-RMS-Multimeter haben oder besser noch ein Oszilloskop.

Dafür hat meine Software alle möglichen Sicherheitsfunktionen (Überlasterkennung, erkennt z.B. auch gerissenen Riemen und regelt die Frequenz nicht ins Unendliche, usw.). Und sooo kompliziert wird das Ding nicht zusammen zu bauen sein.

Viele Grüße
Sebastian

Hallo Peter,

guter Punkt, den ich aber entkräftigen kann:

Die Schaltung ist für Plattenspieler mit eher schweren Tellern gedacht, die von Haus aus aufgrund der Masseträgheit sehr geringe zeitlich lokale Geschwindigkeitsschwankungen (Wow und Flutter) haben. Vielmehr soll MagicQuartz längerfristige Geschwindigkeitsdrifts ausgleichen (Veränderung der Schmierung, Abnahme der Nadelreibung zur Plattenmitte hin).

Die Software erlaubt die Einstellung, wie stark/schnell ein Fehler herausgeregelt wird (Quartz Latency). Tatsächlich sollte man die Regelung so "lazy" wie möglich einstellen, damit man vom Nachregeln sicher nichts merkt (tatsächlich höre ich selbst auf der aggressivsten Einstellung nichts, weil es sich nur um Bruchteile von Hertz handelt). Stellt man sie aber zu gering ein, driftet der Plattenspieler, weil die Steuerung nicht mit dem Nachregeln nachkommt.

Wenn "etwas" passiert, das hier als hervorstechend gemessen wird, dann ist das in der Regel so stark dass es verworfen wird (lässt sich auch parametrieren). Das ist z.B. der Kick-in der Abschaltautomatik (ja, da wollen wir nicht herumregeln) oder die Carbon-Bürste beim Entstauben.

Theoretisch könnte man eine Tellermatte herstellen, die über den Tellerrand hinausragt und ein feineres optisches Raster, ähnlich einem Stroboskop, hat. Dann könnte man schneller regeln.

Auch müsste man erst untersuchen, ob eine "schnelle" Nachregelung bei schweren Tellern überhaupt so einfach umzusetzen ist. Der Motor dieser Plattenspieler ist ausgeprochen kräftig und Beschleunigungen werden schnell umgesetzt; Geschwindigkeitsreduzierungen eher schlecht (weil der Teller lange nachläuft). Wenn man da nicht aufpasst, oszilliert das ganze schnell.

Die Lösung mit dem einen Sticker ist ferner auch der Einfachheit geschuldet.

Gruß, Sebastian

PS: Ach ja, ein sich aufbauender Staubbatzen bremst auch ganz schön

Hi Marco,

danke für Dein Inteteresse!

Zitat von icecube919

Ich würde einfach vorhandene Markierungen verwenden und die Stroboskopmarkierung des Plattentellers nutzen. Für verschiedene Ausführungen (Pickelteller, Sägezahnteller, etc.) könnte man eine Datenbank in die Software integrieren, sodass der Benutzer letztendlich auswählt, nach welchem Muster die Abtastung des optischen Sensor analysiert wird.

Prima Idee, aber es ginge sogar so: Die Software lernt bei der Sensorkalibierung selbst, wie das Muster aussieht. Oder man pappt z.B. 3 Aufkleber an den Rand und sagt der Software, dass es drei sind. Weil die aber nie 100% mit jeweils 1/3 Tellerumfang angebracht werden können, müsste die Software die Positionen erst lernen.

Allerdings sampelt der optische Sensor mit etwa 10.000 Samples/Sekunde das wären für eine Umdrehung bei 33 RPM 18.000 Samples. Das wird mengenmäßig schwierig in dem Controller zu verarbeiten, wenn man die ganze Umdrehung so lernen möchte (bei der 1. Variante).

Umständlich ... und gar nicht nötig, siehe meine Ausführungen oben.

Zitat von icecube919

Aber eine Unterscheidung muss man ja schon alleine wegen der verschiedenen Durchmesser verschiedener Plattenteller machen.

Denkfehler! Bei einem Sticker wird 33,3333 Mal in der Minute eine Umdrehung erkannt, egal ob der Teller groß oder klein ist. Aber ein großer Teller erzeugt eine schärfere Flanke, die sich genauer erkennen lässt.

Gruß, Sebastian

Hallo Jochen,

wenn ich darüber nachdenke, habe ich Quatsch geschrieben:

Es funktioniert genauso mit mit leichten Tellern.

NUR: Wenn so einen leichtgewichtigen Dreher hat und der jault und leiert, dann ist MagicQuartz natürlich NICHT in der Lage das rauszuregeln. Die Schaltung kann und soll nur Geschwindigkeitsdrifts herausregeln. Genauso soll man MagicQuartz nicht dazu verwenden, um ein Treibrad mit "Standplatten", einen trockengelaufenen Dreher oder einen ausgeleierten Riemen zu kompensieren. Der Plattenspieler muss technisch einwandfrei sein. Dann sollten auch Wow und Flutter passen.

Für ganz besonders schwere Teller (gilt aber auch für Dual 1219 u.ä.!) lässt sich eine "Spin-Up-Time" einstellen, in der die Quarzregelung pausiert wird, bis das Laufwerk seine Soll-Geschwindigkeit erreicht hat. Darüber hinaus wird ein eigenständiges Beschleunigen auch erkannt und währenddessen nicht geregelt. Alles frei konfigurierbar ...

Gruß, Seb

Zitat von Thechnor

Unter dem Plattenteller ist doch Platz. Dort könnte man von unten eine Stroboskopscheibe ankleben, wenn sie nicht eh schon wie bei manchen 12XX schon vorhanden ist und den optischen Sensor unterbringen.

Yupp, kann man. Der Sensor ist auch klein genug. Sicher kann man die Elektronik auch in der Zarge einbauen. Ich freue mich schon über den ersten gepimpten 1019 mit Quarz

Trotzdem, wie schon geschrieben ist so eine "schnelle" Nachregelung gar nicht nötig. Auch zu kompliziert, wie schon diskutiert ... Hoffentlich schaffe ich es noch, Euch davon zu überzeugen.

Viele Grüße, Sebastian

Hallo Marco,

so ist es. Der Reiz an der ganzen Sache besteht ja darin, dass man in Verbindung mit der Schaltung einen Quartz-Plattenspieler mit SCHWEREM Teller bekommt. Also Dual 1019, 1219, 1229 ... Die richtigen Quartzdreher von Dual waren ja schon leichter. Und nein, die 701/721 haben keine Quartzregelung.

Das mit dem Sampling war falsch ausgedrückt (sorry, ist schon spät). Die Software sampelt freilaufend, allerdings nicht mit einem 100%ig stabilen Takt (das kommt von nebeläufigen Interrupts auf dem Controller, die abgearbeitet werden müssen, z.B. der Sinus-Erzeugung - ist aber kein Problem - kommt gleich). Die Messwerte werden korrekt einem 1/10.000-Sekunden Zeitraster zugeordnet (zeitliche Auflösung).

So. Und was ist nun mit den evtl. ungenauen Messwerten (nicht 100% stabiler Takt, ggf. zu früh oder zu spät erkannte Sticker-Flanken): Hier wird trickreich gerechnet (nicht gemogelt!), damit sich Messfehler nicht direkt auf das Regelverhalten auswirken. Das ist nötig und liegt in der Natur der Sache. Richtige Messfehler werden auch verworfen. Ich weiß noch nicht, ob das ins "Theory of Operation" rein kommt oder erstmal ein Betriebsgeheimnis bleibt.

Auch nett ist wie die Auflösung von 1/10000 Hz erreicht wird (die Timer des Mikrocontrollers erlauben das nicht ohne Weiteres): At full voltage, a high dynamic resolution of 8 bits per half-wave (totaling in 9 bits for the full sine wave) with 128 discrete values per sine period (2π) is achieved. The supply frequency is determined by the speed at which MagicQuartz steps through these 128 discrete values. By doing this, MagicQuartz is able to reproduce all 128 values at any speed, resulting in a non-distorted, pure sine wave signal. Because the timing capabilities of the whole circuit are limited by the clock signal of the microprocessor and the time that is needed to reproduce the full sine wave, a specially developed technology (we call it "GCD Time Interleaving Algorithm") is employed to achieve the high temporal resolution that allows frequency changes by 1/10.000 Hertz.

Klar ist nur Marketing aber da steckt eine Menge Tüfteln dahinter.

Gruß, Sebastian

PS: Da fällt mir ein, wie sehr mein 701 driftet. Grausam. Aber das ist ein anderes Thema ...
PPS@Marco: Wohne inzwischen in Erlangen, meine Schwester aber in Wendelstein, so dass ich da öfters mal bin. Aber du könntest ein prima Testopfer sein!

Zitat von Thechnor

Die Lösung würde ich gerne nachvollziehen. Die Teile hätte ich sogar schon da.

Liebend gerne! Sobald ich die Software-Doku fertig habe bekommst Du ein Arduino-Kompilat.

Das wird aber ein paar Beschränkungen gegenüber der "Vollversion" haben, die teilweise technisch, teilweise marketingmäßig begründet sind:

• Ich weiß noch nicht, ob ich den Live-Quarz-Modus freischalte.
• Man braucht einen Computer, der mit dem Arduino über eine serielle Verbindung (USB) kommuniziert. Dabei wird der normale Displayinhalt in einem Terminal dargestellt.
• Der Sinus aus dem Motor-Shield ist nicht sonderlich sauber, aber gut genug, dass der Motor nicht brummt (wie er es bei einem Rechteck-Signal würde). Die Spannung ist < 230 V unter Last, mein Dual 1219 läuft trotzem.
• Der Sinus wird nicht in 1/10000-Hz-Schritten umgesetzt. Der "GCD Time Interleaving Algorithm" wird hier nicht verwendet, weil es sonst Timing-Probleme mit der seriellen Verbindung zum PC gibt.

Das reicht auf jeden Fall aus um etwas in der Software herumzu"klicken". Mit dem Motorshield und einem Trafo kann man sogar etwas Speedbox spielen.

Zitat von Thechnor

Allerdings ist ein Arduino Uno strenggenommen ungeeignet. Der Uno hat nur einen Resonator und keinen Quarz. Deshalb ist seine Taktfrequenz nicht genau 16Mhz sondern nur ungefähr 16Mhz. Außerdem unterliegt die Frequenz einem Temperaturdrift. Man sollte deshalb einen Arduino mit Quarz wählen. Mancher chinesische Billigklone ist da besser als das Original.

Richtig! Nagel mich jetzt aber nicht fest: die Geschwindigkeitsdrifts des Duals und der Netzfrequenz sind aus meiner Erfahrung bisher größer als der des Resonators! (Habe das aber nicht ausgibig mit dem Arduino getestet).

Viele Grüße
Sebastian