Realizei este projecto há anos, mas recentemente consegui algum tempo para o melhorar ainda mais. O objectivo era modificar um leitor à base do chipset e mecanismo da Philips (aqui um Marantz CD-40 com CDM-4/19 e TDA1541A-R1 que comprei há uma série de anos em muito bom estado e que já de origem tem um bom som). Na altura eu estava activamente a participar num fórum de entusiastas de electrónica DIY na área do Hi-Fi e entre os membros contavam-se alguns dos grandes nomes a nível mundial (não se trata de outro fórum muito conhecido que ainda existe, se bem que eles já foram membros desse, era um sítio mais pequeno, onde estas pessoas com vasto conhecimento e ideias super interessantes se sentiam mais à vontade).
Senti-me muito em casa nesse fórum e rapidamente comecei a dar-me bem com toda gente e a partilhar as minhas ideias e projectos, também com a esperança de conseguir "absorver" um pouco da sabedoria dessas pessoas (e que pelo caminho fossem detectados potenciais erros que eu fosse cometendo ou conseguir ajuda se ficasse encalhado). Aconteceu isso também com este projecto do CD40, só o consegui acabar graças à ajuda deles.
As modificações em si não eram nada de novo nem de muito difícil (e nem sequer implementei tudo aquilo que conhecia e que se pode fazer, embora agora ao melhorar fui um pouco mais longe), mas tinham uma característica única que nunca tinha visto (e até hoje não vi em mais lado nenhum): o meu circuito permite alternar "ao vivo", ou seja, mesmo enquanto estiver a tocar um CD, entre o modo de OS (Over-Sampling, o modo original de funcionamento do leitor, com o filtro digital SAA7220) e Non-OS (ou NOS, significa Non-Over-Sampling, o sinal digital aqui não passa pelo filtro digital).
Eu queria isso porque na altura ainda não tinha ouvido (e não estava plenamente convencido) o NOS em comparação com o OS, mas queria experimentar e ter a possibilidade de comparar, sem ter que possuir dois leitores iguais, cada um configurado para um dos modos. Idealmente, queria poder comparar fazendo a chamada audição A-B. Isto porque tinha ouvido falar as vantagens em termos de som do NOS (melhor palco sonoro e profundidade, melhor separação entre instrumentos, mais musical) mas também das desvantagens (pior qualidade em frequências mais altas, causada pelas "escadas" incutidas na onda sinuisoidal devido à frequência de amostragem e harmónicos desta (sampling frequency, 44,1 kHz) e possível perda de amplitude em altas). Assim, eu queria comparar por mim próprio com o modo original OS que utiliza precisamente o filtro digital SAA7220 para filtrar esses "passos" e restaurar a onda sinusoidal.
Para além desta possibilidade de mudar entre modos, incluí um novo clock de grande qualidade e baixo jitter, o KWAK clock do Elso Kwak (não consigo dar nenhum link aqui nem tão pouco o esquema, ele insiste em que lhe peçam directamente a ele por e-mail, pois não quer que sejam utilizados comercialmente), em vez do cristal original. Fiz ainda um recap parcial e adicionei condensadores de desacoplamento melhores no DAC e filtro digital.
A modificação original foi um sucesso (quase) total e o circuito funciona muito bem, permitindo alternar entre os dois modos ao vivo, sem falhas. E também porque o leitor agora em geral estava a soar muito melhor. Ainda assim disse "quase", pois o estágio de filtragem que incluí na primeira modificação para a saída não era o ideal e porque o sinal de áudio utilizando NOS tinha uma amplitude claramente superior ao do modo OS, o que arruinou a possibilidade de fazer audição A-B directa (isto acontece devido à atenuação interna do filtro digital para evitar clipping). Acredito que o problema de amplitude poderia ser resolvido com algum tipo de circuito que alterna entre ganhos diferentes no estágio de saída à medida que se muda entre os dois modos, mas tudo isso torna todo o circuito cada vez mais complexo, introduzindo possíveis problemas.
O circuito em si já tinha (e ainda tem) alguns pequenos problemas, daí que não tenha feito nada em relação à pequena diferença de amplitude, pois posso comparar na mesma, simplesmente em audição sequencial com pequena pausa, adaptando o volume. Eu gostei muito do som de NOS, mas não gostava dos agudos, tinham perdido presença devido à forma como a onda estava a ser alterada e o filtro demasiado simples mas demasiado acentuado, que causava perda de amplitude nos agudos. A onda sinusoidal praticamente ficava irreconhecível no osciloscópio acima dos 15 kHz (gravei um CD de teste, no qual está um sinal de onda sinusoidal a aumentar continuamente de frequência desde os 20 Hz até aos 20 kHz, sempre com a mesma amplitude). Ainda que este estágio de filtragem era algo deficiente, deixei o circuito inalterado durante anos e utilizei o leitor sobretudo no modo original, OS.
Aqui uma foto da implementação original:
Mas agora, mais de 12 anos depois, deparei-me por acaso com o Grundig CD8150, um pequeno e simpático leitor à base de mecanismo Philips e TDA1543 e que, admire-se, não tem um filtro digital, é portanto um leitor Non-OS nativo! Descobri depois que ainda houve mais alguns modelos de vários fabricantes que utilizavam a plataforma Philips em modo NOS. A maioria deles foi construída assim para reduzir custos, daí que a maioria não sejam grandes máquinas e alguns não soem por aí além. O Grundig até era mais ou menos, mas ainda assim não me convenceu, no entanto observei a saída dele com o osciloscópio e como a onda era muito melhor do que no meu CD40 a NOS, decidi arranjar o service manual com a intenção de copiar (ou pelo menos, imitar) o filtro de saída e instalar esse no meu CD40 em vez daquele que eu construí há anos e que tem os tais defeitos de reduzir a amplitude nos agudos e não conseguir filtrar bem os passos introduzidos pela frequência de amostragem.
Assim sendo, abri o Marantz e decidi que ia também fazer a manutenção completa. Tinham passado anos desde que o fiz pela última vez (e tinha começado a ter problemas com a gaveta, muitas vezes não abria ou fechava como deve ser). Já tinha reparado a gaveta antes, aquilo tinha tido a roda dentada partida, tive que arranjar uma roda nova feita por um rapaz na Malásia, foi assim uma pequena aventura.
Desta vez, descobri que o problema era o sensor de gaveta aberta/fechada (um micro-switch na placa de circuito impresso, bastou trocar e ficou óptimo).
Decidi também acabar o recapping, mudando os condensadores que não tinha trocado há 12 anos atrás. Também limpei a lente do laser e lubrifiquei a mecânica e gaveta (costumo usar lubrificante de silicone e massa lubrificante fina de lítio, conforme o sítio).
Depois decidi levar a mod mais longe, instalando reguladores de tensão 7805 dedicados para o DAC e o filtro digital. Aprendi ao longo dos anos, em modificações que fiz noutros leitores com plataforma Philips, que vale bem a pena esta pequena melhoria, pois os dois circuitos integrados tendem a poluir bastante a alimentação de +5V.
Feito isso tudo, avancei então e tirei o estágio de saída originalmente por mim instalado e instalei o novo filtro agora por mim desenhado e construído que imita parcialmente o filtro do Grundig.
Circuito:
A alimentação é providenciada da mesma forma como no projecto antigo, o circuito regulador é este:
Optei por não incluir a conversão I/V (corrente -> voltagem, estes DAC tem saída de corrente, não de voltagem) nesta placa mas utilizar a já existente na placa mãe do CD40, pois queria preservar a funcionalidade de "deemphasis" (na mod que tinha feito há 12 anos, eu tinha deixado isso simplesmente desligado). É que nunca se sabe, pode aparecer o tal raro CD antigo que foi gravado com essa tecnologia entretanto ultrapassada. Pouco provável, mas nunca se sabe, e queria isto o mais perfeito possível desta vez.
O que fiz foi muito simples: dessoldei os opamps originais e instalei suportes, depois dessoldei um par de resistências SMD para que apenas o primeiro estágio (conversão I/V) fosse usado, não a parte do filtro. Da saída do primeiro opamp, o sinal de áudio vai para a minha PCB de filtros de saída. Estes estágios de saída são baseados no circuito do Grundig, mas com adaptações. É um filtro passa-baixo Sallen-Key de dois estágios. Não é muito eficiente nem tem um roll-off muito pronunciado, mas é precisamente para evitar perder agudos, embora seja bom o suficiente para suavizar aqueles passos na onda sinusoidal causados pela frequência de amostragem e os seus harmónicos. Os opamps usados tanto na conversão I/V como nos dois estágios de filtro são o LM4562. Há 12 anos, na primeira versão, tinha usado o OPA2134, que também soa muito bem, mas o LM4562 soa-me mais neutro, algo que prefiro aqui, para não colorir o som. Tanto o estágio de conversão I/V como os filtros são alimentados por alimentação simétrica regulada que adicionei já na modificação original, à base de LM317 e 337. Devido à distância física elevada entre estágio I/V e filtros e a placa de alimentação, surgiram problemas de ground loops, que foram uma dor de cabeça e só consegui reduzir o ligeiro ruído de rede introduzido por isso a um ponto que não se consegue ouvir em volumes normais nem mesmo com o CD na pausa ou em passagens silenciosas, apenas se aumentarmos brutalmente o volume do amplificador e pormos o ouvido mesmo perto da coluna. Mas, está aí, e ouve-se mais do que com o meu outro leitor de CDs preferido (que tem um DAC diferente, instalado por mim, também será publicado neste site um dia destes). Assim, se alguém quiser seguir as minhas ideias para uma mod deste género, mas sair-se ainda melhor, recomendo que inclua um novo estágio I/V directamente na placa de filtro e apanhar os sinais directamente do TDA1541, mas com a desvantagem que perde a funcionalidade de deemphasis. É o que eu tinha antes, na mod de há 12 anos. Mas isso também não é assim tão importante. Talvez até se poderia aventurar com uma conversão I/V passiva? Eu nunca arrisquei isso, pois tenho receio que possa sobrecarregar e danificar o (agora muito precioso) TDA1541.
Resultado:
Bem, depois de acabado, estou a ouvir o leitor a tocar, enquanto os condensadores fazem "burn in" (uma vez mais, assim foi também há 12 anos). Utilizei Nichicon Muse como condensador de bloqueio de corrente contínua no sinal do áudio, gosto destes condensadores. Uma coisa é certa: o leitor soa melhor agora, sobretudo em NOS, os agudos soam agora muito bem, em nada pior do que em modo OS (para os meus ouvidos e com o equipamento que tenho... se tiver algum amplificador de fones de milhares de euros e fones daqueles mesmo bons, aposto que ainda se consiga ouvir uma ligeiríssima diferença) e o osciloscópio confirma: os passos ainda aparecem em modo NOS e tornam-se bem visíveis e com alguma distorção do formato sinusoidal acima dos 18 kHZ, mas muito mais suave do que antes e melhor parte é que a amplitude da onda não é afectada, assim não há perda audível de agudos que tanto acontece em NOS, sobretudo se não se utilizar um filtro, deixando a restante aparelhagem e as colunas a servir de filtro passa baixo.
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English:
This is a project I realized years ago, but recently finally found the time to improve it. It's all about modding a Philips based CD player (here it's a Marantz CD40, based on CDM-4/19 mech and TDA1541A-R1 DAC) that I was able to get in mint condition and which already sounded pretty well "as is". At the time I was actively participating in a DIY audio forum which is not the best known forum (and still quite active forum), but it was a rather small place where a small bunch of nice and highly knowledgeable people liked to talk about very interesting projects (and mods). I felt very much at home there and started to post there my ideas and work in progress of several projects I did, not only to share, but especially to be able to "absorb" some of their great knowledge (and hopefully receive some good hints or have some mistakes spotted that I would make).
This was the case with this project - I was only able to realize this idea of mine with their help. The mods themselves are nothing new (and I didn't even go all the way, the recent improvements I did were partly to cover this), but it has one rare characteristic (and that I hadn't seen anywhere before): it allows live switching between OS (over-sampling, the original mode of the player, using the digital filter SAA7220) and Non-OS (or NOS, which means Non-Oversampling, where the signal is not going through the digital filter). I wanted this because I wasn't sure I would like the sound of NOS, but wanted to try it out (and compare, ideally as A-B listening test). That's because I had heard and read of the advantages of NOS (better sound stage, better instrument separation, more musicality, but worse high frequencies, caused by steps in sine wave from sampling frequency and treble roll off) and wanted to try it out and compare by myself to original OS mode. Besides this, I included a really good new clock with low jitter (the KWAK clock from Elso Kwak - for schematic, please ask him directly by e-mail, it's not available on-line as he doesn't want it to be used commercially) instead of the original crystal and did a partial recap and added some better decoupling caps around DAC and digital filter.
The modding was an (almost) complete success, as the circuit worked out and allows switching of the two modes even while the player is playing a CD. And also because the player was now sounding much better. I say "almost", because the filtering stage was less than optimal and the NOS output signal was clearly higher level than the OS signal, ruining the possibility of fair A-B comparison (it's due to internal attenuation in digital filter). I'm sure the latter could be solved by some kind of included gain switching circuit, but all this tends to get so very complex that it would probably introduce other issues. The circuit "as is" already had (and still has) some issues, so I decided to leave it as it was, as it was enough for me to compare with sequential, volume adapted listening. I liked NOS quite a lot, but it had introduced a lot of treble roll off and steps, making sine wave on scope almost not recognizable above 15 kHz (I created a test CD where a sine wave continuously raises in frequency until 20 kHz, with same amplitude). Although the filtering stage was far from perfect, I left it this way for years and mostly listened OS mode.
But recently, more than 12 years later, I stumbled (by mere chance) upon the Grundig 8150, a nice little TDA1543 based player, which, astonishingly, doesn't have a digital filter, so it's a native Non-OS-player! I then found out that there have been more models from several manufacturers, although quite rare. Most are like this for cost reasons, they managed to go without the digital filter. The player didn't sound that good, though, as it was all stock, compared to my CD40, but an idea formed in my head: I'd have a better look at the circuit (service manual is easy to get) and implement the filter (or a similar filter) in my CD40 instead of the original stage I made and which had all that treble roll off and didn't manage to filter out enough of the steps from sampling frequency in NOS mode. The filter in the Grundig does quite a good job, I scoped it.
So, I opened up the Marantz and decided that I would also do extended maintenance. Years had passed since it had been serviced by me last time (and it had started with problems with the tray, wouldn't open or close immediately by itself often). I had repaired it before, as the cog wheel had broken, I managed to get a substitute from some guy in Malaysia, was quite an adventure.
So, I found out that this time the problem was the tray detection switch, it was making bad contact, I simply changed it and problem was gone.
I then decided to finish the recap which I had only done partially last time.
I also cleaned laser lens and mech and lubricated it (I use fine silicone lubricant and lithium grease, depending on the places).
Then I decided to go further and improve the modding from last time by adding independent 7805 voltage regulators for both the DAC and the digital filter. From my later mods on other Philips based players I had learned that this is well worth it, as both ICs tend to pollute the +5V rail.
I then finally took out the original output stage and installed my new stage. I opted to not include the I/V conversion on this board but rather use a part of the original circuit on the mainboard, because like this I could preserve the deemphasis functionality (which in my previous mod was deactivated), as one never knows, one might get one of these old CDs which uses it...
What I did was simple: I soldered the original opamps out, installed sockets and took out (and cut a few traces) a pair of SMD components so that only the first stage (I/V conversion) was used, not the second (filter), from where the audio signal then goes to my little board with filter output stage. This stage is based on the Grundig circuit, but with adaptations. It's a two stage Sallen-Key low pass filter. Not very efficient and not very steep roll off, to avoid loosing treble, but good enough to soften those steps on wave form caused by sample rate harmonics. OPAMPS used both in I/V as in the two filter steps are LM4562.
Originally I had used OPA2134. I like both, but tend to think the LM4562 sounds more neutral, which is what I want here, as I want the least exterior coloration.
Both the filter stages as the I/V conversion are fed by external dual regulated rails which I already had in my original mod. Due to physical distance from main board, this created some ground loop issues, though, which was a real headache and I was only able to reduce hum so far in that it can't be heard when listening to music nor in silence periods or when hitting pause, unless you drive the volume up to absurd levels. But, it's there, it has more background hum than my other favorite CD player (which has the custom DAC I built). So, if someone wants to follow my example but do it even better, they can choose to include I/V stage in external filter board and take signals directly from TDA1541, but then they will loose deemphasis. Which isn't really important, then again. Maybe also get adventurous and try out some passive I/V conversion? Never tried it, as I fear to overload and damage the (now very precious) TDA1541.
Well, in the end I finished it and am now listening, as the caps burn in (again). I used Nichicon Muse as DC blocking caps in audio path, btw, I tend to like them quite a lot. One thing is for sure: it sounds even better now, treble sounds great in NOS mode now, in no way inferior to OS (for my ears and with the equipment I have... if you have some many thousand dollar headphone amp and headphones, I bet you still could hear a tiny difference) and oscilloscope confirms: the NOS steps still appear and become clearly visible with some distortion of sine wave above some 18 kHz, but it's much softer than before and the amplitude of the wave form is not affected, so no noticeable treble roll off that so often happens in NOS, especially when used unfiltered!