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About

Description

This is the further development to version Mk II of the previous STC Mk I DIY kit, which was now sold over 90 times.
Here is the description of version Mk I.

How does a STC amplifier technically work ?

In the late 90's the Japanese Shin-ichi Kamijo created special circuitry for tube amplifiers to bring the rough sound of a Pentode power amplifier closer to the soft sound quality of a Triode stage.This was archived by adding a kind of "non-linear negative local" feedback by supplying a small amount of the modulated Anode voltage from the power Pentode before the output transformer to the Anode of the preamplifier's Triode. The special feedback circuitry results in:

1st: The triode now "sees" the limited frequency response and distortions due to the modulated Anode voltage of the Pentode. The feedback circuitry adds these errors to the audio signal. Due to the 180° phase shift of the inverting power amplifier stage (negative feedback) these distortions will be eliminated and the frequency response is flattened. In a way, the Triode "supervises" the Pentode power amplifier stage.

2nd: Normally the feedback path is connected to the Triodes Grid but in this case it’s connected to the Anode so the Triode "sees" only the Pentode's distortions (and eliminates it) but not its own harmonic distortions.

Components side version Mk I
Components side version Mk I

But why not use such a circuit for a semiconductor power amplifier ?

The result is absolute astonishing! The end result is the well-known Triode sound! You do not hear the semiconductor “sound” with its distortions; only the warm Triode tube sound is present and nothing more!

There is no comparison to today’s tube / semiconductor hybrid power amplifier. Current Hybrid amplifier designs employ a semiconductor power stage that works autonomously without providing feedback control to the tube stage. The audio signal is fed through the preamplifier Triode tube stage without the benefits of feedback from the semiconductor power amplifier stage. Furthermore, there are distortions added by the semiconductor power amplifier stage. This results in a significant audible distortion on the speaker output compared to the STC architecture.

PCB solder side version Mk I
PCB solder side version Mk I

Everything clear - I don't think so ;-)

That's why we go back to the Middle Ages ... (In the movie "Ben Hur" by Warner Bros. Entertainment, from which the screenshots come, even until shortly after Christ's birth - please do not take the whole thing so literally, it really only serves to the view)

„Sweat runs down the back. The slaves moan on the oars. They push the straps forward. The rudder blades slide down onto the water, submerge. Then the men drop their torso backwards and pull the straps back towards them. They pull the oars out of the water. Without pause the emaciated figures push the belts forward again. Everyone works in one cycle, working like a machine. Drum beats set the beat. If you can not keep the pace, you will feel the whip. The guards thrash their bare backs with full force.“ (from Zeit Online: http://www.zeit.de/2010/26/Seefahrt-Galeerensklaven).

In fact, one can very visually compare the STC principle with a rudder galley:

The Consul is our input signal, here the direction is given.
The Consul is our input signal, here the direction is given.
The slaves on the oars, this is our semiconductor power
The slaves on the oars, this is our semiconductor power
The drummer on the timpani, this is the "triode part" of the tube preamplifier.
The drummer on the timpani, this is the "triode part" of the tube preamplifier.

That the drummer, who dictates the rudder clock after announcement by the consul, will also have volume and speed fluctuations or a certain "freedom of choice," the overseer with the whip and the consul do not notice it, as the main thing is to progress as desired. But exactly this triode part produces the pleasant and harmonic K2 harmonic distortion typical of a tube.

But the overseers notice very well, if the rowers no longer come after and you have to "help" with the whip, so that they will faster work, that is the "STC-part" of the tube.
But the overseers notice very well, if the rowers no longer come after and you have to "help" with the whip, so that they will faster work, that is the "STC-part" of the tube.

The tube compares the feedback signal from the power amp output to its own signal input input, but "forgets" its own produced errors and their correction. This remains in a control signal, which represents only the deviations between audio frequency input and output stage output minus its own produced error (K2 harmonic distortion). And as the power transistor output stage is not as fast as a tube in the slew rate, the transistors will be hidden with the whip to speed them up.

The output stage input signal is mixed with "whip strokes" in the form of needle pulses to approximate the slew rate of the output signal to that of the input signal. It is almost unbelievable to see this effect with a square wave input; and who presented it for the first time on an oscilloscope, rather believes in a measurement error. The output signal for the speaker really looks almost too "perfect"; and once you turn off the STC correction, you can see that the power amp is "slower" and the edges of the rectangle are flatter. Not only for this reason, such an STC power amp sound is incredibly dynamic and "fast".

But such a "signal treatment" also has (like secretive) disadvantages: These needles also consume energy from the power supply and what if the power supply can not deliver anymore, let's say "power of the oarsmen is in the end despite whipping blows"? Then it looks like in the movie:

The rowers break down because they can not give more power anymore and all runs completely out of rhythm.
The rowers break down because they can not give more power anymore and all runs completely out of rhythm.

Transferred to the power amplifier stage this means, the tendency to oscillate and especially the non-harmonic distortion increases dramatically - and much worse - than in a normal even worse sounding amplifier, if you drive the STC permanently into clipping.

PCB board version Mk I with preassembled SMD parts
PCB board version Mk I with preassembled SMD parts

The bottom line is that:

1st: We need a power supply which is able to deliver the spikes, this is not achievable with conventional electrolytic capacitors due to their internal inductance; So Low ESR types have to be used.

2nd: Furthermore, the power amplifier must be able to handle such spikes and "penetrate" to the power transitors - and there it is already scarce in the usual low-end power amplifiers, because the drivers of the power stage transistors do not handle the high peak current to the capacities of the MosFet power transistors - especially with several transistors in parallel, which are quickly double-digit nanofarads - to reload extremely fast.

In addition, we must take care not to drive the amplifier too long in the above-mentioned clipping to eliminate audible disadvantages. For this purpose, it is necessary not to limit the power amp input, because then the whole thing will be much worse, but the audio input of the triode.

But once you have the whole thing under control, you get as a result a power amplifier that really sounds like a tube without the "touch" of silicon and - thanks to the low-resistance semiconductors - has also enough power without high operating voltages and without output transformer.

At the same time, the costs in operation are also reduced by the very short lifetime of the exhausted power tubes. The triode in the input stage, however, is operated far below their maximum values and this results in an "eternal life".

You can also see how "loud" the max. 18 watts from my small STC amplifier can be. You cannot believe that the amp has only “so less” output power.

Of course, the ear also wants to be satisfied, and if the STC is incredibly dynamic even at lower volumes, you do not need the extremely high volumes, because it just "feels" louder.

The STC principle
The STC principle

For sure we can say that the STC principle does not work miracles. A worse sounding power amplifier will never run to its full potential with "STC correction", at the very most to a RF oscillator. The power amp needs to sound clean without STC and run absolutely stable - even at high frequencies. Then the STC principle sets the really tasty icing on.

What will be the improvement compared to version Mk I ?

  • Optimized heatsink for better heat dissapation
  • Higher sensitivity of the EAM86 tubs display.
  • Internal HV power supply will be assembled on a dedicated second PCB
  • Using very high quality components in SMT and through hole, specially in the audio section.
  • Aluminium anodized (silvery) coloued enclosure made by Fischerelektronik from Luedenscheid / Germany (as also the heatsink is made)
  • Similar optics to the DIGNA phono preamplifier
Assembled board from version Mk I
Assembled board from version Mk I
  • Dimensions (w x d x h incl. heatsink): 130 x 100 x 85 mm
  • Power connector: DC jack 5.5/2.5 mm, inner positive
  • Inclusive 120VA  switching power supply (100...240VAC) with EU/US/UK mains cord
  • Speaker connector: 4 x board fitted Push button spring terminals as up to 2.5 mm²
  • Audio input: 2 x RCA jacks
  • Headphone connector: 1/8" Neutrik TRS jack
  • Output power: 2 x 18 watts @ 8 ohms (Tube THD less 3%)
  • Self generated noise: 150 µV
  • Frequency response @ 10 V output voltage: 10 Hz...200 kHz (!)
  • Tubes: General Electric 5670 in STC topology and 2 x EAM86
  • Constant current heating (Softstart) of all tubes and stabilized Anode voltage of the Triode
  •  Power amplifier stage: STMicroelectronics STA540
  • Protection circuit: Clipping (optical limiter), Overcurrent (Polyfuse), Overload, Overtemperature
  • Idle power consumption: 12 VA


What do first-generation customers say about STC?

in German...

Peter B.
Sach ma Jürgen, denkst Du bei Deinen akustischen Arbeiten an die Rentner und Pensionäre und baust denen Hörhilfen? Ich dachte immer, ich bin schwerhörig! Mit dem neuen Gerät fällt's gar nicht auf. Ich hör ja Sachen, von denen ich gar nicht wußte oder vergessen habe wie die klingen. Die Diana Krall haucht mir hier gerade Liebeschmachtendes ins Ohr und es ist ja die Wonne. Die Highhat, der Stahlbesen auf dem Trommelfell der Snare. Was ist den hier los?? Das ist irgendwie Zauberei; ein Zauber! Das Gerät ist verzaubert. Jetzt nochmal Donna Summer, die braucht gerade 'Hot Stuff'. Kaum zu glauben, was der Gitarrist da auf der rechten Seite so treibt. Jetzt bin ich erstmal sprachlos! Das Ding peitscht, dass es eine Freude ist!! Die Klangfarben, die Impulsivität, Dynmaik; Emotion, was für ein geiler Groove; fein, fein, fein!! Vielen Dank für die Mühe. Das haste doll hingekriegt!

Hallo Jürgen, da sitz' ich nun am Schreibtisch und höre mit Sennheiser HD800 und STC eine uralte Platte (CD auf Festplatte) am PC; J.S.Bach, eine von seinen a-moll-Fugen auf Gitarre gespielt vom Engländer Julian Bream. Fein, sehr fein! :-)

Nachdem sich mein Sohn den ersten STC von Dir unter den Nagel gerissen hat und auch nicht mehr herausrückt, sah ich mich genötigt einen zweiten STC zu bestellen. Jetzt aber noch mit einem zusätzlichen Zuckerhäubchen obendrauf, nämlich mit der von Dir empfohlenen Triode von General Electric 5670! Ein noch wundervollerer Klang tut sich damit auf. Jetzt wo ich das Gerät ein paar Wochen habe und Festellen konnte, daß die Klangperformance mit zunehmender Laufzeit noch besser wurde, kann ich mich mit einem Lächeln nach hinten lehnen und mich darüber freuen, wieder dem Highend-und Highprice-Tumult der selbstgefälligen Obergurus der Szene ein Schnäppchen geschlagen zu haben. Für so wenig Geld einen derart phantastischen Röhrenverstärker zu bekommen, grenzt an Zauberei. Das Ding klang ja von Anfang an auf unglaublich hohem Niveau. Die 15 Watt kann man noch herrlich nutzen, ein paar gescheite Lautsprecher dranzuhängen. Bei mir laufen Tangband-Breitbänder, aber mit einem zusätzlich angetriebenen aktiven kleinen Subwoofer. Das aber nur als Beiwerk nebenbei, was aber eine Nummer für sich ist. Für mich war ausschlaggebend, meinen Sennheiser HD800 an den Amp dranzuklemmen. Und da geht mit dem STC einfach immer die Sonne auf! Die Kette ist voll gültig. So klar und selbstverständlich, so warm und dynamisch, so fein, sanft und leise, so laut und böse, hatte ich es im Grunde noch nie gehört. Manche Sachen (MP3) oder wirklich schlechtes musikalisches Material klingt halt dann auch so. Doch damit läßt es sich prima leben. Antreiben dürfte der STC so ziemlich alles, was im Kopfhörersegment Rang und Namen hat. Der HD800 klingt damit einfach umwerfend. Es heißt manchmal, der HD800 könnte nicht tief. Was für ein fieser Unfug, dem Kopfhörer so etwas anzudichten. Die 'Fachmaten' sollten mal gescheite Hardware dranhängen, damit das was wird. Der Sennheiser geht ultratief. Das ist immer lustig, wenn man mal so was wie Saafi Brothers o.ä. hört. Das ging ja alles schon damals ganz prima mit dem Brüllwürfel mit den russischen Doppeltrioden, nur konnte der Kleine keine Lautsprecher bedienen, und fairerweise sei auch erwähnt, daß der kleine Minihybrid nicht ganz diese sagenhafte Auflösung hat. Mit dem STC bin ich, aber auch der Sohn, sehr glücklich und genieße meine günstige Errungenschaft jeden Tag. Absolutes High End! Schön, sehr schön gemacht Herr Grau!

Hans-Gerd N.
Hallo Herr Grau, es ist soweit: zusammengefasst: So muss ein Verstärker klingen und so fabelhaft kann ein IC-Verstärker klingen. Nämlich überhaupt nicht nach IC, sondern nach einer erstklassigen Röhre! Endlich ist mein Wunsch nach einem bezahlbaren Röhrenverstärker mit ausreichend Leistung bei geringem Strombedarf (12,2W im Leerlauf) in Erfüllung gegangen. Hut ab, Herr Grau und Danke! Nachdem ich den Zusammenbau ohne große Mühe durch die vorbildliche Anleitung bewerkstelligt hatte und die wenigen Messungen durchgeführt hatte, hieß es Probehören. Etwas hell vielleicht, aber mit sehr viel Ausdruck bei Stimmen und Details...
Dann den ganzen Tag mit Radio laufen lassen und abends richtig reingehört. Das war höchst beeindruckend. Jetzt war auch der Bass da bei gleich bleibend hoher Intensität von Stimmen und Details. Ich habe mehrfach geschaut und überlegt, ob ich wohl alles richtig gemacht habe, da dieses kleine Verstärkerchen extrem dynamisch und schnell daherkam. Dann Zurückschalten auf den modifizierten NAD 3020i aus den 80ern. Da muss wohl etwas nicht stimmen, so lasch und ausdruckslos hatte ich ihn nun wirklich nicht in Erinnerung, aber besser konnte er es wohl nicht. Angeschlossen hatte ich einen Nachbau der Linn Khan, Original aus den 70ern, problemloser 8 Ohm-Lautsprecher. Am Nad hörte man irgendwie immer, dass die Khans mit Elkos aufgebaut waren wie im Original, immer etwas harsch, splashy. Es brauchte schon etwas vom Schlag einer Naim NAP250, um das in den Griff zu bekommen. Jetzt laufen sie zur Perfektion auf an der kleinen Röhre und können auch beachtlich laut trotz des Wirkungsgrades von gerade 86,5dB/1W. Immer wieder faszinierend: diese Intensität! Dann Quercheck mit hochauflösenden Selbstbauboxen, ein zweieinhalb-Wege-System (4 Ohm im Bass) mit zusätzlichem Hochtöner und ca. 90dB Wirkungsgrad. Die Post geht ab, auch hohe Lautstärken sind jetzt möglich. Sowohl mit dem modifizierten Lenco L75 mit Decca-Arm und Clearaudio Nanophono als PrePre wie mit dem von allem unnötigen mechanischen Gestänge befreiten Reibradler Dual PE3044 und eingebautem PrePre (IC-Schaltung aus einem Onkyo Vorverstärker aus den 80ern) musste ich mir zu meiner Freude eine erstklassige Wiedergabe anhören. Schwachpunkt: Bei Rechtsanschlag des Potis zeigen zwar die Röhren Vollaussteuerung an, aber noch nicht die Überlast-LED. Bin mir also nicht ganz sicher, ob ich Vollaussteuerung erreiche mit dem DUAL. In der Regel muß es aber auch wirklich nicht so laut. Weiterer Nachteil: MP3 klingt wie MP3, also nach dem, was es ist, ein Notbehelf. Auf die Ausprobe mit meinem großen Garrard 401 mit Aro-Arm habe ich bisher verzichtet. Er ist so stark in die große Anlage integriert und nicht so ohne weiteres umzustöpseln. Jetzt noch der Abschlusstest wieder an selbstgebauten PA-Lautsprechern mit 30er Baß und Horn bei ca. 94dB Wirkungsgrad, normalerweise als E-Drumm-Monitor eingesetzt. Dieses Verstärkerchen scheint ein Universalgenie zu sein! Fast schon so laut wie eine echte PA-Anlage bei gleich bleibend exzellenten Dynamik- und Detailqualitäten, einfach erstaunlich...

Hartmut I.
Hallo Herr Grau, habe das Verstärkerlein heute Vormittag in etwa 4 Stunden zusammengebaut. Alles passte und funktionierte sofort einwandfrei und problemlos. Echt ein toller Bausatz. Super durchdacht, gute Anleitung, ordentlich verpackt, alles top vorbereitet. Besser geht’s nicht. Seit heute Mittag läuft er nun ununterbrochen an meinen Grundig Audiorama mit Platte und CD. Ich weiß gar nicht, was ich zuerst und als nächstes hören soll. Der Sound ist genauso, wie ich ihn mir gewünscht und vorgestellt habe. Soft, aber trotzdem mit hoher Transparenz und nicht zu scharf. Allerdings muss ich dazu sagen, dass ich schon bei dem bisherigen Verstärker einen Equalizer im Einsatz hatte und diesen auch jetzt noch dazwischen habe. Ohne diesen wäre es mir ein bisschen zu flach, was aber auch an den kleinen Audiorama liegen kann. Zusätzlich hatte ich bei den Bässen bisher mit einem aktiven Subwoofer nachgeholfen. Den brauche ich nun nicht mehr. Man hört jetzt auch deutlich den Unterschied zwischen Platte und CD. Ganz ganz tolle Sache, Herr Grau. Vielen Dank! Sie haben einen zufriedenen Kunde mehr.

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Risks and challenges

Already over 90 kits of the first version Mk I have been sold. The material is now running low and a successor is being considered, which consists in principle only of "cosmetic" corrections and the experience of the first series. And the basic construction is not shaken, however.
However, the SMD assembly / soldering and the mechanics (heat sink and housing and div. Other parts) or the tube procurement require a high cost of initial financing, because these components can not be ordered in small quantities at an acceptable price.

Current status is that the "new" components are already selected but not yet ordered. Furthermore, the feasibility of the changes was also examined with regard to the circuit and the possibility of a 2-circuit board design (similar to the DIGNA).
However, the changes to the Mk II have not yet begun due to the - hopefully no longer long - lack of start-up funding.
However, the price increases compared to the first version due to the greater effort - I avoid the hackneyed word "price adjustment" ;-)

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