Matrix M-Stage HPA2 USB. Amplificador de auriculares y DAC.

Estamos de vuelta con la esperada review del amplificador de auriculares con mejor relación calidad-precio del mercado: el Matrix M-Stage HPA2. La segunda revisión de este homenaje/clon del Lehman BCL con función USB DAC mejora en varios aspectos el diseño anterior. Los cambios más notorios son la eliminación del selector de ganancia (que como todos los selectores de ganancia a largo plazo puede dar problemas de channel imbalance si se manipula a menudo) manteniendo un buen control de la potencia gracias a un control de volumen ALPS mas progresivo, así como la actualización necesaria de la sección USB DAC, que ahora monta un receptor USB de la conocida XMOS y un DAC alto de gama de Texas Instruments, el PMC1794 con capacidad hasta 192/24 bits. A parte, hay una actualización estética del frontal que lo hace más actual sin dejar de ser un diseño sobrio.

Como comentamos, el Matrix M-Stage HPA1 copiaba seguía las líneas de diseño del Lehmann Audio Black Cube Linear, pero por una cuarta parte del precio de este:

Fig.1: Matrix M-Stage HPA2 USB DAC

Interfaz y usabilidad del Matrix M-Stage

El amplificador M-Stage HPA2 tiene una interfaz limpia y cómoda de usar. En el frontal esta la salida de auriculares jack de 6.3mm, el selector de entradas (RCA o USB), un par de LEDs azules (encendido y detección de audio) y el nuevo potenciómetro que incluye la guía de ganancia. Como veremos mas adelante, cuando ponemos un el potenciómetro en el máximo (15), aplica una ganancia de 15dB a impedancias altas (>100 ohm) respecto a la señal de entrada RCA trasera.

Fig.2: Frontal del Matrix M-Stage HPA2 USB DAC

En la parte de atrás del amplificador, tenemos la entrada USB (Input2) para PCs/MACs con capacidad hasta 24 bits/192Hz (que representa un salto desde los 24/96 del Matrix HPA1 DAC y una clara mejora de los 16/44.1 del Lehmann BCL). También tenemos la entrada analógica por doble RCA (Input 1) y la salida de previo OUTPUT. Curiosamente, esta salida no viene directamente de la salida de la sección del DAC como cualquiera pensaría, sino que tiene unas características similares a la salida de auriculares en términos de potencia y calidad de señal.

Finalmente, tenemos un conector de triple pin para la alimentación y pin de tierra (para disminuir el ruido de fondo), con un botón de encendido.

Fig.3: Parte trasera del M-Stage HPA2 USB DAC

Simplificando un gran amplificador

Uno de los cambios de la versión Matrix M-Stage HPA1 a la HPA2 es la desaparición del selector de ganancia en la parte inferior del amplificador. La principal razón es que este selector estaba conectado en la cadena de audio y a largo plazo podía generar problemas. Por tanto, en Matrix decidieron usar un potenciómetro nuevo que, junto a una actualización en los circuitos electrónicos, permite al M-Stage adaptarse a auriculares de diferentes impedancias. Como hemos mencionado antes, el nuevo potenciómetro ALPS lleva escritas la ganancia en dB. Esos valores solo son aplicables a impedancias altas, ya q a bajas las reduce a un maximo de 10 y 12dB, evitando que dañes tus auricularses de baja impedancia (<50 ohm)

Novedades técnicas:

1.- El nuevo potenciometro de ALPS del Matrix M-Stage con un recorrido mucho mas suave y preciso que el anterior de la generacion HPA1.

2.- Selector de 120V o 240V externo. Con el HPA1 si comprabas tu Matrix para USA (120V) y luego te lo querías llevar a la UE (240V), necesitabas un transformador externo para no dañar la fuente de alimentación.

3.- Nuevo relé TAKAMISAWA  A5W-K en la salida de auriculares. Este rele funciona mano a mano con el detector de audio que enciende el nuevo LED azul en el panel frontal. Esto consigue que los primeros instantes que encendemos el ampli, no oigas ningun “clic o pop” de los circuitos electronicos.

4.- Nueva sección de USB DAC con un diseño mejorado y componentes actualizados para el Matrix M-Stage. Para el receptor USB han pasado a usar el conocido XMOS (con compatibilidad para dispositivos ASIO), el DAC se ha actualizado al tope de gama de Texas Instruments, el PCM1793, y el amplificador de salida a un operacional LME49720 de bajísima distorsión.

Fig.4: Módulo USB DAC nuevo

Resumen de las medidas del Matrix M-Stage

Entrada USB  y salida de auriculares.

Entrada USB  y salida de linea por RCA traseros.

Sección técnica del Matrix M-Stage

El Matrix M-Stage está compuesto de 5 partes principales que podemos ver en la siguiente figura (falta el modulo USB DAC que esta colocado justo al lado del transformador):

Fig.5: Detalles internos del amplificador Matrix M-Stage HPA2

1.- Transformador Toroidal. Se encarga se coger los 230 o 120V de la corriente electrica alterna que llega tu casa (más detalles aqui) y la baja a +/-15V aún en alterna

2.- Etapa de regulación y filtrado. Es el siguiente paso para convertir los +/-15V del Matrix M-Stage en alterna a +/-15V en continua (mas detalles aqui) y no solo limpiarlos de ruido eléctrico sino también de proveer una cantidad extra de corriente al amplificador final cuando el usuario esta escuchando pasajes de música fuertes con unos orejeros “duros” de mover.

3.- Etapa de pre-amplificacion. Aquí usa un amplificador operacional de TI, el común OPA2134 para amplificar levemente la señal de audio que viene del módulo USB DAC o de la entrada de linea. En la nueva versión del Matrix M-Stage HPA2 el OPA sigue siendo reemplazable y permite jugar con varias configuraciones ( como este usuario en headfonia que hizo un mod y cambio al OPA627 para cambiar el perfil del sonido). Anteriormente esta etapa se usaba para controlar los 4 pasos de ganancia, ahora es fija.

4.- Etapa final de amplifiación discreta Clase A. Como se puede ver mas abajo en la figura , el M-Stage usa 8 transistores discretos de alta potencia para aplicaciones de audio como este (que puede soportar hasta +/-80V de entrada) en una configuración multi-etapa que incrementa la potencia de salida gradualmente. Al estar sobredimensionado para su uso con auriculares, siempre consigue trabajar en una zona más lineal y que produce menos distorsión.

Con ligeros cambios, el Matrix M-Stage HPA2 sería un muy buen amplificador de cajas acústicas.

Matrix no publica ningún diagrama de bloques o explicación de su diseño o sobre lo que modifica respecto al Lehman Cube. Por suerte para los aficionados hubo un leak en Internet (que ya no está disponible) donde encontrábamos una versión DIY (Do-It-Yourself) de la sección de alimentación (Figura ) y de la sección de amplificación:

Fig.6: Diseño DIY de la fuente de alimentación similar al Matrix MStage HPA2

Fig.7: Diseño DIY de la sección de alimentación similar al Matrix MStage HPA2

Hay algún pequeño cambio, como el limitador de corriente máxima del Matrix M-Stage para no dañar los auriculares de baja impedancia, algunas mejoras en la placa, algunos componentes menores que han cambiado o eliminado y que en general consiguen un diseño de amplificador más limpio y fiable que la generación HPA1.

Mediciones del Matrix M-Stage

Fig.8: Matrix M-Stage en el banco de pruebas con el Audio Precision 555

Para las mediciones hemos usado nuestras pistas habituales reproduciéndose desde Foobar2000 y conectándonos al M-Stage desde el PC a través del USB. Todas las mediciones que vienen a continuación pasan por la sección del nuevo USB DAC hacia la etapa de pre-amplificacion y finalmente la etapa Clase A discreta. Primeramente deberemos instalar los drivers de Matrix (aqui), luego conectar el USB, encenderlo, lanzar el foobar2000, ir a las opciones y seleccionar M-STAGE, como el dispositivo de salida.

Fig.9: Foobar2000 configurado para usar el Matrix M-Stage HPA2 USB DAC como salida

Respuesta en frecuencia

Fig.10: El Matrix tiene una respuesta en frecuencia muy plana, con apenas una caída ligera de -0.5dB a partir de los 17/18KHz

Linealidad del DAC

Fig.11: Linealidad de la sección digital y amplificación del M-Stage HPA2 a diferentes cargas

Exceptuando algunos picos entre los 100 y 200 Hz de valores muy bajos y debidos a múltiplos de los 50Hz de la corriente alterna, el resto del espectro muestra una linealidad libre de distorsión bastante buena.

Potencia de salida del Matrix M-Stage

Aquí es donde veremos la principal motivación de tener un amplificador dedicado del tamaño de un M-Stage HPA2, lo que le permite tener su propia fuente de alimentación interna.

Fig.12: Máxima potencia a 16 ohm antes de recortar la señal (control de volumen sobre 11dB de ganancia)

A cargas bajas (que en principio no es el fuerte de este amplificador), el Matrix M-Stage es capaz de sacar >4.3V reproduciendo una señal sinusoide perfecta con apenas un 2% de distorsión más ruido. Si usasemos esta potencia con cualquier IEM del mercado de sensibilidad alta, podríamos freírlo.

Fig.13: Máxima potencia a 16 ohm con un claro recorte de la señal

Fig.14: Máxima potencia a 32 ohm antes de recortar la señal (control de volumen sobre 12dB de ganancia)

A 32 ohms, la cifra ya sube a 6.186 V o 1.126W, con lo que un Hifiman HE560 (90dB SPL a 35 ohm) o HE400i (93 dB SPL a 35 ohm) los podría poner a 120 y 123dB SPL respectivamente.

Fig.15: : Maxima potencia a 150 ohm antes de recortar la señal (control de volumen sobre 12dB de ganancia)

Fig.16: Máxima salida a 150 ohm

Por poner un ejemplo, con unos Senheisser HD650 que tienen una sensibilidad de 103dB SPL/1mW, con los 240mW a 300 ohm del Matrix M-Stage HPA2 conseguiríamos llegar a unos 126.8dB SPL. Una cifra muy alta y que difícilmente se requerirá nunca. Mientras que unos ¨duros¨ Hifiman HE560 los pondría a 113.8dB, potencia más que suficiente con la mayoría de discos.

Como nota general, de los +/-15V que dispone la etapa discreta de amplificacion final del M-Stage, consigue llegar sin recortar hasta los +/-12.5V, a partir de ahí incrementar el volumen solo consigue generar más distorsión y subir un poco el voltaje de salida. A algunos incluso les puede gustar ese extra de distorsión con algunos géneros, al tener un sonido que recuerda más a los amplis de guitarras, en cambio el resto estarán encantados con sus 8.5-9V limpios entre 150 y 600 ohms.

Impedancia de salida del Matrix M-Stage

576.6-483.7/483.7 * 32 = 6.1 ohms

Rango dinámico

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Fig.17: Rango dinámico del Matrix M-Stage HPA2 usando pistas a 24 bits

Fig.18: Rango dinámico del Matrix M-Stage HPA2 usando pistas a 16 bits

Control de volumen, ruido de fondo y el “Gapless”

Fig.19: Control de volumen del Matrix M-Stage HPA2 usando el potenciómetro analogico de ALPS

Fig.20: Error entre canales del M-Stage HPA2. Muestra un buen diseño de la placa y selección de componentes, apenas de +/-0.03dB

Durante el uso a través del USB, no notamos ningún gap al pasar entre pistas.

Intermodulación

Fig.21: Espectro de intermodulación con dos tonos de entrada de 19 y 20KHz a 32 ohm de valor -7dBFs.

Sin llegar a los niveles cuasiperfectos de un DX90, el Matrix M-Stage mide mejor que un Fiio X3 o un DX50 mostrando el porqué de ese sonido tan limpio que se agradece en la escucha, ya que apenas genera armónicos no presentes en la señal original.

Anexo1: Salida de linea

Respuesta en frecuencia del Matrix M-Stage

Fig.22: La salida de linea muestra una frecuencia de respuesta totalmente plana

y la potencia máxima es:

Fig.23: La salida de línea por doble RCA tiene una potencia similar a la salida de orejeros, aunque adaptada a una mayor impedancia para ser usada como pre-amplificador.

Conclusión

El amplificador Matrix M-Stage HPA2 ha mejorado la version HPA1 en varios aspectos, con la inclusión de un DAC sobresaliente como principal novedad, y sigue siendo una gran elección en su nivel de precio a tener muy en cuenta si lo que se quiere es mover todo tipo de orejeros de impedancia media y alta (>32 ohm).