Działanie wkładki (czy też „igły”) gramofonowej jest stosunkowo proste. Po żłobieniach na płycie przemieszcza się igła. Żłobienia powodują, że igła drga. Na końcu igły znajduje się magnes, który w wyniku drgań zbliża się lub oddala od cewki (lub cewek – gdy sygnał stereo). W cewce zaczyna płynąć prąd. Trywialne czyż nie? Nie do końca. Amplituda sygnału zapisana jest w głębokości rowków. Gdyby podczas zapisywania dźwięku na płycie pozostawić sygnał bez żadnych zmian, rowki odpowiedzialne za niskie częstotliwości byłyby bardzo głębokie,  a rowki o wysokiej częstotliwości skrajnie płytkie. Ktoś jednak wpadł na pomysł (na początku XX wieku), że podczas nagrywania płyty stłumimy niskie częstotliwości a podbijemy wysokie. Stosując taki sposób korekcji pozbywamy się problemu za głębokich i za płytkich rowków, ale mamy inny problem. Zniekształcamy dźwięk. Ok. To nie jest też żaden problem, gdyż podczas odtwarzania stosujemy korekcję odwrotną do tej podczas nagrywania, czyli podbijamy niskie częstotliwości i tłumimy wysokie. Przedwzmacniacze współpracujące z gramofonami (wykładkami) muszą posiadać taką korekcję. Przedwzmacniacze takie nazywają się przedwzmacniaczami RIAA. Nazwa RIAA pochodzi od instytucji Recording Industry Association of America, która dopiero w 1954 roku opracowała krzywą jako obowiązujący standard światowy.  Standaryzacja światowa w tym przypadku być musi, gdyż w przeciwnym wypadku nagrania brzmiałyby różnie na różnym sprzęcie i inny wzmacniacz należałoby zastosować w przypadku wytwórni X, a inny w przypadku wytwórni Y. Byłoby to koszmarnie absurdalne.

Z czego składa się przedwzmacniacz RIAA i dlaczego tak dużo za niego płacimy… Płaci się zwykle za wiedzę sprzedawcy i brak wiedzy kupującego. Sprzedawcy starają się rozciągnąć mistyczną mgłę nad lampowym sprzętem grającym, wrażenie że płaci się za wiedzę tajemną oczyszczania kwantowego i miedzi kierunkowej. Otóż przedwzmacniacz RIAA jest trywialną konstrukcją.

Cała „magia” w tym wzmacniaczu to filtr RIAA, który realizuję krzywą korekcji. Jak wygląda ta krzywa?

Powyższy rysunek przedstawia dwie krzywe RIAA. Idealną oraz rzeczywistą. W idealnym rozwiązaniu częstotliwości od 20Hz do 50Hz wzmacniamy 20dB, częstotliwości z zakresu 50Hz-500Hz wzmacniamy, ale wzmocnienie spada liniowo aż do 0 (dla 500Hz). Częstotliwości od 500Hz do 2kHz nie wzmacniamy w ogóle a od 2kHz zaczynamy liniowo tłumić aż przy 20kHz osiągamy tłumienie 20dB.

Jako, że krzywa RIAA jest standardem (krzywa rzeczywista), została ona dość precyzyjnie powyższym wzorem. Dzięki temu można bardzo precyzyjnie odwzorować krzywą i porównać wyniki swojego toru do tego, co być powinno. Krzywe są dwie, gdyż jak każdy standard na świecie, nie trwał on wiecznie. Wzór krótszy dotyczy starszej krzywej RIAA, wzór dłuższy dotyczy krzywej nazywanej RIAA IEC (dodatkowy biegun tłumiący subsoniczne częstotliwości).

Oczywiście krzywej idealnej (czy nawet rzeczywistej) nie da się odwzorować w układach analogowych z matematyczna precyzją, dlatego pojawia się krzywa rzeczywista z pewnymi punkami charakterystycznymi. W miarę dobre odwzorowanie krzywej można osiągnąć używając trzystopniowy filtr.

Pierwszy stopień, to filtr górnoprzepustowy o częstotliwości granicznej 3Hz. Nie chcemy wzmacniać sygnałów w paśmie subsonicznym (poza pasmem audio), więc pomimo tego, że idealna krzywa go nie uwzględnia (rzeczywista RIAA też nie), to powinien się pojawić (krzywa RIAA IEC). Niektóre przedwzmacniacze na rynku posiadają go jako opcję włącz/wyłącz. Składa się on z elementów zaznaczonych czerwoną obwiednią. Kolejny stopień to filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości granicznej 60Hz. Odpowiedzialny jest on za wypłaszczenie charakterystyki w zakresie 500Hz-2kHz. Zaznaczony jest on obwiednią żółtą. Ostatnim stopniem jest filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości granicznej 150Hz. Jest on odpowiedzialny za tłumienie wysokich częstotliwości (charakterystykę na 20kHz).

Złożenie tych trzech filtrów daje nam stosunkowo dobre odwzorowanie, co pokazuje powyższa symulacja. Oczywiście fani dzielenia włosa na czworo powiedzą oczywiście, że błąd rzędu 2dB jest nie do przyjęcia. Można oczywiście wszystko „tuningować”.

Powyższy rysunek przedstawia używane topologie dla filtru RIAA. My symulowaliśmy topologię C’. W przypadku, gdy przegląda się rozwiązania przedwzmacniaczy RIAA bazujących na wzmacniaczach operacyjnych, bardzo często spotykałem topologię A umieszczoną w pętli sprzężenia zwrotnego.

Ot i cała filozofia RIAA. Chcę pokazać, że wzmacniacz RIAA nie jest czymś tajemnym. Jedyna „trudność” przy jego konstruowaniu jest taka, że wartości rezystorów muszą być precyzyjnie dobrane, zaleca się precyzję 1% lub lepszą (więc jeden rezystor zamieni się w 3 lub 4 na płycie), podobnie jak wartości kondensatorów. Siedzenie z multimetrem i wybieranie elementów z woreczka nie jest żadną tajemną wiedzą. Wyobrażam sobie, że ktoś próbuje rozwijać kombinacje w wielostopniowe filtry z użyciem filtrów pasmowych czy jakieś inne wymyślne topologie (chociaż topologia wynika w zasadzie ze wzoru). Można dążyć do ideału. Pytanie po co? Żeby oszukać wiek? No chyba, że dążenie do perfekcji i podkreślania zasobnej kieszeni jest celem samym w sobie. Komplikacja tego rozwiązania nie jest konieczna, a koszty opracowania i finalnego rozwiązania rosną wykładniczo… Hmmm… Nawet nie wykładniczo. To raczej delta Diraca… Gdybym miał sprzedawać taki wysokoprecyzyjny przedwzmacniacz jako produkt, to z pewnością trudno byłby opracować coś w cenie poniżej 5 tyś PLN i tu po raz kolejny raz podkreślę. Nie chodziłoby o wiedzę tajemną, patentowane rozwiązania układowe, tylko główny koszt stanowiłyby precyzyjne dobierane ręcznie elementy. Żeby dać Wam jako taki pogląd o jakich kosztach mówimy… Są „w miarę” dostępne rezystory wysokoprecyzyjne 0,01%. Koszt rezystora 1% to kilkanaście groszy max, 0,1% to nawet kilka PLN (dla wartości z wyższych szeregów), a ceny rezystorów 0,01% potrafią sięgać nawet 300 PLN za sztukę netto nawet dla wartości z podstawowego szeregu E24!!