Ez a cikk bepillantást nyújt abba a speciális problémakörbe, amely a digitális adó-vevő rendszerekhez csatlakoztatott mikrofonok esetében merülhet fel, amennyiben nem jól vannak megtervezve.
Címszavak: digitális rendszer, analóg moduláció, digitális moduláció, RFI a digitális rendszerekből, védekezés az RFI ellen.
Megszerezhető tudás: megismerhetjük a digitális vezeték nélküli rendszer előnyeit és esetleges hátrányait.
Írta Eddy B. Brixen audió specialista
Amikor vezeték nélküli mikrofonról beszélünk, valójában úgy kell tekintenünk rá, mint két különböző összetevőből álló berendezésre: mikrofonra és rádióadóra (és természetesen valahol lennie kell egy vevőnek is, amely teljessé teszi a rendszert).
Az elmúlt évtizedekben többé kevésbé megtanultuk, hogyan kell megbirkózni azzal a helyzettel, amikor egy analóg mikrofonkapszulát és a hozzá tartozó áramköröket kis távolságban helyezünk el egy FM rádióhullámokat sugárzó antennától. Amennyiben mind a mikrofon, mind pedig az adó jól van megtervezve, az átvitel számottevő zaj megjelenése nélkül megvalósítható. Mostanra azonban az úgynevezett digitális vezeték nélküli rendszerek váltak elterjedté.
Mitől digitális a rendszer?
A digitális vezeték nélküli rendszerben digitális technológiát alkalmaznak az audió jelfeldolgozásában csakúgy, mint a vivőfrekvencia modulációjában.
Az analóg audió jelnek digitális tartományba való konvertálása lehetőséget nyújt a frekvenciatartomány kiszélesítésére, gyakorlatilag a DC-től (egyenáram) 20 kHz-ig. A linearitás és a dinamika tartomány is növelhető a digitális technikák által. Általában az analóg jelet lineáris digitális formátumba konvertáljuk, például 44,1 kHz/24 bit (>׀ Mbps). Mivel ez túl sok modulálandó információt tartalmaz, így bitcsökkentő algoritmust használunk: ezáltal a bitfolyam kisebb lesz, ami ismét lecsökkenti a rádiójel sávszélességét.
A kapható digitális rendszerek általában stabil átvitelt nyújtanak a hagyományos FM rendszerekénél alacsonyabb adóteljesítmény mellett is.
A digitálisan modulált jel egyik nyilvánvaló előnye a titkosított átvitel, amely lehetővé teszi, hogy csak azok fülébe jusson a hang akiket illet, senki más ne hallja.
Mi a különbség az analóg FM és a digitális moduláció között?
Az átviteli elv az analóg és digitális rendszerek esetében megegyezik: egy jellemzően a MHz-GHz tartományba eső rádiófrekvenciás (RF) vivőfrekvenciát modulálunk az átvinni kívánt jellel.
Analóg FM moduláció esetében sokat kell tenni azért, hogy az átviteli csatorna modulált frekvenciáját az adott audió jel határai között tartsuk. Ez a moduláló jel szintje, amely meghatározza a frekvenciaeltérést: amennyiben nincs moduláció, csak egy üres vivőfrekvencia kerül sugárzásra. A LF jelszint növelése az alap vivőfrekvencia mindkét oldalán nagyobb frekvenciaeltérésben, valamint nagyobb sávszélességben mutatkozik meg. A csatorna által elfoglalt tartomány függ az engedélyezett frekvenciaeltéréstől. Analóg FM átvitelnél ideális esetben ez soha nem haladja meg a ±75 kHz-et. Az egyes csatornák sávszélessége közvetlen összefüggésben áll az adott frekvenciasávban elérhető csatornák számával.
A modulált vivőfrekvencia a digitális átviteli rendszerben is megmaradt. Itt a digitális kód szerint (általában nullák és egyesek) moduláljuk a vivőfrekvenciát. Ugyanakkor a modulációnak a lehető leghatékonyabbnak kell lennie. Például a kisebb teljesítménnyel történő átvitelnek köszönhetően az adóban lévő elemek hosszabb ideig képesek működni. A jel sávszélességének csökkentésével több csatornának biztosítható hely. A hibajavító megoldások, illetve a kevés hibával járó technikák stabilabb átvitelt eredményeznek.
Most nézzük meg azokat a technikákat, amelyeket a termékek a valós életben a leginkább alkalmaznak.
A Quadrature phase shift keying (QPSK) egy kissé bonyolultabb technika, viszont relatív nagyobb bitfolyamot enged meg egy adott sávszélességben, elfogadható hibatartománnyal. Az ilyen technikát nem csak a digitális mikrofonoknál alkalmazzák, de más digitális rádió kommunikációnál is, például a Bluetooth kapcsolatnál.
A stabil átvitel érdekében differenciál kódolást alkalmaznak, ami azt jelenti, hogy az információt nem az abszolút fázis fejezi ki, hanem a fázis változása. Ezt hívják differenciál QPSK-nak.
Az alapötlet az, hogy az érték nem ér véget a nullánál. Diagram a QPSK-hoz. A bináris adatfolyam az idővonal alatt látszik. A két jelösszetevő a bitek beosztásával felül látható, a teljes, összetett jel pedig alul.
Milyen hátránnyal járnak a digitális vezeték nélküli rendszerek?
Minden digitális technika legnyilvánvalóbb hátránya a késés. Mindazonáltal a késés mértéke nem nagy, jellemzően a 3-5 ms-os tartományba esik. Ez nagyjából megegyezik azzal, mintha egy mikrofont 1-2 méteres távolságba helyeznénk át (összehasonlítva egy vezetékes mikrofonnal, késés nélkül).
Néhány vevő esetében az analóg rendszerekkel összehasonlítva az alapzaj magasabbnak tűnik. Főleg akkor fordul elő, ha a kimenet mikrofonszintű. A vevőben alkalmazott D/A átalakítóknak jó minőségű és alacsony zajú típusoknak kell lenniük.
Az adó antennájára küldött alacsonyabb teljesítmény valójában előnyös. Kisebb zajt termel az audió áramkörökben. Viszont amikor zaj jelentkezik, az valahogy zavaróbb mint az analóg rendszereknél.
Milyen hangja van a digitális rendszerből származó RFI-nek (rádiófrekvenciás interferenciának)?
Minden hangmérnök ismeri milyen hangot kelt egy roaming mobiltelefon a különféle audió készülékekben. Néhány digitális mikrofonrendszernél ez a zaj kattanások, bizonyos esetekben magasfrekvenciás csörgés formájában jelentkezhet.
Hogyan védjük a mikrofont a zavaró digitálisan modulált rádiófrekvenciáktól?
A dolog lényege, hogy elkerüljünk minden, az audió jelútban keletkező zavaró hangot. Ez akkor biztosítható, ha olyan mikrofonjaink – és audió áramköreink – vannak, amelyek leválasztanak minden RF zajt. A DPA mikrofonok beépített szűrőkkel rendelkeznek a nemkívánatos zajok elleni védelem érdekében. Ugyanakkor ez a megfelelő rendszerhasználat függvénye is: például nem tekerjük a mikrofonkábelt az antenna köré, meggyőződünk arról, hogy a mikrofonkábel csatlakozója a megfelelő helyzetben van, stb.