Радиомикрофонные системы
Станислав Баранов
Одной из самых острых проблем при работе с микрофонами издавна
являлась их буквальная "привязанность" к аппаратуре - провод доставлял
и доставляет немало неудобств и даже неприятностей артистам, журналистам,
видео- и звукооператорам и звукорежиссерам. Поэтому появление пару
десятилетий назад радиомикрофонов (wireless) явилось очень важным
техническим решением для всей звуковой индустрии. В настоящее время
существует несколько типов радиомикрофонных систем, различающихся
по конструкции и особенностям передачи радиосигнала.
Назначение радиосистем и их разновидности
Наибольшее распространение имеют микрофонные радиосистемы, в которых
передатчик и антенна интегрированы в корпус "ручного" (handheld)
микрофона. Основное применение - концертное (вокал, речь). Приемники
таких систем имеют рэковое или настольное исполнение и питаются
от сети.
Театрально-концертное применение имеют также системы с головными
(headset или headworn) микрофонами, передатчик которых может крепиться
на ремне или располагаться в кармане исполнителя, оставляя свободными
руки и предоставляя, тем самым, максимум свободы.
Объединяет
концертные вокальные системы возможность расположения микрофона
в непосредственной близости у рта исполнителя. Это является совершенно
необходимым условием предотвращения
"заводки" микрофона при наличии на сцене системы мониторов и достаточно
больших уровнях звукового давления в зале.
Другая разновидность концертных радиосистем - инструментальные,
когда микрофон крепится на инструменте (саксофон, труба) или электроинструмент
включается в линейный вход передатчика (электрогитара).
Еще одна разновидность микрофонных систем - петличные (clip-on
или lavalier), главное применение которых - презентации, телевидение,
talkshow, видеосъемка и т.п. Располагают такие микрофоны на лацканах
или воротнике одежды, для чего в комплекте имеются, как правило,
кнопки и прищепки. Размеры этих микрофонов стараются делать как
можно меньше, чтобы они были менее заметны. Передатчик, как в головных
и инструментальных радиосистемах - "walkman", крепящийся на ремне
или в кармане. Особенность работы петличных микрофонов - проявление
"грудного" резонанса АЧХ, обусловленного расположением микрофона.
Иногда этот резонанс компенсируют фильтром в передатчике.
Необходимо отметить, что, как правило, все карманные передатчики
имеют универсальные входы с переключаемой чувствительностью, то
есть могут использоваться как с электроинструментами, так и с динамическими
и конденсаторными микрофонами, "фантомно" питая последние от своей
батареи.
Особую группу образуют так называемые "накамерные" микрофоны. Главная
особенность - миниатюрный приемник, который крепится на видеокамере
(обычно "липучками"). Питается он от встроенной батареи или от самой
камеры. Обычно в таких системах используются петличные микрофоны.
Применение этих систем позволяет качественно записывать интервью
непосредственно на звуковые дорожки видеокамеры, избегая проникновения
окружающего шума в аудиотракт.
Принцип FM-модуляции
Подавляющее большинство используемых в индустрии профессионального
звука радиосистем используют в радиоканале метод частотной модуляции
(ЧМ или FM). Остановимся на некоторых принципах частотной модуляции
подробнее.
В методе частотной модуляции амплитуда модулирующего сигнала управляет
частотой несущей. Идеальная частотная модуляция не вносит изменений
в амплитуду несущей. Основными параметрами промодулированного сигнала
являются: fн - частота несущей; ?fн - максимальная девиация (отклонение)
от несущей и индекс модуляции ? = ?fн/fм , где fм частота модуляции.
Исследуя изменения частоты несущей с ЧМ, на первый взгляд можно
прийти к выводу, что ширина полосы, необходимой для ЧМ-передачи,
составляет ± ?fн, т. к. несущая меняется по частоте в пределах ?fн.
Этот вывод, однако, неверен. На самом деле спектр ЧМ сигнала состоит
из множества боковых полос (Рис. 1).
Амплитуды боковых полос связаны весьма сложным образом с индексом
модуляции ?. Отметим, что частоты боковых полос связаны лишь с частотой
модулирующего сигнала fм, а не с девиацией частоты ?fн.
Частотно-модулированная связь гораздо менее чувствительна к помехам,
чем другие виды связи. Шумы, попадающие в ЧМ-сигналы, имеют меньшую
возможность влиять на прием, чем в случае амплитудной модуляции.
Основной причиной этого является тот факт, что большинство шумов
амплитудно модулируют (АМ) несущую. Делая приемник нечувствительным
к изменениям амплитуды, можно практически устранить эту нежелательную
модуляцию. Восстановление информационного сигнала из ЧМ-сигнала
связано лишь с частотным детектированием, при котором выходной сигнал
зависит лишь от изменений частоты ЧМ-сигнала, а не его амплитуды.
Приемники содержат усилитель-ограничитель, который поддерживает
постоянной амплитуду ЧМ-колебаний, устраняя тем самым любой АМ-сигнал.
Существуют
различные методы частотного декодирования. Наиболее распространен
метод фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) (Рис. 2).
Схема ФАПЧ работает таким образом, что управляемый напряжением
генератор "следит" за входной частотой, а значит, напряжение, им
управляющее, является мерой отклонения частоты от fн и, таким образом,
точно воспроизводит исходный модулирующий сигнал.
Итак, метод ЧМ, позволяя верно передавать сигналы, имеет весьма
широкую полосу, т.е. содержит избыточность в своем сигнале. Более
того, для большей помехозащищенности в сигнал вводят поднесущую
частоту, (т.е. ЧМ в ЧМ) что еще более расширяет спектр модулированного
сигнала. Для передачи таких спектров и надежного разделения между
каналами передачи несущие частоты должны быть весьма высокими -
100 МГц и более.
Параметры радиосистем
Параметры радиоканала
• астотный диапазон:
На рисунке 3 показаны популярные частоты, используемые в радиосистемах.
Более простые радиосистемы используют частоты 170-220 МГц.
В этом диапазоне возможно использование до 8 одновременно работающих
систем. Дорогие системы используют более высокие частоты. Техническая
реализация их сложнее, но зато легче разместиться "соседям", и число
одновременно работающих может достигать 15. Эти системы обладают
большей помехозащищенностью.
В
ряде систем есть возможность выбора рабочей частоты (радиоканала),
а совсем "крутые" могут даже анализировать эфир на предмет занятости
и автоматически определять оптимальные частоты.
• Мощность передатчика:
Как правило, в большинстве систем она составляет 50 мВт. Кстати,
на заре появления рынка радиосистем в нашей стране, автор этих строк
был свидетелем решения вопроса о допустимости использования радиочастот.
В частности, Большой театр видел в этом проблему. Тогда же был получен
ответ от ГКРЧ (Государственный комитет по радиочастотам), что при
такой мощности передатчика на рабочих частотах радиосистем нет никаких
ограничений на их использование.
• Дальность действия:
Мощность передатчика 50 мВт, дает дистанцию уверенного приема
до 100-150 м при некотором снижении динамического диапазона (встроенная
антенна). Некоторые системы имеют более совершенные конструкции
антенн передатчиков (выигрыш до 10 дБ), что, естественно, увеличивает
дальность действия.
• "Двухантенность":
Речь идет о приемниках. Самые простые имеют одну антенну. Проблема
заключается в том, что радиоволны, отражаясь от различных объектов,
стен и т.д., могут образовывать сложную интерференционную картину,
в связи с чем возможно появление "мертвых зон" приема. Поэтому,
несмотря на большую сложность, а значит и цену, большей популярностью
пользуются двухантенные системы (diversity), свободные от этого
недостатка.
Принцип их действия заключается в том, что если одна антенна находится
в "мертвой зоне", то вторая, разнесенная с ней в пространстве, обеспечит
уверенный прием. Схема приемника должна постоянно делать выбор,
какая из антенн "ловит" лучше. Такие приемные системы называются
"true diversity". Однако ряд фирм-изготовителей имеют собственные
патенты на усовершенные технологии и схемотехнику двухантенных приемников.
Эти технологии у каждой фирмы носят свое название, что может внести
путаницу при ознакомлении с документацией разных фирм.
• Девиация: типично 15 кГц.
• увствительность приемника: типично 110 дБ (0,8
мВ); большая - ухудшит помехозащищенность;
меньшая - уменьшит дальность действия.
• одавление зеркального канала: типично 85 дБ.
Параметры передачи звука
Для простых систем составляют обычно:
• Коэффициент гармоник: 0,4 %.
• Динамический диапазон: типично 100 дБ.
Некоторые производители встраивают в радиосистемы схемы шумопонижения
для увеличения динамического диапазона. Обычно это компрессор в
передатчике и экспандер в приемнике.
• частотный диапазон: 50 Гц - 15 kГц (не учитывая
ЧХ самого микрофона).
Физические параметры
Конструктивно приемники бывают настольного, рэкового и полурэкового
исполнения. При использовании нескольких систем одновременно бывает
проблема размещения множества антенн. Некоторые производители предлагают
в качестве дополнительных аксессуаров антенные дистрибьюторы.
• Питание: В передатчиках чаще всего применяется
9-вольтовая батарея. При мощности передатчика 50 мВт время работы
алкалайновой батареи составляет, как правило, 7 часов или 3 часа
при использовании никель-кадмиевого аккумулятора.
Многомикрофонные системы
Спектр ЧМ-сигнала весьма широк. Проблемы размещения систем по частоте
заключаются не только в том, что они могут мешать друг другу, но
и в возможности конфликта с телевизионными или с какими-либо еще
каналами. Во входных системах приемников всегда есть нелинейность,
что делает их чувствительными не только к полосе частот, которые
они "слушают", но и к комбинационным частотам (сумма, разность несущих,
боковых, их гармоник и так далее) всех работающих передатчиков.
Необходимо еще учитывать, что в разных странах (и даже в различных
штатах США) используются разные телевизионные каналы (четные или
нечетные) и производитель радиосистем, ориентирующийся на распространение
своей продукции по всему миру, должен решать вопрос выбора рабочих
частот еще более щепетильно или "континентально-государственно-штатно"
ориентируясь.
Когда стоит задача обеспечить работу нескольких радиомикрофонов,
хорошим решением может оказаться использование модульной многоканальной
системы. В отличие от набора одноканальных систем, здесь имеются
следующие преимущества:
• конструктивная компактность приемников, помещенных
в один корпус;
• отсутствует необходимость иметь отдельные антенны
на каждый приемник;
• возможность комплексного решения вопроса выбора
радиоканалов.
[дальше]
«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
