Praktischer umgang mit drahtlosen mikrofonsystemen
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Praktischer Umgang mit drahtlosen Mikrofonsystemen. SHURE Europe GmbH Headquarters Europe, Middle East & Africa Applications Wannenäckerstraße 28 D-74078 Heilbronn Tel: +49-7131-7214 - 0 Fax: +49-7131-7214 - 14 Email: [email protected] Funktionsblöcke Sender. Mikrofonvorverstärker

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Presentation Transcript
Praktischer umgang mit drahtlosen mikrofonsystemen

Praktischer Umgangmit drahtlosen Mikrofonsystemen

SHURE Europe GmbHHeadquarters Europe, Middle East & Africa

Applications Wannenäckerstraße 28

D-74078 Heilbronn

Tel: +49-7131-7214 - 0

Fax: +49-7131-7214 - 14

Email: [email protected]


Funktionsbl cke sender
Funktionsblöcke Sender

  • Mikrofonvorverstärker

    • bei Shure Bestandteil der abnehmbaren Mikrofonkapsel

    • Pegel- und Impedanzanpassung

    • Gleichspannung für Kondensatorelemente

    • “Pre-emphasis” (Vorverzerrung / Höhenanhebung) für Rauschunterdrückungssystem


Pre emphasis zur rauschunterdr ckung
Pre-Emphasis zur Rauschunterdrückung

  • Ein typisches Audiosignal enthält mehr tieffrequente Energie.

  • Im Gegensatz dazu enthält typisches Rauschen mehr Energie im hochfrequenten Bereich.

     Der Signal-Rausch-Abstand nimmt bei höherer Frequenz ab


Sender pre emphasis
Sender: Pre-Emphasis

  • Höhenanhebung um besseren Signal-Rausch-Abstand zu erreichen


Sender kompressor
Sender: Kompressor

  • Erster Teil des "companding"-Systems

    Ursprüngl.Dynamik- 2:1 Kompression bereich

ReduzierterDynamikbereich

  • Ziel ist eine Anhebung des Trägersignals gegenüber dem Rauschpegelim HF Schaltungsteil



Funktionsbl cke sender1
Funktionsblöcke Sender

  • Limiter

    • Begrenzung von Spitzen im Audiosignal.

    • Sitzt mit dem Compander in einer Rückkopplungsschleife und verhindert so die Übermodulation des Senders.


Funktionsbl cke sender2
Funktionsblöcke Sender

  • Zwei Möglichkeiten zur Generierung der Trägerfrequenz:

    • Frequenzsynthesizer bzw. PLL Schaltkreis

    • Quarzgesteuert


Pll phase locked loop
PLL = Phase Locked Loop

  • „Nachlaufsynchronisation“

  • Die Sendefrequenz wird so eingestellt, dass sie mit einer Referenzfrequenz übereinstimmt.

    • Änderungen der Sendefrequenz (Temperatur, Rauschen, ...) werden automatisch nachgeregelt.


Funktionsbl cke pll sender
Funktionsblöcke PLL Sender

  • VCO (Voltage Controlled Oscillator)

    • Erzeugt das FM Signal mit Hilfe einer einstellbaren Kapazität (Kapazitätsdiode), die Teil eines Schwingkreises ist.

    • Die Kapazität wird über einen OP geregelt, der vom Frequenz Synthesizer angesteuert wird.


stabilisierte Spannung

Ausgangsstufe

buffer

amp

Audio

Dividierer

Operations-

verstärker

Eingang für

dividierte Frequenz

Ausgang mit

Differenzsignal

Referenz-Quarz


Quarzgesteuerter sender
Quarzgesteuerter Sender

  • Schwingquarz zur Erzeugung der Basisfrequenz (ca. 15 - 30 MHz)

    • In diesem Schwingkreis sitzt eine Kapazitätsdiode über die die Frequenzmodulation realisiert wird.

  • Frequenzmultiplizierer

    • Erhöhen der Basisfrequenz auf Sendefrequenz

    • Meist Verdoppler oder Verdreifacher


Frequenzmultiplizierer
Frequenzmultiplizierer

  • Frequenzvervielfacher

    • Übersteuerte Verstärkerstufe, die harmonische Oberschwingungen der Grundfrequenz erzeugt.

    • Diese Oberschwingungen können herausgefiltert und der nächsten Stufe zugeführt werden.

  • Es sind meist mehrere Vervielfacher hintereinander geschaltet, um die endgültige Trägerfrequenz zu erzeugen.


Funktionsbl cke senders
Funktionsblöcke Senders

  • HF Ausgangsverstärker/Filter

    • Versorgt die Antenne mit entsprechender Ausgangsleistung (10 bis 50mW)

    • Filtert das Ausgangssignal, um Nebenaussendungen gering zu halten.


Quarz pll
Quarz  PLL

Quarzgesteuert:

Referenzschwingung wird durch einen Quarz erzeugt; Quarzoszillator schwingt im Bereich 15-30 MHz.

Feste Frequenz

Einfache und preiswerte Methode

Abstrahlung ungewollter Frequenzen

PLL:

VCO kontrolliert direkt Ausgangsfrequenz; Teil des Ausgangssignals durchläuft Frequenzteiler und wird mit einem Referenzsignal verglichen.

Schaltbare Frequenzen

Komplexer und teurer

Deutlich saubereres Signal



Funktionsbl cke empf nger
Funktionsblöcke Empfänger

  • Eingangssektion

    • Verstärkt nur die Trägerfrequenzsignale

    • Filtert Fremdsignale aus


Funktionsbl cke empf nger1
Funktionsblöcke Empfänger

  • Interner Oszillator (LO = Local Oscillator)

    • Schwingt in einem festen Abstand über oder unter der Trägerfrequenz (z.B. VHF: 10,7MHz unter der Trägerfrequenz; PSM700: 110,6 MHz über der Trägerfrequenz)

    • Wird entweder Quarz- oder PLL- gesteuert gebildet


Funktionsbl cke empf nger2
Funktionsblöcke Empfänger

  • Mischer

    • Kombiniert das empfangene HF-Signalmit der Oszillatorfrequenz

    • Erzeugt Summen- (HF+LO) und Differenzsignale(HF-LO = ZF = Zwischenträgerfrequenz)

  • Zwischenträgerfrequenzfilter (ZF-Filter)

    • Läßt nur Differenzsignal (ZF) passieren

    • Filtert Summensignal aus


Zwischentr gerfrequenz zf
Zwischenträgerfrequenz (ZF)

  • Generierung der ZF

Antenne

Summe:

389,3 MHz

&

Differenz:

10,7 MHz

Mischer

ZF-Filter

10,7 MHz

200 MHz

10,7 MHz

189,3 MHz

Legt Empfangsfrequenz fest!

Oszillator


Funktionsbl ck empf nger
Funktionsblöck Empfänger

  • ZF-Verstärker

    • Verstärkt ZF-Signal auf hohen Pegel

    • Begrenzt Signal zur Anpassung an den Detektor

  • Detektor/Demodulator

    • Trennt Audiosignal vom ZF-Signal

    • Demoduliert das Audiosignal


Funktionsbl cke empf nger3
Funktionsblöcke Empfänger

  • Expander

    • Zweiter Teil des "companding "- Systems(Umkehrung des Kompressors im Sender)

    • 1:2 Expansion zur Rekonstruktion des ursprünglichen Dynamikbereiches


Funktionsbl cke empf nger4
Funktionsblöcke Empfänger

  • Audioverstärker

    • Pegel- und Impedanzanpassung

    • “De-emphasis” (Nachentzerrung / Höhenabsenkung) innerhalb des Rauschunterdrückungssytems



Emphasis
Emphasis

  • Durch die Pre- / De-Emphasis kann der Signal-Rausch-Abstand um bis zu 13 dB verbessert werden.


ANTENNA

Front

End

Mixer

ZFFilter

FMDetector

ZF

Amp

LocalOscillator

Expander

Audio

Amp

Audio-Signal


Stereo bertragung
Stereoübertragung

  • Die meisten In Ear Monitoring Systeme übertragen ein Stereo-Signal.

  • Dies wird mit dem so genannten Stereo-Multiplex-Signal realisiert

  • Aus der Historie muss das MPX-Signal Mono-Kompatibel sein.



Erzeugung eines stereo mpx signal
Erzeugung eines Stereo-MPX Signal

Amplitudenmodulation




Intermodulationseffekte
Intermodulationseffekte

  • Ursprung:

    • Ein Signal in einem nicht linearen Übertragungssystem produziert Vielfache seiner Eigenfrequenz (Oberschwingungen, Harmonische)

    • Mehrere Signale rufen zusätzlich Summen- und Differenzsignale hervor.

    • Die Harmonischen können ihrerseits mit den Summen- und Differenzsignalen weitere Kombinationen bilden.


Bertragungssysteme
Übertragungssysteme

  • linear

  • nicht linear

Output

Output

Input

Input


Nichtlineares system
Nichtlineares System

  • Erzeugung von harmonischen Schwingungen


Intermodulationseffekte1
Intermodulationseffekte

  • Intermodulationseffekte “2. Ordnung”:

    • werden durch zwei Signale produziert oder sie sind das zweifache (zweite Harmonische) der Grundfrequenz:

      • z.B.: f1 + f2 = fintermod

      • oder f1 + f1 = 2 • f1 = fintermod


Intermodulationseffekte2
Intermodulationseffekte

  • Intermodulationseffekte “3. Ordnung”:

    • werden

      • entweder durch drei Signale hervorgerufen z.B.: f1 + f2 - f3 = fintermod

      • oder durch Signale und Harmonische verursacht z.B.: 2 • f1 - f2 = fintermod

      • oder sie sind das dreifache (dritte Harmonische) der Grundfrequenz


Intermodulation 2 ordnung
Intermodulation 2. Ordnung

  • Beispiel: Summen- und Differenzsignal bei zwei Frequenzen

800 MHz

Summe

nicht linearer

Schaltkreis

1601 MHz

801 MHz

Differenz

1 MHz


Intermodulation 3 ordnung
Intermodulation 3. Ordnung

  • Signale bei zwei Frequenzen

2401 MHz

nicht linearer

Schaltkreis

(800x2+801)

(800x2-801)

(801x2-800)

(801x2+800)

800 MHz

799 MHz

802 MHz

801 MHz

2402 MHz


Intermodulation

801 x 2 = 1602

800 MHz

1602 – 800 = 802 !

800 MHz

801 MHz

801 MHz

802 MHz

802 MHz

  • Einspeisung zweier Sender in einen Empfänger


Intermodulation bei sendern
Intermodulation bei Sendern

  • Eng benachbarte Sender können ineinander Intermodulationseffekte hervorrufen.

  • Das Intermodulationsprodukt wird zusammen mit dem Originalsignal gesendet.

  • Instabilität oder Verstimmung des Ausgangs stört den Sendebetrieb.


Intermodulation 3 ordnung1
Intermodulation 3. Ordnung

Pegel [dB]

IM3 Produkt

Abstand [m]

  • Abhängigkeit vom Abstand zweier Sender


Intermodulation
Intermodulation

  • Konsequenzen

    • IM-Produkte können in

      • Sendern,

      • Antennenverstärkern und

      • Empfängern generiert werden.

    • IM-Produkte 3. Ordnung sind am kritischsten

    • IM-Produkte sind vorhersehbar


Intermodulation1
Intermodulation

  • Anzahl der Intermodulationsprodukte 3. Ordnung:


Intermodulation bei sendern1
Intermodulation bei Sendern

  • Abhilfe:

    • Gut abgeschirmte Sender benutzen

    • Enges räumliches Platzieren von Sendern vermeiden. (Sender immer mindestens 0,5 m voneinander entfernt platzieren)


Weitere effekte
Weitere Effekte

  • Störstrahlungen

    • Summen- und Differenzprodukte zwischen Harmonischen der Basis- oder Quarzfrequenz (15-30 MHz) und “Resten” der Basisfrequenz werden unbeabsichtigt in den Vervielfacherstufen erzeugt

    • Jene Harmonische knapp über- und unterhalb der Trägerfrequenzen sind kritisch

    • Empfänger, welche auf diese Harmonische abgestimmt sind, werden empfindlich gestört



Weitere effekte1
Weitere Effekte

  • Abhilfen

    • Moderaten Abstand zwischen Sender und Empfangsantennen einhalten

    • “Harmonische” bei der Auswahl der Trägerfrequenzen vermeiden

    • Kompatibilität der Trägerfrequenzen durch Rechnerprogramm überprüfen lassen


St rungen bei empf ngern
Störungen bei Empfängern

  • Interferenzen mit dem internen Oszillator:

    • Oszillator eines Empfängers (LO = Local Oscillator) schwingt z.B. 10,7 MHz unterhalb der Trägerfrequenz

    • LO-Frequenz wird aus diesem Empfänger abgestrahlt

    • Übersprechen in anderen Empfänger, welcher auf dieser Frequenz arbeitet


St rungen bei empf ngern1
Störungen bei Empfängern

  • Interner Oszillator streut in benachbartes Gerät


St rungen bei empf ngern2
Störungen bei Empfängern

  • Abhilfen

    • Empfänger getrennt aufstellen

    • Empfangsantennen räumlich getrennt aufstellen

    • Aktive Antennensplitter benutzen, um Antennenanschlüsse voneinander zu isolieren


Spiegelfrequenz
Spiegelfrequenz

  • Spiegelfrequenz

    • Spiegelfrequenz = Oszillatorfrequenz - ZF

    • Falls ein Sender exakt auf dieser Spiegelfrequenz arbeitet, entsteht in der Mischerstufe ein Differenzsignal, welches durch den ZF-Filter gelangt.

    • Kann von breitbandigen Empfänger empfangen werden


Spiegelfrequenz1
Spiegelfrequenz

  • Abhilfen

    • Selektive / schmalbandige Empfänger verwenden

    • Mögliche Spiegelfrequenzen beim Auswahlprozeß der Trägerfrequenzen vermeiden


Spiegelfrequenzempfang
Spiegelfrequenzempfang

idealerFilter


Antennentechnik
Antennentechnik

  • Antennen absorbieren einen Teil der elektrischen Feldlinien (T3 Demo)

     Antennenanzahl minimieren


Antennen accessoires
Antennen - Accessoires

  • Antennenspitter

  • Richtantennen

    „logarithmisch-periodisch“

UA845

UA220

UA870


Antennencombiner
Antennencombiner

  • Wie viel bringt eigentlich ein Antennencombiner ?

    • T-Stück ?!?

    • UA220 ?!?

    • PA765 ?!?

       Vergleichsmessung


Absetzbare antennen
Absetzbare Antennen

  • Antennen brauchen immer einen Massebezug.

  • Deshalb sind nur Antennen mit integriertem Massebezug abgesetzt werden.


Richtcharakteristik von antennen
Richtcharakteristik von Antennen

  • Wie Mikrofone haben auch Antennen unterschiedliche Richtcharakteristiken




Richtantennen
Richtantennen

  • Aktive RichtantenneUA870

    • Logarithmisch-PeriodischeDipolanordnung

    • Gewinn etwa 7 dB

    • 3 dB Strahl-breite:100° (±50°)

      • Supernierencharakteristik

    • Verstärkung einstellbar (3 oder 10 dB)


Richtantennen1
Richtantennen

  • RichtantennePA705

    • 620 - 870 MHz

    • 7 dB mehrGewinn alsλ /4 - Antenne

    • Stativadapter( 5/8 in. ) imLieferumfang




Antennenpolarisation
Antennenpolarisation

  • Ähnlich wie bei Lautsprecher Arrays, gibt es auch bei Antennen Polarisationseffekte

  • Für uns interessant:

    • Horizontale Polarisation

    • Vertikale Polarisation


Abgestrahlte leistung
Abgestrahlte Leistung

  • Die im Datenblatt angegebene abgestrahlte Leistung ist kein oder nur ein sehr bedingtes Maß für die Reichweite

  • Angaben meist in mW, im HF Bereich sind aber Angaben in dB sinnvoller.


H ufige fehler beim betrieb
Häufige Fehler beim Betrieb

Antennen in Vertikale oder 45° Position bringen

RECEIVER

RECEIVER


H ufige fehler beim betrieb1
Häufige Fehler beim Betrieb

WA470

RECEIVER

RECEIVER

RECEIVER

RECEIVER

Passive Antennenweiche bei zwei Empfängern verwenden


H ufige fehler beim betrieb2
Häufige Fehler beim Betrieb

Aktive Antennenweiche bei mehrerenEmpfängern verwenden

WA440

WA404E

RECEIVER

RECEIVER

RECEIVER

RECEIVER

RECEIVER

RECEIVER

RECEIVER

RECEIVER


H ufige fehler beim betrieb3
Häufige Fehler beim Betrieb

RECEIVER

RECEIVER

  • Minimalen Abstand (¼ λ) zwischen abgesetzten Antennen in Diversity Systemen nicht unterschreiten:

    • Optimal ist 1/2 bis 1 Wellenlänge λ des Signals:

    • Beispiel VHF: 0,9 m - 1,8 m bei 170 MHz 0,65 m - 1,3 m bei 230 MHz

      Bei zu großen Abständen der Antennen geht der Diversity-Effekt verloren, die zweite Antenne ist keine Alternative mehr.

  • Immer hochwertige Antennenkabel verwenden


H ufige fehler beim betrieb4
Häufige Fehler beim Betrieb

RECEIVER

Empfänger möglichst weit oben im Rack montieren

RECEIVER


H ufige fehler beim betrieb5
Häufige Fehler beim Betrieb

Abstand zu Störquellenmaximieren

RECEIVER

RECEIVER

DIGITALPROCESSOR

COMPUTER

LIGHTCONTROLLER

DIGITALPROCESSOR

COMPUTER

LIGHTCONTROLLER


Sender auf gleicher frequenz
Sender auf gleicher Frequenz

  • Niemals zwei Sender gleichzeitig auf identischen Frequenzen betreiben.


Abstand antennen zu metall
Abstand Antennen zu Metall

  • Mindestabstand der Antennen zu Metall-konstruktionen Traversen, Stahlbetonwände:

     1m

min. 1 m


Sender empf nger
Sender  Empfänger

  • Abstand immer geringst möglich, aber nicht näher als 3m. Sonst können vermehrt IM-Produkte generiert werden.

min. 3m


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D-74078 Heilbronn

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