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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.
slide11

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.
slide26

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.
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

slide39

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
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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Tel: +49-7131-7214 - 0

Fax: +49-7131-7214 - 14

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