Praktischer Umgang mit drahtlosen Mikrofonsystemen SHURE Europe Gmb
Praktischer Umgang mit drahtlosen Mikrofonsystemen SHURE Europe Gmb. H Headquarters Europe, Middle East & Africa Applications Wannenäckerstraße 28 D-74078 Heilbronn Tel: +49 -7131 -7214 - 0 Fax: +49 -7131 -7214 - 14 Email: support@shure. De
Funktionsblöcke Sender m Mikrofonvorverstärker bei Shure Bestandteil der abnehmbaren Mikrofonkapsel Pegel- und Impedanzanpassung Gleichspannung für Kondensatorelemente “Pre-emphasis” (Vorverzerrung / Höhenanhebung) für Rauschunterdrückungssystem
Pre-Emphasis zur Rauschunterdrückung m Ein typisches Audiosignal enthält mehr tieffrequente Energie. m Im Gegensatz dazu enthält typisches Rauschen mehr Energie im hochfrequenten Bereich. Der Signal-Rausch-Abstand nimmt bei höherer Frequenz ab
Sender: Pre-Emphasis m Höhenanhebung um besseren Signal-Rausch. Abstand zu erreichen
Sender: Kompressor m Erster Teil des "companding"-Systems Ursprüngl. Dynamikbereich 2: 1 Kompression Reduzierter Dynamikbereich Ziel ist eine Anhebung des Trägersignals gegenüber dem Rauschpegel im HF Schaltungsteil
Kompressor - Expander
Funktionsblöcke Sender m Limiter Begrenzung von Spitzen im Audiosignal. Sitzt mit dem Compander in einer Rückkopplungsschleife und verhindert so die Übermodulation des Senders.
Funktionsblöcke Sender m Zwei Möglichkeiten zur Generierung der Trägerfrequenz: Frequenzsynthesizer bzw. PLL Schaltkreis Quarzgesteuert
PLL = Phase Locked Loop m „Nachlaufsynchronisation“ m Die Sendefrequenz wird so eingestellt, dass sie mit einer Referenzfrequenz übereinstimmt. Änderungen der Sendefrequenz (Temperatur, Rauschen, . . . ) werden automatisch nachgeregelt.
Funktionsblöcke PLL Sender m 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 Audio Ausgangsstufe buffer amp Dividierer Operationsverstärker Eingang für dividierte Frequenz Referenz-Quarz Ausgang mit Differenzsignal
Quarzgesteuerter Sender m Schwingquarz zur Erzeugung der Basisfrequenz (ca. 15 - 30 MHz) In diesem Schwingkreis sitzt eine Kapazitätsdiode über die Frequenzmodulation realisiert wird. m Frequenzmultiplizierer Erhöhen der Basisfrequenz auf Sendefrequenz Meist Verdoppler oder Verdreifacher
Frequenzmultiplizierer m Frequenzvervielfacher Übersteuerte Verstärkerstufe, die harmonische Oberschwingungen der Grundfrequenz erzeugt. Diese Oberschwingungen können herausgefiltert und der nächsten Stufe zugeführt werden. m Es sind meist mehrere Vervielfacher hintereinander geschaltet, um die endgültige Trägerfrequenz zu erzeugen.
Funktionsblöcke Senders m HF Ausgangsverstärker/Filter Versorgt die Antenne mit entsprechender Ausgangsleistung (10 bis 50 m. W) Filtert das Ausgangssignal, um Nebenaussendungen gering zu halten.
Quarz PLL Quarzgesteuert: PLL: m Referenzschwingung wird durch einen Quarz erzeugt; Quarzoszillator schwingt im Bereich 15 -30 MHz. m VCO kontrolliert direkt Ausgangsfrequenz; Teil des Ausgangssignals durchläuft Frequenzteiler und wird mit einem Referenzsignal verglichen. m Feste Frequenz m Schaltbare Frequenzen m Einfache und preiswerte Methode m Komplexer und teurer m Abstrahlung ungewollter Frequenzen m Deutlich saubereres Signal
Funktionsblöcke eines Empfängers
Funktionsblöcke Empfänger m Eingangssektion Verstärkt nur die Trägerfrequenzsignale Filtert Fremdsignale aus
Funktionsblöcke Empfänger m Interner Oszillator (LO = Local Oscillator) Schwingt in einem festen Abstand über oder unter der Trägerfrequenz (z. B. VHF: 10, 7 MHz unter der Trägerfrequenz; PSM 700: 110, 6 MHz über der Trägerfrequenz) Wird entweder Quarz- oder PLL- gesteuert gebildet
Funktionsblöcke Empfänger m Mischer Kombiniert das empfangene HF-Signal mit der Oszillatorfrequenz Erzeugt Summen- (HF+LO) und Differenzsignale (HF-LO = ZF = Zwischenträgerfrequenz) m Zwischenträgerfrequenzfilter (ZF-Filter) Läßt nur Differenzsignal (ZF) passieren Filtert Summensignal aus
Zwischenträgerfrequenz (ZF) m Generierung der ZF Antenne 200 MHz Mischer Summe: 389, 3 MHz & Differenz: 10, 7 MHz ZF-Filter 10, 7 MHz 189, 3 MHz Oszillator Legt Empfangsfrequenz fest!
Funktionsblöck Empfänger m ZF-Verstärker Verstärkt ZF-Signal auf hohen Pegel Begrenzt Signal zur Anpassung an den Detektor m Detektor/Demodulator Trennt Audiosignal vom ZF-Signal Demoduliert das Audiosignal
Funktionsblöcke Empfänger m Expander Zweiter Teil des "companding "- Systems (Umkehrung des Kompressors im Sender) 1: 2 Expansion zur Rekonstruktion des ursprünglichen Dynamikbereiches
Funktionsblöcke Empfänger m Audioverstärker Pegel- und Impedanzanpassung “De-emphasis” (Nachentzerrung / Höhenabsenkung) innerhalb des Rauschunterdrückungssytems
Funktionsblöcke Empfänger m De-Emphasis
Emphasis m Durch die Pre- / De-Emphasis kann der Signal. Rausch-Abstand um bis zu 13 d. B verbessert werden.
ANTENNA Front End Mixer ZF Filter ZF Amp FM Detector Local Oscillator Audio-Signal Audio Amp Expander
Stereoübertragung m Die meisten In Ear Monitoring Systeme übertragen ein Stereo-Signal. m Dies wird mit dem so genannten Stereo-Multiplex. Signal realisiert m Aus der Historie muss das MPX-Signal Mono. Kompatibel sein.
Stereo-MPX Signal
Erzeugung eines Stereo-MPX Signal Amplitudenmodulation
Dekodierung eines Stereo-MPX Signal
Berechenbare Störungen
Intermodulationseffekte m 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 Summenund Differenzsignalen weitere Kombinationen bilden.
Übertragungssysteme m linear m nicht linear Output Input
Nichtlineares System m Erzeugung von harmonischen Schwingungen
Intermodulationseffekte m Intermodulationseffekte “ 2. Ordnung”: werden durch zwei Signale produziert oder sie sind das zweifache (zweite Harmonische) der Grundfrequenz: - z. B. : f 1 + f 2 = fintermod - oder f 1 + f 1 = 2 • f 1 = fintermod
Intermodulationseffekte m Intermodulationseffekte “ 3. Ordnung”: werden - entweder durch drei Signale hervorgerufen z. B. : f 1 + f 2 - f 3 = fintermod - oder durch Signale und Harmonische verursacht z. B. : 2 • f 1 - f 2 = fintermod - oder sie sind das dreifache (dritte Harmonische) der Grundfrequenz
Intermodulation 2. Ordnung m Beispiel: Summen- und Differenzsignal bei zwei Frequenzen 800 MHz 801 MHz nicht linearer Schaltkreis Summe 1601 MHz Differenz 1 MHz
Intermodulation 3. Ordnung m Signale 800 MHz 801 MHz bei zwei Frequenzen nicht linearer Schaltkreis (800 x 2+801) (800 x 2 -801) (801 x 2 -800) (801 x 2+800) 2401 MHz 799 MHz 802 MHz 2402 MHz
Intermodulation m Einspeisung zweier Sender in einen Empfänger 800 MHz 801 MHz 802 MHz 801 x 2 = 1602 802 MHz 1602 – 800 = 802 !
Intermodulation bei Sendern m Eng benachbarte Sender können ineinander Intermodulationseffekte hervorrufen. m Das Intermodulationsprodukt wird zusammen mit dem Originalsignal gesendet. m Instabilität oder Verstimmung des Ausgangs stört den Sendebetrieb.
Intermodulation 3. Ordnung Pegel [d. B] m Abhängigkeit vom Abstand zweier Sender IM 3 Produkt Abstand [m]
Intermodulation m Konsequenzen IM-Produkte können in - Sendern, - Antennenverstärkern und - Empfängern generiert werden. IM-Produkte 3. Ordnung sind am kritischsten IM-Produkte sind vorhersehbar
Intermodulation m Anzahl der Intermodulationsprodukte 3. Ordnung: Verwendete Frequenzen Intermodulations. Produkte N(N – 1) 1 0 2 2 3 6 4 12 5 20 6 30 7 42
Intermodulation bei Sendern m Abhilfe: Gut abgeschirmte Sender benutzen Enges räumliches Platzieren von Sendern vermeiden. (Sender immer mindestens 0, 5 m voneinander entfernt platzieren)
Weitere Effekte m 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
Störstrahlungen von Quarzschwingungen
Weitere Effekte m Abhilfen Moderaten Abstand zwischen Sender und Empfangsantennen einhalten “Harmonische” bei der Auswahl der Trägerfrequenzen vermeiden Kompatibilität der Trägerfrequenzen durch Rechnerprogramm überprüfen lassen
Störungen bei Empfängern m 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
Störungen bei Empfängern m Interner Oszillator streut in benachbartes Gerät
Störungen bei Empfängern m Abhilfen Empfänger getrennt aufstellen Empfangsantennen räumlich getrennt aufstellen Aktive Antennensplitter benutzen, um Antennenanschlüsse voneinander zu isolieren
Spiegelfrequenz m 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
Spiegelfrequenz m Abhilfen Selektive / schmalbandige Empfänger verwenden Mögliche Spiegelfrequenzen beim Auswahlprozeß der Trägerfrequenzen vermeiden
Spiegelfrequenzempfang idealer Filter
Antennentechnik m Antennen absorbieren einen Teil der elektrischen Feldlinien (T 3 Demo) Antennenanzahl minimieren
Antennen - Accessoires m Antennenspitter UA 845 UA 220 m Richtantennen „logarithmischperiodisch“ UA 870
Antennencombiner m Wie viel bringt eigentlich ein Antennencombiner ? T-Stück ? !? UA 220 ? !? PA 765 ? !? Vergleichsmessung
Absetzbare Antennen m Deshalb brauchen immer einen Massebezug. sind nur Antennen mit integriertem Massebezug abgesetzt werden.
Richtcharakteristik von Antennen m Wie Mikrofone haben auch Antennen unterschiedliche Richtcharakteristiken
Typische VHF Antenne
Typische UHF Antenne
Richtantennen m Aktive Richtantenne UA 870 Logarithmisch. Periodische Dipolanordnung Gewinn etwa 7 d. B 3 d. B Strahl-breite: 100° (± 50°) - Supernierencharakteristik Verstärkung einstellbar (3 oder 10 d. B)
Richtantennen m Richtantenne PA 705 620 - 870 MHz 7 d. B mehr Gewinn als λ /4 - Antenne Stativadapter ( 5/8 in. ) im Lieferumfang
Richtantenne
Aufstellung
Antennenpolarisation m Ähnlich wie bei Lautsprecher Arrays, gibt es auch bei Antennen Polarisationseffekte m Für uns interessant: Horizontale Polarisation Vertikale Polarisation
Abgestrahlte Leistung m Die im Datenblatt angegebene abgestrahlte Leistung ist kein oder nur ein sehr bedingtes Maß für die Reichweite m Angaben meist in m. W, im HF Bereich sind aber Angaben in d. B sinnvoller.
Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER Antennen in Vertikale oder 45° Position bringen
Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER WA 470 RECEIVER Passive Antennenweiche bei zwei Empfängern verwenden
Häufige Fehler beim Betrieb WA 440 WA 404 E RECEIVER RECEIVER Aktive Antennenweiche bei mehreren Empfängern verwenden
Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER m 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. m Immer hochwertige Antennenkabel verwenden
Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER Empfänger möglichst weit oben im Rack montieren
Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER Abstand zu Störquellen maximieren DIGITAL PROCESSOR COMPUTER LIGHT CONTROLLER RECEIVER DIGITAL PROCESSOR COMPUTER LIGHT CONTROLLER
Sender auf gleicher Frequenz m Niemals zwei Sender gleichzeitig auf identischen Frequenzen betreiben.
Abstand Antennen zu Metall m Mindestabstand der Antennen zu Metallkonstruktionen Traversen, Stahlbetonwände: 1 m min. 1 m
Sender Empfänger m Abstand immer geringst möglich, aber nicht näher als 3 m. Sonst können vermehrt IM-Produkte generiert werden. min. 3 m
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