Как избежать столпотворения в эфире

Семинар Shure / Фото: Виктор Вытольский

1-го июня 2015 года компания Shure открыла в Москве региональный офис развития бизнеса. В его задачу входит улучшение технической поддержки партнеров, проведение образовательных программ от Shure Institute для дистрибьюторов, интеграторов, звукорежиссеров и конечных пользователей.

В рамках этой программы в сентябре состоялся первый семинар по радиочастотным технологиям с демонстрацией оборудования и программного обеспечения:

— Система персонального мониторинга PSM 1000;
— радиомикрофонные системы QLX-D, ULX-D, UHF-R, Axient;
— программное обеспечение распределения частот в эфире Wireless Workbench 6.

Семинар проводил Туомо Толонен, руководитель подразделения Pro Audio Group британского представительства Shure, эксперт по беспроводным технологиям. 

Туомо Толонен / Фото: Виктор Вытольский

Радиомикрофонами стали пользоваться с середины прошлого века, но только в двухтысячных годах эти технологии стали применяться повсеместно. По данным информационного агентства PAMA (Professional Audio Manufacturers Alliance), в 2014 году в Европе применялось более 15 миллионов профессиональных радиомикрофонных систем, и это без учета использований в школах, любителями, проведения конгрессов и семинаров и тому подобными. Только во время одного из телешоу в Великобритании было одновременно использовано 240 радиоканалов. Причем пользователи активно перемещались по стадиону. При этом была налажена бесперебойная качественная связь. Радиосистемы Shure также использовались на олимпиадах в Лондоне 2012 и Сочи 2014, на оперном фестивале в Брегенце, на международных рок фестивалях, на крупнейших официальных межправительственных событиях. Естественно, качество связи должно быть бескомпромиссным, а такого рода мероприятия наиболее опасны для беспроводных систем, поскольку участники находятся всё время в движении. Ещё один вызов – театральные представления. Радиосистемы активно используются в постановках, но зритель не должен их видеть.

С другой стороны, частотная полоса для этих целей сужается. Часть диапазона дециметровых волн (ДМВ) отдается телевидению и мобильным операторам. Лет 20 тому назад этот диапазон был чист. Теперь здесь множество беспроводных устройств – это и автомобильная сигнализация, и дистанционное управление, и, разумеется, мобильная связь. Радиочастотный диапазон ДМВ превратился в очень выгодный для государств ресурс, где крутятся миллиарды долларов, евро, рублей и так далее. 

Все профессиональные радиосистемы работают по принципу модуляции – аналоговой или цифровой. Системы QLX-D, ULX-D 24-х битные, используют цифровую фазовую модуляцию (phase-shift keying – PSK) в полосе доступных частот шириной до 64 МГц в области дециметровых волн. В России в этой частотной области для радиомикрофонов разрешен диапазон 470 – 638 МГц.

Именно он обеспечивает качественную связь, так как достаточно надежен и обеспечивает необходимую производительность. Он доступен и защищен от помех от других беспроводных устройств.
 

Поговорим о развертывании беспроводных систем. Прежде чем разворачивать такую систему, мы должны быть уверены, что уровень радиопомех у нас минимален, в противном случае могут возникнуть проблемы во время использования системы. Также должны быть доступные нам частоты для радиосистем.

Беспроводная система должна обеспечивать необходимое количество каналов. Если вы используете больше 40 каналов, то должны брать более дорогие профессиональные модели, поскольку бюджетные модели просто не смогут обеспечить работоспособность. Нужно убедиться, что кто-то еще не используют ваши частоты для своей работы. Но в 80 – 85% случаев помехи вызывают не другие беспроводные системы, а сторонние источники, к примеру, в дециметровом диапазоне располагается вещание некоторых телеканалов, очень сильные помехи вызывают светодиодные телевизионные стены, диммеры и LCD-экраны. 

В целях проверки чистоты диапазона лучше всего использовать сканер. При большом количестве радиомикрофонов сканирование частот просто необходимо. Для получения адекватного результата сканирования существенную роль играет правильное расположение и настройка антенн. В каждом приемнике Shure есть свой встроенный сканер, но он ограничен диапазоном частот приема, а помеха может быть и вне этого диапазона. Поэтому в больших проектах лучше использовать внешний сканер, к примеру, Axient Spectrum Manager.

Ситуация осложняется тем, что передатчики взаимно влияют друг на друга, создавая за счет интерференции волн так называемые  интермодуляционные помехи. Чем ближе друг к другу расположены передатчики, тем сильнее искажения. Качество радиосистемы, а, следовательно, и ее цена, определяются линейностью передатчика и избирательностью приемника. Тем не менее рабочие частоты надо распределить так, чтобы обеспечить наименьшее влияние кратных гармоник как между собой, так и от внешних помех. Поэтому не стоит располагать рабочие частоты на равном расстоянии одна от другой. Вообще, случайный выбор частоты очень плохая идея. Если возникнет проблема с каким-то каналом, то замена частоты передатчика наобум может привести к ещё большему числу проблем с другими передатчиками. Следует иметь в резерве запасные проверенные частоты. Для этих целей Shure разработал специальное программное обеспечение (ПО) распределения частот в эфире Wireless Workbench 6. На основе произведенного сканирования оно рассчитывает рабочие частоты, в том числе и резервные, и само настраивает на них передатчики радиосистем высокого уровня. Дешевые системы придется настраивать вручную. Другой способ быстрой настройки – использование групп заранее просчитанных радиоканалов. Все профессиональные приемники Shure обладают такой возможностью. Правда, при этом не учитываются возможные внешние помехи. 

Бесплатное ПО Shure Wireless Workbench 6 работает как на MAC, так и на PC, и управляет всеми находящимися здесь устройствами (радиомикрофонными системами QLX-D, ULX-D, UHF-R, Axient, системой персонального мониторинга PSM 1000) и их компонентами вплоть до блоков питания и зарядки батарей. Мобильные передатчики Axient могут управляться дистанционно, даже находясь у артиста. В программе можно задать требуемые  радиоканалы для систем других производителей, и выполнить расчет. Такие частоты  будут подсвечены серым цветом, что означает невозможность управления этими устройствами. При расчете частот следует получить данные сканирования обстановки в эфире. Лучше это сделать со стационарного или мобильного приемника. Управлять сканированием можно непосредственно из программы. В чистой полосе частот, скажем, от 500 до 600 МГц, не нарушая законов физики, можно разместить до 250 каналов, включая резервные.

При работе с беспроводными системами нужно учитывать некоторые технические особенности. В общественных местах всегда используется функция шумоподавления помех. 

Самая простая разновидность – это амплитудное ограничение,  зависит впрямую от уровня сигнала. К примеру, если вы настроили уровень ограничения -90 дБ, то приемник автоматически будет глушить выходной сигнал, если уровень ниже -90 дБ. Такая схема позволяет избежать треска и шума в полезном сигнале. Следующая более продвинутая разновидность – схема, чувствительная к уровню шума. Она отслеживает высокочастотные помехи и убирает их. Именно этот вариант шумоподавления использует большинство систем. И последняя разновидность для систем высокого уровня – это схема с пилотным сигналом 32 КГц. С передатчика он не слышен, но он дает прямое указание приемнику, когда и как пропускать полезный сигнал. Это позволяет избежать посторонних включений, а также передавать дополнительную информацию – например, о заряде батареи. 

Следующая особенность состоит в том, что приемник, помимо основного, ловит отраженный сигнал. Вполне возможна ситуация, когда прямой и отраженный сигналы приходят в противофазе. С такими неполадками позволяют бороться разнесенные системы. Самый простой вариант такой системы – две разнесенные антенны с переключателем между ними и решающим устройством, какую антенну выбрать. В системе следующего уровня также две антенны, но уже 2 приемника, и сравнение происходят в зависимости от качества аудио сигнала. А наилучшее на сегодняшний день решение состоит в том, что аудио сигналы с двух приемников складываются в один с наивысшем качеством. Комбинирующее устройство Shure для этих целей называется MARCAD (Maximum Ratio Combining Audio Diversity). При его помощи достигается наилучшее соотношение сигнал/шум.

Семинар Shure / Фото: Виктор Вытольский

Важную роль играет расположение антенн и соединительных кабелей. Размер антенны равен длине полуволны. Чем ниже частота, тем больше и массивнее должна быть антенна. Ненаправленные антенны можно использовать в небольших помещениях. В большинстве случаев используются направленные антенны. В отдельных случаях применяются остронаправленные спиралевидные антенны, например, на больших стадионах.

Если вы думаете, что активные антенны принимают сигнал лучше, чем пассивные, то это не так. Активные антенны дают усиление в кабель, а не на прием. В этом отношении лучший результат дадут спиралевидные антенны, но они должны быть строго направлены. Антенны не должны располагаться в тени каких-либо препятствий, особенно металлических. Штыревые антенны должны устанавливаться вертикально, а направленные должны быть ориентированы в нужном направлении. Разнесенные антенны лучше размещать недалеко друг от друга, иначе вы получите не разнесенную систему, а две независимых. Для больших сцен лучше использовать  две пары антенн с одной и другой стороны. Препятствием для распространения сигналов является и вода. А поскольку люди на 80% состоят из воды, антенны лучше располагать выше человеческого роста. Принимающая антенна не должна находиться между передающими.

Уровень сигнала на входе приемника сильно зависит от длины кабеля. Чем длиннее кабель, тем больше потери. На 10 м сигнал снижается вдвое, на 30 м теряется совсем. Вот для чего нужны активные антенны. И, хотя разъемы совпадают, ни в коем случае нельзя использовать видеокабель. Поскольку его сопротивление значительно выше, то и потери будут значительно больше. 

Ну и последнее – больше похоже на шутку, но очень важно: если у вас сели батарейки, уже ничто не поможет. 

Несколько слов о персональном мониторинге. Система ушного мониторинга – это такая же радиосистема, только здесь стационарный радиопередатчик и мобильный приемник. Но, если у мобильного передатчика только одна функция – передать сигнал, то у мобильного приемника несколько задач – принять аудио сигнал, многоканальные настройки, настройки эквалайзера, всё вместе. Кроме того, система персонального мониторинга должна передавать стереозвуковой сигнал, то есть 2 канала на одной частоте. Для этого используется пилот сигнал на частоте 19 КГц. Ниже этой частоты передается сумма левого и правого каналов, а выше – разность. В приемнике путем сложения и вычитания получают отдельно левый и правый каналы. И ещё одна особенность – использование самых разнообразных наушников с разным импедансом. Кроме того, мобильные приёмники так же оборудованы встроенным сканером. Только для передачи результатов сканирования нужна инфракрасная связь с компьютером.

Что же касается защищенности систем Shure от внешних воздействий, Туомо Толонен в ней абсолютно уверен: «Прежде всего, это профессиональное качество сборки. Наши радиосистемы работают и на сцене, и в турах. Их роняют, трясут и тому подобное. На сцене передатчики могут быть закреплены на теле артиста в условиях повышенного потоотделения. При этом они везде сохраняют работоспособность. Все продукты проходят тестирование в реальных условиях и надежно защищены. Недопустимо, чтобы оборудование Shure перестало работать только потому, что пошел дождь».