Praktischer Umgang mit drahtlosen Mikrofonsystemen

1. 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: support@shure.De

2. Funktionsblöcke Sender • Mikrofonvorverstärker • bei Shure Bestandteil der abnehmbaren Mikrofonkapsel • Pegel- und Impedanzanpassung • Gleichspannung für Kondensatorelemente • “Pre-emphasis” (Vorverzerrung / Höhenanhebung) für Rauschunterdrückungssystem

3. 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

4. Sender: Pre-Emphasis • Höhenanhebung um besseren Signal-Rausch-Abstand zu erreichen

5. 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 

6. Kompressor - Expander

7. Funktionsblöcke Sender • Limiter • Begrenzung von Spitzen im Audiosignal. • Sitzt mit dem Compander in einer Rückkopplungsschleife und verhindert so die Übermodulation des Senders.

8. Funktionsblöcke Sender • Zwei Möglichkeiten zur Generierung der Trägerfrequenz: • Frequenzsynthesizer bzw. PLL Schaltkreis • Quarzgesteuert

9. PLL = Phase Locked Loop • „Nachlaufsynchronisation“ • Die Sendefrequenz wird so eingestellt, dass sie mit einer Referenzfrequenz übereinstimmt. • Änderungen der Sendefrequenz (Temperatur, Rauschen, ...) werden automatisch nachgeregelt.

10. 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.

11. stabilisierte Spannung Ausgangsstufe buffer amp Audio Dividierer Operations- verstärker Eingang für dividierte Frequenz Ausgang mit Differenzsignal Referenz-Quarz

12. 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

13. 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.

14. Funktionsblöcke Senders • HF Ausgangsverstärker/Filter • Versorgt die Antenne mit entsprechender Ausgangsleistung (10 bis 50mW) • Filtert das Ausgangssignal, um Nebenaussendungen gering zu halten.

15. 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

16. Funktionsblöcke eines Empfängers

17. Funktionsblöcke Empfänger • Eingangssektion • Verstärkt nur die Trägerfrequenzsignale • Filtert Fremdsignale aus

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. Funktionsblöcke Empfänger • Expander • Zweiter Teil des "companding "- Systems(Umkehrung des Kompressors im Sender) • 1:2 Expansion zur Rekonstruktion des ursprünglichen Dynamikbereiches

23. Funktionsblöcke Empfänger • Audioverstärker • Pegel- und Impedanzanpassung • “De-emphasis” (Nachentzerrung / Höhenabsenkung) innerhalb des Rauschunterdrückungssytems

24. Funktionsblöcke Empfänger • De-Emphasis

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

26. ANTENNA Front End Mixer ZFFilter FMDetector ZF Amp LocalOscillator Expander Audio Amp Audio-Signal

27. 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.

28. Stereo-MPX Signal

29. Erzeugung eines Stereo-MPX Signal Amplitudenmodulation

30. Dekodierung eines Stereo-MPX Signal

31. Berechenbare Störungen

32. 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.

33. Übertragungssysteme • linear • nicht linear Output Output Input Input

34. Nichtlineares System • Erzeugung von harmonischen Schwingungen

35. 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

36. 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

37. Intermodulation 2. Ordnung • Beispiel: Summen- und Differenzsignal bei zwei Frequenzen 800 MHz Summe nicht linearer Schaltkreis 1601 MHz 801 MHz Differenz 1 MHz

38. 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

39. 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

40. 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.

41. Intermodulation 3. Ordnung Pegel [dB] IM3 Produkt Abstand [m] • Abhängigkeit vom Abstand zweier Sender

42. Intermodulation • Konsequenzen • IM-Produkte können in • Sendern, • Antennenverstärkern und • Empfängern generiert werden. • IM-Produkte 3. Ordnung sind am kritischsten • IM-Produkte sind vorhersehbar

43. Intermodulation • Anzahl der Intermodulationsprodukte 3. Ordnung:

44. Intermodulation bei Sendern • Abhilfe: • Gut abgeschirmte Sender benutzen • Enges räumliches Platzieren von Sendern vermeiden. (Sender immer mindestens 0,5 m voneinander entfernt platzieren)

45. 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

46. Störstrahlungen von Quarzschwingungen

47. Weitere Effekte • Abhilfen • Moderaten Abstand zwischen Sender und Empfangsantennen einhalten • “Harmonische” bei der Auswahl der Trägerfrequenzen vermeiden • Kompatibilität der Trägerfrequenzen durch Rechnerprogramm überprüfen lassen

48. 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

49. Störungen bei Empfängern • Interner Oszillator streut in benachbartes Gerät

50. Störungen bei Empfängern • Abhilfen • Empfänger getrennt aufstellen • Empfangsantennen räumlich getrennt aufstellen • Aktive Antennensplitter benutzen, um Antennenanschlüsse voneinander zu isolieren