A keskenysávú/szélessávú rendszerek párhuzamos működésének vizsgálata

A nagyobb koncerteken, színházi produkciókban és broadcast stúdiókban alkalmazott nagyszabású vezeték nélküli RF-rendszereket tekintve igazán érdekesnek és ígéretesnek tűnik a vezeték nélküli többcsatornás hangrendszer (WMAS) működési elve. De vajon kiállja-e ez a technológia két tapasztalt frekvenciamenedzser gyakorlati próbáját is? Hogyan „jön ki” az új technológia a keskenysávú rendszerekkel? És hogyan kezeli a közvetlen interferenciát? Marco Völzke (szabadúszó frekvenciakoordinátor) és Jonas Naesby (a Sennheiser műszaki alkalmazásmérnöke és egy frekvenciakoordinációs vállalat tulajdonosa) a Sennheiser WMAS feltalálóinak felkérésére tesztelésnek vetették alá az egyik prototípust. „Az általános elképzelés az volt, hogy a rendszert stressz-tesztelve megvizsgáljuk, hogyan viselkedik az nyomás alatt, és hogy mi történik, ha gyakorlatilag mindent rosszul csinálunk” – mondta Naesby.

A tesztelésnél használt konfiguráció

A WMAS rendszert egy 8 MHz-es TV-csatornában állították fel, melyben nagy átviteli teljesítménnyel bíró analóg fülmonitor (IEM) rendszer működött az alsó szomszédos csatorna frekvenciáin, valamint egy nyolccsatornás digitális EW-DX vezeték nélküli mikrofonrendszer a felső szomszédos csatornán.

A fülmonitor- és a mikrofonrendszerek közötti spektrumot általában nem használják, hanem ún. védősávként tartják fenn. A csapat a WMAS-rendszert szándékosan ebben a „no-go” csatornában helyezte el, hogy lássa, továbbra is megszakítás nélkül működik-e.

A rendszer további stresszelése érdekében Marco és Jonas sávon belüli interferenciaforrásokat kezdett hozzáadni a WMAS által használt TV-csatornához, olyan valós „baleseteket” szimulálva, mint például egy forgatócsoport érkezése egy nem koordinált eszközzel, vagy egy régi programozott frekvenciára állított keskenysávú mikrofon véletlenszerű bekapcsolása.

Az interjú

Marco és Jonas, le tudnátok írni nagyvonalakban a napjainkra jellemző frekvenciahelyzetet? Frekvenciakoordinátorként milyen tendenciákat figyeltek meg a szakmátokon belül?

Jonas: A produkciók nem fogyatkoznak, inkább növekvő tendencia figyelhető meg, akár a konferenciák, akár a zenei fesztiválok tekintetében. A tevékenység gyarapodásával pedig a vezeték nélküli kapcsolatok száma is nő. Ugyanakkor a rendelkezésre álló frekvenciatartalék egyre szűkebb. Ezért növekvő igényt tapasztalunk a frekvenciakoordináció iránt – egyszerűen lehetetlen egy-egy eseményt lebonyolítani anélkül, hogy szigorúan ellenőriznénk, ki, mit és mikor használ.

Marco: Teljesen egyetértek. A szervezők és a közönség elvárásai nagymértékben megnőttek, rendkívüli szórakozásra vágynak, olyat szeretnének látni, amit eddig még soha, ami felejthetetlen. Nem csupán a nagykoncertekről beszélek – ma még egy átlagos kongresszus is hatalmas nyitóünnepséggel kezdődik. Kitesznek magukért azért, hogy lenyűgözzék az embereket, hogy megmutassák kiválóságukat. Ha például egy szokásos orvosi konferenciát veszünk, biztosan kapcsolódik hozzá egy show-műsor, és teljesen normális, hogy ez a konferencia saját TV-csatornán keresztül sugározza az esemény egészét.

Aztán sok egyéb eszközünk is van, amely a spektrumunkat foglalja. Néhányukra ténylegesen szükségünk van (pl. a lámpák mozgatására vagy a speciális effektusok kezelésére szolgáló vezérlők), és van közöttük néhány nemkívánt interferenciát okozó eszköz (pl. videokapcsoló), mivel ezek az eszközök egyre inkább fokozzák a zsúfoltságot. Most már 360°-os LED-falakkal van dolgunk, ahol csupán egy apró nyílás áll rendelkezésre, hogy egy személy bejusson és magával ragadó AV-élményben legyen része. A fenti tényezők együttesen olyan interferencia-problémákat okozhatnak, melyek egy idő után irányíthatatlanná válnak. Néhány LED-fal még nem jelent problémát, de ha 200-zal van dolgod, az interferencia összeadódik.

Amikor a rendezvényszervezők olyan ötletekkel állnak elő, amelyekre korábban még nem volt példa, ott valószínű, hogy problémákba ütközöl. A kreativitás nem ismer határokat, és minden alkalommal, amikor felülkerekedek egy-egy kihíváson, már jön is szembe a következő.

Jonas: Teljesen egyetértek, és bár látjuk, hogy a LED-képernyők új generációja kevésbé problémás, kijött most egy új termékcsalád, amely RF-sugárzást bocsát ki magából és bármely berendezés működését képes megzavarni, legyen az világítás, vagy valamilyen videó-/vezérlőeszköz.

Marco: Igen, az interferencia fizikája nem ér véget a speciális effektekkel. Az egyik show alkalmával rájöttünk, hogy az interferenciaproblémák forrása a saját RF-azonosító eszközünk volt. Egyes országokban több mint 30 W-os átvitelt is engedélyeznek! Emellett a helyszíni és a valós idejű streaminget is alkalmazó hibrid megoldások egyidejű használata miatt növekszik a vezeték nélküli rendszerek iránti igény. Nem arról szól, hogy létezik egy Covid előtt és Covid alatti/utáni világ, most mindkét világ kihívásainak meg kell felelni.

A teszteléssel kapcsolatban: Kipróbáltátok a WMAS prototípust, és megvizsgáltátok, hogyan működik a keskenysávú rendszerek mellett. Mire jutottatok?

Marco: Engem lenyűgözött a teljesítménye. Még soha nem hallottam ilyen hangminőséget semmilyen vezeték nélküli fülmonitor rendszertől – precíz pozicionálással és szinte tapintható sztereó mélységgel. Az RF-része a szakmám, de engem először ez a természetes hangzás nyűgözött le; mintha a keverőpultnál ülnék fejhallgatóval a fejemen, de itt közben sétálgathatok is. És ez a lehetőség az alkotó vénával megáldott emberek számára új távlatokat nyit a szabadság terén. Izgatottan várom, hogy a kreatív ipar szereplői mit kezdenek majd ezekkel a rendszerekkel – talán 3D-s hangzású projekteket. Azt hiszem, ez az első olyan rendszer, amellyel ez kipróbálható, és amely mind a művészek, mind a hallgatóság tetszésére számíthat. Ez egy olyan újfajta élmény lenne, amelyre korábban nem volt lehetőség.

De térjünk rá a rendszer teljesítményét és párhuzamos működését vizsgáló tesztelésre. A szélessávú és a keskenysávú rendszer viselkedését nagyon mostoha körülmények között, a határokat feszegetve hasonlítottuk össze. Az első megállapításunk az volt, hogy a digitális változat a számunkra egyedül üdvözítő megoldás, mert az analóg túl sok olyan problémát okoz, amelyeket nem tudunk kezelni. A WMAS rendszer rugalmassága, hatótávolsága és stabilitása nagyon lenyűgöző volt.

Engem is meglepett, hogy a rendszer milyen jól kezeli az interferenciát. Olyan szélsőséges körülményeket produkáltunk, amilyeneket csak tesztek során szokás. Például soha nem mennél fel a színpadra, és sétálnál oda az énekeshez, hogy egy másik adóegységet helyezz el közvetlenül a rádiómikrofon mellett. A WMAS esetében pontosan ezt tettük, és állta a sarat. Ez remekül mutatja, milyen jó a rendszer és mennyire jól átgondolt ez az egész technika – gondolok itt többek között arra a képességre, hogy kiválóan képes kezelni ezt az interferencia mennyiséget és az RF-fading (jelkiesés) jelenséget.

Normál körülmények között is teszteltük, hogy ellenőrizzük a rendszer és a hozzá tartozó egyetlen antenna működését: milyen a frekvenciaválasz, mekkora a hatótávolság, milyen a spektrum foglaltsága, stb. Az összes paraméter jobb volt a vártnál, és véleményem szerint ez a technológia új lehetőségeket tartogat számunkra a jövőben. A frekvencia- és idősávok újragondolása, a meglévő rendszerekből való tanulás és a mögöttes fizikáról való újfajta gondolkodás szintén RF-kezelésünk javát szolgálja a jövőben. A főbb innovatív megoldások: a kétirányú átvitel, az adó- és vevőegységek egyidejű vezérlése, valamint az a tény, hogy egy-egy előadón csupán egyetlen eszközt kell elhelyeznünk. Ez nagyobb szabadságot biztosít számukra. Amikor jelenleg két eszközt kell valakin elhelyeznem, mindenféle fizikai problémák merülnek fel – a jövőben ezt maga a rendszer fogja megoldani. Nem kell aggódnom a frekvenciatartományok, az átviteli teljesítmény, a spektrum foglaltsága vagy a hangminőség miatt… Csak beállítom a rendszerben a kívánt paramétereket, és a rendszer automatikusan kezeli azokat, az interferenciák külső kezelését is beleértve.

Jonas: Teljesen egyetértek azzal, hogy a mai teszt nagyon sikeres és meggyőző volt. A vezeték nélküli rendszerek beállításakor gyakran tesznek fel nekünk mindenféle kérdéseket, mint például: „Mekkora a rendszer hatótávolsága?” Én pedig mindig visszakérdezek, hogy: „Milyen hosszú egy gumiszalag?” Mert a hatótávolság mindig attól függ, hogy mekkora erőfeszítést teszel a link kiépítésébe. Az átviteli teljesítmény, a zsebadó elhelyezése, az antennarendszer, a háttérzaj – mindezek a paraméterek hatással vannak a rendszer működésére. Általánosságban elmondható, hogy a rendszerek tervezésénél azt vesszük elsősorban figyelembe, hogy mely adott területen fog működni. Ehhez képest választjuk ki a rendszer alkotóelemeit, a frekvenciákat, az elhelyezést stb. Különböző bevált gyakorlatok léteznek, ahogy azt Marco az imént említette – a frekvenciaközökre vagy két zsebeszköz egyazon előadón történő elhelyezésekor az eszközök fizikai távolságára vonatkozóan. És ez a rendszer mindezt többé-kevésbé magától képes kezelni.

A mai tesztelés során a prototípust sokkal nagyobb igénybevételnek tettük ki, mint az bármikor is indokolt lenne – semmilyen tekintetben sem követtük a bevált gyakorlatokat. Egy szokásos színpadon általában akkor is gond nélkül lemegy az előadás, ha pár dolgot elrontasz. Ma bizonyos mértékig mindent rosszul csináltunk, és ez a rendszer mégis tovább tette a dolgát. Interferenciaforrások működtek a rendszer csatornáján és közvetlenül mellette, és az eszközöket olyan közel helyeztük el egymáshoz, amit hivatalosan semmilyen rendszer sem tolerálna, akár keskenysávú eszközökről, akár vegyesen keskeny- és szélessávú eszközökről van szó.

Marco: Még antennákkal való érintkezések is előfordultak.

Jonas: Minden olyan dolgot megtettünk, amiről folyton prédikálunk, hogy a világért se tedd, és a vártnál sokkal jobb eredményeket értünk el. Ráadásul ezzel a technológiával szükség esetén a hatótávolságot is könnyen kiterjeszthetjük. Ha messzebb akartunk volna menni, vagy még több interferenciaforrást akartunk volna hozzáadni, azt is megoldhattuk volna, mivel a teszthez csak a standard csomagot használtuk.

Marco: És ez a kiterjesztés a szabványos komponensekkel is egyszerűen megoldható lenne. Nem kéne azon gondolkodnunk, hogy vajon melyik antenna-összegzőre/-elosztóra van szükségünk, melyik speciális kábelt kell használnunk, hogyan kell mindkét oldalon (jeladás és -fogadás) szabályozni az RF-teljesítményt.

Jonas: Bár a keskenysávú mikrofonrendszerek hatótávolságát meglehetősen könnyű kiterjeszteni, a fülmonitor-rendszerek esetében ez sokkal bonyolultabb, mivel az ehhez szükséges erősítők nem tömegtermékek, sokba kerülnek, szűrést igényelnek, és meglehetősen könnyen túlvezérelhetők. A WMAS technológia magában hordozza a kiterjesztés lehetőségét, mivel több antenna is használható a hatótávolság növelésére.

Mi volt az első gondolatotok a WMAS rendszerről a frekvenciakoordináció tekintetében?

Jonas: Ez is része volt a ma tesztelt dolgoknak. Számos keskenysávú rendszert (mikrofont és fülmonitort, digitálisat és analógot) állítottunk fel, a WMAS prototípusát pedig szándékosan egy olyan spektrumrészre helyeztük, amelyet a koncerteken általában nem használnánk, mivel közvetlenül egy fülmonitor-csatorna mellett van. Legalábbis ezek lennének az utolsó tartalékfrekvenciák, amiket talán egy a fesztivál másik oldalán dolgozó forgatócsoportnak kiosztanánk.

Marco: Jellemzően egy biztonsági frekvenciatávolságot tartunk a fülmonitor-rendszerek és a mikrofonok között. Tehát a WMAS esetében közvetlenül a saját csatornáján és a szomszédos frekvenciákon is működött néhány interferenciaforrásnak számító adóegység – a prototípus azonban a vártnál sokkal jobban viselkedett.

Jonas: Ezek szerint, ha teljesen tiszta térbe visszük, talán még jobban teljesített volna.

Amikor egy vegyes keskenysávú rendszer (mikrofonok és fülmonitorok) és a szélessávú WMAS-rendszer összehangolása a feladat, van-e valami, amire különös figyelmet kell fordítani?

Jonas: Nem, valójában olyan lehetőségek nyílnak így meg előttünk, amelyekkel eddig nem rendelkeztünk. Hatékonyabban tudjuk hasznosítani a rendelkezésre álló spektrumot. Én személy szerint még mindig végzek néha blokk-koordinációt, így egy TV csatornán belül lesz egy keskenysávú frekvenciakoordinációm. Intermodulációs zavarszámításokat végzek a blokkokra és a blokkok kölcsönhatására vonatkozóan, így könnyedén mozgathatom a rendszereket. A WMAS rendszert nem kell belevonnom az átfogó intermodulációs számításba, csupán arra kell ügyelnem, hogy olyan blokkokba helyezzem a rendszert, amelyeket általában nem használnék az adott színpadon.

 Ezeket a blokkokat egy másik színpadon talán használnám, de semmiképp sem használnám azokat ugyanazon a színpadon… Ma azonban bebizonyosodott: ezt is meg lehet tenni.

Marco: Ezáltal a szabadság új dimenzióját tapasztalhatjuk meg – a rendelkezésünkre álló spektrumot gyakrabban és jobban hasznosíthatjuk. Tulajdonképpen az egyes dolgokat elválasztó biztonsági sávokat használjuk – a rendelkezésünkre álló összes helyet kihasználva.

Ezek a biztonsági sávok mindig egy-egy TV-csatorna méretűek?

Marco: Attól függ, hogy milyen rendszereket használok és milyen intenzíven használom a keskenysávú jeleket a TV-csatornán. Például, ha hat régebbi rádiós mikrofont használok ugyanolyan mennyiségű fülmonitorral, akkor inkább egynél több TV-csatornára van szükségem. Néha ez akár 16 MHz is lehet, mert az elülső szűrő szélessége miatt előfordulhat, hogy a rendszer nem képes blokkolni az interferenciát ezen a tartományon belül. Ezért a frekvencia figyelembevételével igyekszem a lehető legnagyobb mértékben szétválasztani az eszközöket. 16 MHz lenne a normál méret, és előfordul, hogy akár három ilyen TV-csatornára is szükség van. A WMAS használatával a rendszerek közvetlenül egymás mellé helyezhetők. Ha 8 MHz-nél keskenyebb védősávot választok, az azért nehéz ügy, mert az eddigi gyakorlat szerint mindig kellett analóg átvitellel számolnom – mivel a piacon szinte senki sem használ digitális fülmonitor-rendszert. Az analóg fülmonitor-rendszereket nem lehet egymástól egyenlő távolságra elhelyezni, és intermodulációs zavarszámítást kell végezni – a hibrid konfigurációk mindig problémákat okoznak.

A WMAS használatával mindez sokkal könnyebb lesz, mivel minden digitális, a fülmonitorokat is beleértve: minden egységet egymás mellé helyezhetek, ha éppen helyszűkében vagyok. Ez az oka annak, hogy el akartam végezni ezt a tesztet.

Gondoljátok, hogy mindig fogtok találni egy-egy 6 vagy 8 MHz-es szabad helyet a WMAS számára? Vagy találkoztatok már olyan helyzetekkel, amikor nem volt elérhető szabad TV-csatorna?

Jonas: Van a Földnek néhány olyan pontja, ahol nemigen van üres TV-csatorna, de a legtöbb helyen ez nem lesz probléma. Ha olyan helyre mész, ahol a spektrum annyira korlátozott, akkor úgyis mindig megteszed a megfelelő intézkedéseket annak érdekében, hogy a keskenysávú rendszereid működjenek. Ha pedig csak egyetlen üres TV-csatorna áll rendelkezésre, akkor a legjobb választás a jövőben a WMAS lesz, mivel ezzel a technológiával egyazon csatornába sorakoztathatjuk fel mind a fülmonitor-, mind a mikrofonrendszereket. Tehát alapvetően ez lenne a megoldás azokon a helyeken, ahol a rendelkezésre álló frekvenciaspektrum rendkívül szűkös.

Marco: És ha a TV-UHF sáv is tele lenne, akkor egyenesen egy 1.4 GHz-es WMAS rendszerre váltanék, ami nagyban megkönnyítené számomra a dolgokat.

Megosztanátok velünk esetleges további gondolataitokat a kombinált fülmonitor/mikrofon zsebeszközzel kapcsolatban?

Jonas: Ez az univerzális zsebeszköz új távlatokat nyit. Gyakran előfordul, hogy korlátozott számú eszköz (zsebadó vagy zsebvevő) áll rendelkezésedre, és alapvetően ezek használatával dolgozol. Az új technológiának köszönhetően mindig hozzáadhatunk egy-egy mikrofont egy-egy fülmonitorhoz, vagy fordítva. A kölcsönző cégeknek a rendszer rugalmasságát kihasználva a zsebadó + zsebvevő csomagok helyett csak egyfajta zsebeszközt kell tartaniuk, ezt is a korábbi különböző UHF frekvenciasávok helyett alapvetően két különböző – a TV-UHF és az 1.4 GHz-es – frekvenciatartományban.

Marco: És gondolj az ehhez kapcsolódó logisztikára. Egy-egy univerzális zsebeszköz egyetlen akkumulátort és egyetlen helyet igényel, nincs szükség nagyméretű asztalokra a zsebadók és a fülmonitorok tárolásához – egy adott eszköz, egyetlen hely, egyetlen név, egyetlen címke. Ez nemcsak a frekvenciakoordinátorok, hanem mindenki életét megkönnyíti.

Jonas: Sokak számára jelent gondot a raktározási és szállítási kapacitás is. Nem is annyira a megaturnék, mint inkább a kisebb fellépések és a repülőgépes turnék esetén.

Marco: Most egy konténerben egy 64-csatornás rendszert tudsz magaddal vinni a repülőgépen. Alul egy 1U rack-nyi helyet foglaló egység, felül a zsebeszközök, egy antenna, esetleg még egy, és már készen is állsz az indulásra. Eddig ez nem volt lehetséges.

Jonas: A mérleg másik oldalán a hagyományos RF-rendszerek, a rack hátuljából lógó vezetékkötegek, a rossz koaxkábelek okozta jelkiesés, a háromszoros ellenőrzés, hogy minden szinkronizált vevő megkapja-e a megfelelő szinteket az egész elosztó hálózaton keresztül. Minderre nincs többé szükség.

Bármilyen zárógondolat?

Jonas: A teszt során feszegetni próbáltuk a technológia határait. A legrosszabb forgatókönyv az lenne, ha a sávon belül működő egy vagy kettő, vagy a mai helyzethez hasonlóan négy interferenciaforrás kilőné mind a 64 csatornát. Valószínűleg ez a legnagyobb aggodalma azoknak, akik ebben a technológiában gondolkodnak; ez egy olyan mindent vagy semmit helyzet. Mi pedig egyértelműen tanúsíthatjuk, hogy erről szó sincs. Létrehoztunk egy lehető legrosszabb helyzetet, négy interferáló adóegységgel, és míg az a WMAS zsebeszköz, amely a legközelebb állt ezekhez az interferenciaforrásokhoz, lerobbant, a rendszer többi része továbbra is tökéletesen működött.

Marco: Csak azt a zsebeszközt érintette, amely a legnagyobb stressznek volt kitéve. Körülbelül 80 méter után kezdtem el jelkieséseket tapasztalni, mivel a zsebeszközöm csupán néhány centiméterre volt egy zavarforrásként szolgáló adóegységtől, de még így is tudtam kommunikálni. Amikor a zavarforrásként szolgáló eszközt 25 cm távolságba helyeztük, a hatótávolság több mint 100 méterre nőtt.

Jonas: A WMAS egyik vitathatatlan előnye, hogy az általunk használt tényleges vivőfrekvenciák háttérzaját szkenneljük. Ez korábban soha nem volt lehetséges.

Marco: Igen, az összes puccos spektrumanalizátorunkkal alapvetően csak azokat a frekvenciákat tudjuk mérni, amelyeket nem használunk. Mert ha valaki az egyik frekvenciánk felett működik, nem láthatjuk. Ez tény.

Jonas: A WMAS rendszerrel azonban ezt is megtehetjük. Tehát azon kívül, hogy a helyzetet rugalmasan kezelve ez a rendszer jobban képes tolerálni az interferenciát, könnyebben is képes észleli és megtalálni magát a zavarforrást.

Következtetés

A WMAS sikeresen vette a párhuzamos működéssel kapcsolatos akadályokat. Tökéletesen működött egy keskenysávú analóg fülmonitor-rendszer és egy keskenysávú digitális vezeték nélküli mikrofonrendszer között, egyik működését sem akadályozva. A WMAS alacsonyabb spektrális sűrűsége és az egyetlen keskenysávú mikrofon nyújtotta teljesítmény kulcsfontosságú szerepet játszik a barátságos együttélés tekintetében. Továbbá az a tény, hogy a WMAS-t általában egy biztonsági vagy védelmi sávban helyezzük el, azt mutatja, hogy ezzel a rendszerrel nagyobb spektrumhatékonyság érhető el. Ezáltal sokkal sűrűbb frekvenciakiosztás alkalmazható a többszínpados fesztiválokon és a rendezvényhelyszíneken általában.

Amikor egyazon sávon belül több interferenciaforrást, illetve más gyártók nem jóváhagyott frekvenciahasználatát szimuláltuk, a rendszer továbbra is rendkívül jól működött. Ezekben a helyzetekben a keskenysávú rendszerek felmondták volna a szolgálatot, ha az interferencia érintette volna az általuk használt frekvenciát. A WMAS prototípusa megbízhatóan jelezte ezeknek a keskenysávú interferenciaforrásoknak a jelenlétét, azonban felülkerekedett rajtuk.

Csak akkor jelentkezett probléma az egyik WMAS zsebeszköz működésében, amikor egy negyedik interferenciaforrást adtunk a WMAS-csatornához, és az egyazon sávon belül működő négy interferenciaforrás nagyon közel helyezkedett el egymáshoz. A WMAS rendszer többi része ekkor is stabilan működött. Ilyen esetekben, mivel a WMAS képes a sávon belüli interferencia észlelésére, a frekvenciakoordinátornak lehetősége van gyorsan megtalálni és megszüntetni az interferencia forrását.

Frekvenciakoordináció – technikai leírás (letöltés)