Bevezetés
A Sennheiser a WMAS (Wireless Multichannel Audio Systems) technológia kapcsán végzett kutatásainak eredményeként megalkotta a világ első kétirányú jeltovábbítást kínáló, szélessávú digitális vezeték nélküli termékcsaládját, a Specterát. A kiváló spektrumhatékonyságot, rugalmasságot és teljesítményt kínáló Spectera a hagyományos rendszerekhez képest jelentős előrelépést jelent a vezeték nélküli hangtechnológia területén. Az egyetlen TV-csatornán belül létesíthető nagyszámú hangkapcsolat, a multicast átviteli technológián alapuló fülmonitor rendszer, valamint a változatos hangzásmódok vonzó megoldássá teszik a Specterát a különböző összetett kihívásokat támasztó professzionális hangosítási környezetekben.
De vajon mi történt a frekvenciaszabályozás és -szabványosítás világában, ami a Spectera megszületéséhez vezetett?
WMAS — Egy ízig-vérig Sennheiser innováció
Rengeteg mérnöki munkára, jogi megfontolásra és szabályozó tevékenységre van szükség, amíg egy újfajta vezeték nélküli átvitel ötletéből egy piacon értékesíthető termék születik. Ez utóbbi különösen igaz a WMAS rendszerre, amely annak a keskenysávú átviteli sémának az elhagyását jelenti, melyet az 1950-es évek vége óta kötelező módon használnak – amióta a vezeték nélküli mikrofontechnológia a műsorszórás és az élőhangosítás területén népszerűvé vált.
A harmonizált ETSI EN 300 422 szabvány határozza meg a rádióspektrumhoz való hozzáférés azon alapvető követelményeit és vizsgálati eljárásait, melyeket a piacra lépéshez minden vezeték nélküli mikrofonnak, illetve fülmonitor-rendszernek teljesítenie kell. Bár ez a szabvány önmagában nem határoz meg konkrét technológiát — technológiasemlegesnek kell lennie — mégis technológiai innovációs törekvések vezérlik. Valójában az EN 300 422 a vezeték nélküli mikrofonok, a fülmonitorok és a WMAS rendszerek világszerte leggyakrabban idézett piacra jutási szabványa.
A Sennheiser vezető közreműködője volt az ETSI EN 300 422 felülvizsgálatának. A cég 2014. december 12-én az ETSI szakbizottság ERMTG17WG3 (14)011015 számú dokumentumán keresztül vezette be a WMAS kifejezést.
A Sennheiser ebben a dokumentumban a WMAS vezeték nélküli többcsatornás audiorendszereket vezeték nélküli konferenciarendszerként használható professzionális alkalmazásként javasolta felvenni az EN 300 422 szabványba. Ugyanitt fejtette ki azt is, hogy „a 470 MHz felett működő rendszerek alkalmazkodni fognak az adott TV-csatorna sávszélességéhez, valószínűleg az OFDM technológiát használva TDMA rendszerként, amely az adott csatorna sávszélességére méretezhető”.
2015 nyarán a Sennheiser az ERMTG17WG3(15)000003 jelű közleményben tovább részletezte a szélessávú technológiák (pl. az OFDM technológia WMAS-hoz való) használatát, és élőhangban történő alkalmazását. Ez a dokumentum fektette le a Sennheiser Spectera termékcsalád számos kulcsfontosságú jellemzőjének alapjait, és inspirálta a WMAS-t kutató egyéb hangtechnikai gyártócégeket is, hogy piacra lépjenek.
Szabályozási és szabványosítási területen ez a két dokumentum tekinthető a WMAS „születési anyakönyvi kivonatának”.
Ezt követően a Sennheiser fontos szerepet játszott a WMAS rendszerre vonatkozó ETSI TR 103 450 referenciadokumentum első verziójának kidolgozásában is. Ez a kulcsfontosságú referenciadokumentum azt javasolta a CEPT bizottság számára, hogy szüntessék meg a sávszélesség-korlátozásokat a kulcsfontosságú PMSE (műsorgyártás és különleges események) hangfrekvencia-sávokban.
A Sennheiser, mint az egyetlen gyártó, aki akkoriban képes volt teljesen működőképes WMAS prototípussal szolgálni a hatóságok felé, döntő szerepet játszott a technológiában rejlő lehetőségek bemutatásában. Ezek az erőfeszítések az ERC Rec 70-03 ajánlás 10. mellékletének sikeres felülvizsgálata formájában hozták meg gyümölcsüket, amely 2018-ban megszüntette a PMSE sávszélesség-korlátozásait a CEPT régió (Európa) vonatkozó sávjaiban.
Ennek a korszakalkotó eredménynek köszönhetően nyílt meg az út a Sennheiser előtt azon szabályozási folyamatok elindítására, amelyek célja, hogy a WMAS világszerte sikert arasson, és a professzionális audioalkalmazások eredményes spektrumhasználata terén új időszámítás indulhasson. Az FCC jóváhagyási folyamatának elindításához a Sennheiser 2018 augusztusában „szabályalkotási petíciót” nyújtott be az Egyesült államokban, amely 2024. október 18-án a szövetségi nyilvántartásban felsorolt végleges szabályokkal zárult.
WMAS – egy a spektrumot hatékonyan használó, működése és munkafolyamatai révén jelentős eredményességjavulás támogató technológia
A rádióberendezésekről szóló irányelv (RED) 3. cikkének (2) bekezdése előírja, hogy a rádióberendezéseket úgy kell kialakítani, hogy azok a káros interferencia elkerülése érdekében hatékonyan használják a rádióspektrumot, valamint támogassák annak eredményes használatát.
Fejtsük ki a fontosabb fogalmak jelentését.
Peter Drucker éleslátó megjegyzése szerint: „Az eredményesség azt jelenti, hogy jól csináljuk a dolgokat. A hatékonyság azt jelenti, hogy a megfelelő dolgokat csináljuk.” Mindez a spektrumgazdálkodás nyelvére lefordítva:
- A hatékony használat a spektrum megfelelő módon történő használatát jelenti – olyan megfelelő technológiák és megközelítések alkalmazását, amelyek a rendelkezésre álló spektrumforrásokat jól használják ki.
- Az eredményes használat azt jelenti, hogy optimalizáljuk a spektrum felhasználásának módját – maximalizáljuk a kapacitást és minimalizáljuk a veszteséget.
A RED megköveteli az európai gyártóktól, hogy olyan berendezéseket tervezzenek, amelyek hatékonyan használják a spektrumot (megfelelő megközelítés), és támogatják annak eredményes kihasználását (megközelítés optimalizálása).
A káros interferencia veszélyezteti a többi spektrumhasználó eszközeinek működését. Ez szándékos és nem szándékos forrásokból (pl. hamis RF-kibocsátásokból és hibás berendezésekből) is származhat. A helyzet súlyossága többek között az átviteli teljesítménytől és a frekvenciától függ.
A WMAS rendszerre vonatkozó referenciadokumentum (ETSI TR 103 450) a spektrumhasználat hatékonyságát a foglalt spektrum egy MHz-ére jutó hangcsatornák számában határozza meg, és a WMAS spektrumhasználatának eredményeit és előnyeit annak megvalósításától függően taglalja.
A hatékony használat fő mozgatórugója a nagyobb működési sávszélesség, amit a WMAS a fejlett modulációs technikáknak (pl. OFDM) és a különféle hozzáférési sémáknak (pl. TDMA vagy FDMA) köszönhet. A nagyobb sávszélességben való működés – melyet kisebb spektrális teljesítménysűrűség és hatékonyabb interferencia-kivédés jellemez – különösen előnyös zsúfolt frekvenciakörnyezetben (pl. West End és Broadway), mivel egy adott területen több felhasználó is tevékenykedhet a káros interferencia kockázatának növelése nélkül. Továbbá a nagyobb sávszélesség elegendő kapacitást biztosít a többirányú (fülmonitor, mikrofon) hangátvitel, a különféle eszközök, valamint a vezérlő- és kezelőberendezések számára, miközben megoldást kínál az RF-fading jelenséggel szemben és az RF-csatorna tulajdonságainak hatékonyabb kihasználására.
Az eredményes használat főbb pillérei a kétirányú kommunikáció által támogatott funkciók, melyek a már ismert munkafolyamatokon túl új és még hatékonyabb megközelítéssel ösztönzik a spektrum optimálisabb kihasználását: A WMAS rendszer egyetlen RF-csatornájában megvalósított kétirányú átvitel a távvezérlést és -kezelést is lehetővé teszi, méghozzá további infrastruktúra alkalmazása nélkül. A rendszert rugalmas eszközkonfiguráció és dinamikus audio-erőforrás hozzárendelés jellemzi (a Multicast csoportos küldést is beleértve), miközben a vezeték nélküli mikrofonok és fülmonitorok egyetlen rendszerarchitektúrába, egyetlen eszközbe és egyetlen szélessávú RF-csatornába integrálhatók. Továbbá a kétirányú WMAS rendszerben az adóegységek tudják, hogy jeleiket egy vevőegység tervezi venni.
Ezen előnyöknek köszönhetően a rádióspektrum hatékonyan (fejlett átviteli technikák alkalmazásával) és eredményesen (optimális spektrumkihasználás mellett) használható, a RED irányelv követelményeihez igazodva.
A Sennheiser Spectera egy tökéletesen megvalósított, kétirányú átvitelt kínáló WMAS rendszer, az ETSI TR 103 450 által előrevetített spektrumhasználat összes előnyének biztosításával.
Spectera – a hagyományos többcsatornás rendszereken messze túlmutató, forradalmi megoldás
A hagyományos többcsatornás rendszerek akár több rack-et is megtöltő mikrofon vevőegységekből és fülmonitor adóegységekből, továbbá számos vezeték nélküli mobileszközből (pl. kézimikrofon vagy zsebadó, illetve fülmonitor zsebvevő) állnak. A vevőegység-blokkolás miatt fellépő teljesítményproblémák kivédése érdekében a vezeték nélküli fülmonitor adóegységeket, illetve mikrofon vevőegységeket általában külön rack-be szerelik, az előadók pedig övük ellenkező oldalán viselik a fülmonitor zsebvevőt és a mikrofon zsebadót.
Egy-egy adó-vevő párhoz jellemzően egyetlen dedikált és megfelelően koordinált RF vivőfrekvenciát alkalmaznak. A nagyobb csatornaszámmal rendelkező rendszerek jelentős méretűek, valamint kezelés és felügyelet szempontjából nehézkesek lehetnek. A hagyományos vezeték nélküli mikrofonrendszereknél a hangteljesítmény rögzített, vagy legfeljebb használatot megelőzően a két üzemmód egyikének kiválasztásával szabályozható.
A fülmonitorokat és a mikrofonokat általában jól elkülönített TV-csatornákban kell elhelyezni és egyedileg koordinálni, így a hagyományos rendszerekben mindig legalább két TV-csatornára van szükség, hogy a fülmonitor vevőegység mikrofon adóegység általi blokkolása elkerülhető legyen.
Napjainkban a fülmonitor használata szinte alapértelmezettnek számít, ezért művészenként általában legalább egy-egy mikrofon-, illetve hangszercsatornával és egy sztereó/kettős monó fülmonitorral számolnak. Így művészenként három, esetenként akár négy hangcsatorna használatát is feltételezhetjük.
Az analóg technológia MHz-enként jellemzően egyetlen hangcsatornát alkalmaz, mivel az analóg eszközökben használt nemlineáris teljesítményerősítőknél elengedhetetlen az intermoduláció-mentes elhelyezés. Digitális keskenysávú technológiánál lineáris teljesítményerősítők használata esetén lehetőség van a frekvenciák egyenletes elhelyezésére, ami MHz-enként 1,5-3,2 csatornát biztosít. Mivel a mikrofonokat és a fülmonitorokat külön TV-csatornákban kell elhelyezni, átlagosan 2 hangcsatornát használhatunk MHz-enként.
Sajnos a keskenysávú rendszerek frekvenciakoordinációjánál általános gyakorlat, hogy a jelenlét érzékeltetése miatt akkor is bekapcsolják az eszközöket, ha azok ténylegesen nincsenek használatban. Ne feledjük, hogy az eszközök mindegyike saját dedikált és koordinált frekvenciát kap, melynek foglalása – az igényelt erőforrás „védelme” érdekében – gyakran szükségessé válik.
| Hangcsatornák száma (MHz-enként) | ||
| TV-csatorna sávszélesség | 6 MHz | 8 MHz |
| Analóg fülmonitor (mono vagy sztereó), B=200 kHz | 7 vagy 14 (1,2-2,3) | 8 vagy 16 (1-2) |
| Digitális mikrofon, B=200 kHz, 600 kHz távolság | 9 (1,5) | 12 (1,5) |
| Digitális mikrofon, B=200 kHz, 300 kHz távolság | 19 (3,2) | 25 (3,1) |
| Spectera (bármely mikrofon/fülmonitor kombináció) | Max. 64 (10,7) | Max. 64 (8) |
A Spectera lehetővé teszi, hogy a fülmonitorok és mikrofonok bármely kombinációját egyetlen 6 vagy 8 MHz-es TV-csatornába telepítsük, ami akár 8 vagy 10,7 hangcsatorna/MHz hatékonyságot is jelent. Tehát ha egy olyan helyre kerülnénk, ahol mindössze egyetlen TV-csatorna állna a hang rendelkezésére, a Spectera lenne az ideális megoldás, mivel ez a fülmonitorok és mikrofonok párhuzamos használatát, valamint az eszköz-erőforrások idővezérelt elosztását is lehetővé teszi.
Amiért a kevesebb néha több
A Spectera termékcsalád többcsatornás alkalmazásokhoz készült, így egy 6 vagy 8 MHz-es blokkot foglal. Ez első hallásra úgy tűnhet, mintha a spektrum nagyrészét foglalná, különösen akkor, ha valaki a hagyományos beállítási módokhoz és képességekhez szokott. Közelebbről megvizsgálva azonban láthatjuk, hogy egy hagyományos keskenysávú technológiát használó három-/négytagú zenekar is pontosan ennyit igényel. Hiszen a fülmonitorokkal együtt 12-16 audio kapcsolatra van szükségük, így 2 csatorna/MHz-cel számolva 6-8 MHz-et kapunk.
Egy teljes Spectera rendszer átviteli teljesítménye akkora, amekkorát a keskenysávú technológia egyetlen adó esetében alkalmaz (jellemzően 50 mW ERP). A Spectera nagyobb sávszélességben való működése csökkenti a spektrális teljesítménysűrűséget, ami megkönnyíti egy-egy RF-csatorna újrafelhasználását. A keskenysávú audiokapcsolatokkal ellentétben a Spectera RF átviteli teljesítménye nem adódik össze az érintett eszközök számának növekedésével. Visszautalva a rádióberendezésekről szóló irányelvre (RED) és annak követelményeire, a rendszernek „a káros interferencia elkerülése érdekében támogatnia kell a spektrum eredményes használatát” – ami mindössze annyit jelent, hogy a rendszer egy-egy helyszínen vagy működési területen okosan használja az átviteli teljesítményt és a rendelkezésére álló spektrumot.
Ezenkívül a Spectera multicast IEM funkciója RF-vivőfrekvenciánként akár 128 eszköz számára is elérhetővé teszi ugyanazt a titkosított hangforrást. Ez a multicast funkció jó példa arra, hogyan segíti a Spectera a kezelőszemélyt a spektrum eredményes kihasználásában:
Lehetséges forgatókönyv: egy kiváló minőségű SeDAC kodekkel egy 16-fős táncegyüttes sztereóban és 0,7 ms késleltetéssel hallgathat egy multicast mixet, miközben a rendszer kapacitásának mindössze 25%-a kerül felhasználásra. Így az RF-vivőfrekvencia kapacitásának 75%-át más célokra, például énekhez, hangszerekhez és talkback kapcsolathoz használhatjuk.
Általánosságban elmondható, hogy a Spectera eszköz egy vagy több hangcsatornát támogat. A SEK zseb-adóvevő 1 mikrofoncsatornát és 2 monó fülmonitor-csatornát támogat (sztereó = kettős monó). A mikrofon és a fülmonitor hangzásmódja egymástól függetlenül és egyidejűleg is állítható. A beállítás eszközönként egyedileg végezhető, a későbbiekben pedig távolról is bármikor módosítható.
A Spectera egyes hangzásmódjai a késleltetés, a kodektartomány (így az adatátviteli sebesség), valamint az akku üzemideje tekintetében különböznek egymástól. Egyes üzemmódok csak a fülmonitorra vagy a mikrofonra, mások mindkettőre alkalmazhatók.
Lehetséges forgatókönyv: egy bázisállomás 16 sztereó fülmonitort (= 32 hangcsatorna) biztosít 1,6 ms késleltetéssel – a SeDAC kodek és a standard tartomány használatával. Alternatív lehetőségként a bázisállomás 32 sztereó fülmonitort (= 64 hangcsatorna) biztosít 2,7 ms késleltetéssel – a SeDAC kodek és a standard tartomány használatával. Megjegyzés: a Spectera multicast IEM funkciója RF-vivőfrekvenciánként akár 128 eszköz számára is elérhetővé teszi ugyanazt a titkosított hangforrást.
Továbbá, ha nem rendelünk hozzá hangzásmódot egy-egy eszközhöz, akkor az nem használ spektrumforrásokat a hanghoz. Így hang hozzárendelése nélkül a SEK párosított eszközként működhet: csak mikrofonként, mono fülmonitorként, mono fülmonitor + mikrofonként, sztereó fülmonitorként vagy sztereó fülmonitor + mikrofonként. Minden hangzásmód- és eszköz-hozzárendelés távolról módosítható – dióhéjban: egy igazi hangtechnikai újításról beszélhetünk.
Linkek:
https://www.etsi.org/deliver/etsi_en/300400_300499/30042201/02.02.01_60/en_30042201v02 0201p.pdf
https://www.etsi.org/deliver/etsi_tr/103400_103499/103450/01.02.01_60/tr_103450v010201p.pdf
https://fcc.report/ELS/Sennheiser-Electronic-Corporation/1697-EX-ST-2018/217080.pdf
