Elementy systemu DMX cz. 5 - wireless DMX czyli DMX bezprzewodowy

W takich rozległych systemach odległości między odbiornikami a "nadajnikami" (centrami sterowania) sygnałów DMX mierzone są w setkach metrów. Pojawiła się więc potrzeba stworzenia alternatywnej (do kablowej) metody przesyłania sygnałów sterujących. Coraz powszechniej więc na rynku dostępne są urządzenia oferujące

BEZPRZEWODOWĄ TRANSMISJĘ SYGNAŁÓW DMX

Obecnie produkowane urządzenia do bezprzewodowej transmisji sygnałów DMX są bądź "prawdziwymi" systemami radiowymi, tj. pracującymi na falach VHF, UHF lub SHF, bądź też pracującymi w oparciu o bezprzewodową technologię Ethernetową "WiFi". Aczkolwiek ta druga jest chyba jednak częściej stosowana.

Co ważne, i do czego chyba już powoli zdążyliśmy się przyzwyczaić, nie ma jednego standardu wireless DMX - ilu producentów, tyle pomysłów i rozwiązań tego problemu. Dlatego więc jeśli zdecydujemy się na zakup urządzeń jednej firmy, nie ma co liczyć, że możemy potem rozwijać swój "park maszynowy" w oparciu o sprzęt innego producenta. Albo musimy być wierni temu pierwszemu, albo wymienić cały sprzęt na nowy, innej firmy.

TRANSMISJA RADIOWA - PODSTAWOWE INFORMACJE

Na ten temat można by napisać osobny, całkiem spory artykuł (a nawet cykl artykułów), ale nie o to tu chodzi. Skoro jesteśmy przy temacie transmisji bezprzewodowej, wypada napisać choć kilka podstawowych informacji na temat techniki radiowej. Ponieważ sygnał DMX jest sygnałem cyfrowym, toteż wszystko to, co znamy (lub nie) z bezprzewodowych systemów audio tutaj w zasadzie nam się nie przyda.

Nie mamy ani pre- i deemfazy, kompanderów, ani modulacji amplitudowej. Co jednak będzie dla nas interesujące, to na pewno zasięg systemów radiowych. A zależy on od wielu czynników. Moc RF, częstotliwość operacyjna, konfiguracja anteny nadawczej i odbiorczej, warunki środowiskowe, a nawet sposób zamontowania urządzeń nadawczych i odbiorczych, to wszystko są czynniki wpływające na całkowitą efektywność transmisji.

Na przykład, gdy częstotliwość nośna rośnie, dla zachowania jednakowego zasięgu konieczne jest zwiększenie mocy RF. Niższe częstotliwości nośne nie wymagają tak dużej mocy RF, ale przekaz taki jest bardziej wrażliwy na obecność przeszkód, takich jak budynki i ściany, ponieważ wydłużenie fali nośnej powoduje zwiększenie siły odbić. A co z mocą nadajników? Użycie bezprzewodowych nadajników radiowych o właściwej mocy wyjściowej RF ma zasadnicze znaczenie dla efektywności transmisji. Panuje powszechne, aczkolwiek błędne, przekonanie, że im owa moc jest wyższa, tym lepiej. Jednak w wielu przypadkach nadmierna moc może powodować powstawanie zniekształceń intermodulacyjnych (IM), które stają się przyczyną zakłóceń w przekazie sygnału.

Moc wyjściowa RF musi być dostosowana do ograniczeń, jakie nakłada ustawodawstwo. W Stanach Zjednoczonych, na przykład, wyjściowa moc RF mikrofonów bezprzewodowych nie może przekraczać 250 mW. W większości krajów europejskich natomiast wartość ta nie przewyższa 50 mW, a w Japonii obniżona jest nawet do 10 mW. Jeśli nadajniki o wysokiej mocy wyjściowej RF pracują zbyt blisko siebie, wówczas zwykle powstaje zjawisko określane mianem intermodulacji.

Gdy tylko element nieliniowy, jak np. tranzystor, wystawiony zostaje na działanie dwóch lub więcej sygnałów o wystarczająco dużej sile, to następuje jego nasycenie, w efekcie czego pojawiają się częstotliwości harmoniczne, mogące mieszać się z częstotliwościami użytecznymi. Jednocześnie rośnie poziom zakłóceń RF w nośniku - w tym przypadku jest nim pole elektromagnetyczne. Chodzi o to, że kiedy nadajnik pracuje w bezpośredniej bliskości innego nadajnika, to transmituje nie tylko sygnał własny, ale też odbiera sygnał obcy, wprowadzając go do własnego, na etapie wzmacniania RF.

Siłę zniekształceń intermodulacyjnych determinują: poziom mocy RF oraz odległość pomiędzy nadajnikami. Jeśli dwa nadajniki pracują blisko siebie, wówczas ryzyko wystąpienia takich zniekształceń staje się bardzo wysokie. Wraz ze zwiększaniem dystansu pomiędzy nadajnikami poziom zniekształceń intermodulacyjnych maleje.

Biorąc to pod uwagę, należy uznać, że fizyczna odległość między dwoma lub więcej transmiterami ma zasadnicze znaczenie.

W PRAKTYCE

Jak wspomniałem na początku artykułu, obecnie istnieje wiele firm, które "poczuły pismo nosem" i do swojej oferty wprowadziły też urządzenia bezprzewodowej transmisji DMX. Jedną z nich jest

AVOLITES

bardziej znany jako producent sterowników (konsolet) i dimmerów. Producent ten w swoim systemie zwanym eDMX wykorzystuje technologię bezprzewodowego Ethernetu, ze specjalnymi odbiornikami zwanymi Tube, które pozwalają na odbiór sygnału WiFi z odległości do 300 m, w polu "widzenia" nadajnika. Wadą systemu jest to, iż jest on podatny na interferencje od innych sieci WiFi, zwłaszcza jeśli instalacja DMX znajduje się w obszarze dużego zagęszczenia takich sieci, np. w okolicy gdzie jest dużo biur.

W wypadku wystąpienia tego typu problemów producent sugeruje przełączenie na inny kanał WiFi, a także zaleca korzystanie z narzędzia znanego jako "network stumbler". Jest to darmowe oprogramowanie na PC-ta, które można ściągnąć ze strony www.netstumbler.com, wykrywające wszystkie sieci WiFi będące w zasięgu. "Stumbler" cały czas monitoruje te sieci, prezentując jakie kanały używają, stosunek wartości sygnału do szumu, itp. Warto "odpalić" sobie ten program na laptopie, aby na bieżąco monitorować jakie sieci bezprzewodowe WiFi są lub pojawiają się w trakcie trwania imprezy.

eDMX jest bardo wyrafinowanym systemem, pozwalającym na pracę w następujących konfiguracjach:
- typu Point to Point pozwalającej na transmitowanie jednej linii (universe) DMXowej za pomocą jednego enkodera, jednego Access Pointa WiFi typu Diversity oraz jednego dekodera.
- typu Point to Point pozwalającej na transmitowanie jednej linii (universe) DMXowej za pomocą jednego enkodera, jednego Access Pointa WiFi typu Diversity oraz wielu enkoderów podłączonych do Access Pointa.
- typu Point to Point pozwalającej na transmitowanie czterech linii DMXowych za pomocą 4 enkoderów, jednego Access Pointa WiFi typu Diversity oraz 4 dekoderów (jeden enkoder i jeden dekoder dla jednej linii).
- system pozwala również na korzystanie z więcej niż jednego Access Pointa, dzięki czemu można dzielić linie DMXowe w celu zwiększenia potencjalnej niezawodności połączenia.
- przesyłanie sygnału na większe odległości, z wykorzystaniem dodatkowych Access Pointów i łączenia ich z pierwszym AP za pomocą kabli.

Innego typu technologię proponuje producent specjalizujący się tylko w technice bezprzewodowej transmisji sygnałów DMX, czyli W-DMX, szwedzka firma

WIRELESS SOLUTION SWEDEN AB

Szwedzi stworzyli system transmisji bezprzewodowej bazujący nie na technologii bezprzewodowego LANu, ale - jak sami twierdzą - "wykorzystywanej przez armię Stanów Zjednoczonych oraz telekomunikację GSM". Co to znaczy? Np. to, że ich systemy pracują w zakresie 12,4 GHz. Ponadto nadajniki i odbiorniki są przystosowane do pracy w niesprzyjających warunkach atmosferycznych i mają zaimplementowany system RDM (Remonte Device Management).

W materiałach firmy Wireless Solution, dotyczących wykorzystywanej przez nich technologii, można znaleźć informację, iż ich system transmisji sygnałów DMX512 jest bardzo podobny do transmisji głosowych w systemach telefonii komórkowej. Pojedynczy kanał DMX512 można porównać do rozmówcy komunikującego się z innym rozmówcą, czyli ile kanałów, tylu "abonentów". Aby każdy mógł się porozumieć ze swoim rozmówcą niezbędne jest stosowanie slotów czasowych.

Zasada slotów czasowych polega, w dużym przybliżeniu, na tym, iż - każdej osobie przydzielany jest stały odcinek czasu, w którym może on się komunikować z innym rozmówcą (w przypadku DMX każdemu kanałowi przysługuje 1/512 slotu) - każda osoba może rozmawiać z inną w pewnym określonym odcinku czasowym (w DMX wynosi on 44 µs).

W systemie GSM, z uwagi na dużą częstotliwość odświeżania, każdy może rozmawiać przez 500 µs co każde 4 ms (tyle twa pojedynczy slot czasowy) i nasze ucho nie jest w stanie wyłapać tych krótkich przerw w nadawaniu. W systemie DMX512 każdy kanał transmituje swoje dane przez 44 µs, co mniej więcej 250 ms - i tutaj również nasze oko nie jest w stanie wychwycić faktu, że transmisja nie odbywa się w sposób ciągły.

Nie zagłębiając się już w dalsze szczegóły techniczne dodam tylko, iż producent utrzymuje, że ta technologia zapewnia o wiele większą niezawodność niż "tradycyjna", oparta na bezprzewodowym LAN-ie, i jest od niej znacznie mniej wrażliwa na interferencje i zakłócenia pochodzące od innych systemów.

INNI

Pośród innych, bardziej znanych producentów urządzeń bezprzewodowego DMXa wymienić można prekursora tej technologii w USA, firmę City Theatrical, która oferuje system o nazwie WDS. Jest o oparty na "tradycyjnym" protokole komunikacji bezprzewodowej 802.11B, wykorzystywanym w bezprzewodowym Ethernecie, pracującym na częstotliwości 2,4 GHz. Producent utrzymuje, że urządzenia systemu WDS w idealnych warunkach mogą komunikować się na odległość do 120 m, przy mocy nadajników 200 mW. Zastrzeżenie "w idealnych warunkach" oznacza, że odbiorniki muszą "widzieć" nadajniki i nie ma w ich otoczeniu znaczących przeszkód, np. metalowych struktur i "zanieczyszczeń radiowych", czyli innych systemów lub urządzeń emitujących sygnał RF. Tak więc realny zasięg systemu WDM może być znacznie mniejszy od deklarowanych 120 m.

Inna amerykańska firma, Interactive Technologies, produkuje Cuelink, system pracujący w paśmie 2,5 GHz. W założeniu jest on podobny do konkurentów spod szyldu Avolites czy WDM, jednak zastosowanie specjalnego nadajnika znacząco wydłuża zasięg pracy systemu. Stosując specjalne anteny można uzyskać nawet 1-kilometrowy zasięg - jeśli urządzenia znajdą się w "polu widzenia" i nie ma między nimi przeszkód, natomiast w typowych instalacjach wewnątrz budynków można pracować nawet do 460 m. System Cuelink Radio DMX nadaje i odbiera 512 kanałów, przy czym sygnał nadawany z jednego transmitera może być odbierany przez kilka odbiorników, ulokowanych w różnych miejscach. Natomiast w jednym systemie możemy użyć do 16 nadajników, co w sumie pozwala na przesyłanie maksymalnie 9.192 oddzielnych kanałów. Moc nadawania w systemie Cuelink można przełączać - do wyboru mamy 10 i 100 mW.

Oprócz Wireless Solution w Szwecji działa inna firma, również specjalizująca się w bezprzewodowych systemach sterowania oświetleniem - Lumen Radio. Jej "dziecko" to system CRMX, którego skrót można rozszyfrować jako Cognitive Radio MultipleXer, należący do rodziny systemów opartych na technologii WiFi LAN.

Ta krótka "wyliczanka" nie wyczerpuje listy producentów systemów do bezprzewodowej transmisji sygnałów DMX512 (i nie tylko, wiele z nich wspiera też inne formaty, jak np. wspomniany wcześniej RDM czy Art-Net). Ale też i nie o to chodzi w tym artykule. Celem moim było pokazanie, iż istnieje alternatywny od kablowego sposób transmisji sygnałów sterujących systemami oświetleniowymi, który - szczególnie w dużych, rozbudowanych instalacjach - oddaje nieocenione usługi.

Aczkolwiek, póki co, w systemach mobilnych (koncerty, festiwale i inne tym podobne wydarzenia), w których pracuje się na żywo, systemy kablowe są jednak bardziej niezawodne i zapewniają większy komfort pracy realizatora, który nie musi przez całą imprezę drżeć ze strachu, co będzie jak nagle wszystko zgaśnie albo urządzenia na scenie zaczną "wariować". A jeśli do tego dochodzi fakt, że impreza jest "telewizyjna", chyba nie ma jeszcze zbyt wielu zwolenników W-DMX, którzy w 100-procentach zawierzą technologii bezprzewodowej i tylko na niej zrealizują system sterowania oświetleniem.

Ale może w niedalekiej przyszłości systemy bezprzewodowe w oświetleniu będą normą, tak jak jest to obecnie w dźwięku.

Jacek Sitarski

---

Przy przygotowaniu artykułu autor korzystał m.in. z książki "Practical DMX" Nicka Mobsby’ego.