Systemy bezprzewodowe. Temat zawsze „na czasie"

Z uwagi na ten fakt niektórzy artyści, po odbyciu zamorskiego „tourne”, przywozili czasem do kraju tego typu urządzenia. Jednak – z oczywistych względów – większość z nich kupowała raczej te najtańsze modele, nie zdając sobie sprawy, iż szybko staną się one dla właściciela źródłem wielu przykrych niespodzianek. Dziś trudno już chyba nawet wyobrazić sobie koncerty czy programy telewizyjne bez zastosowania urządzeń do bezprzewodowego przesyłu sygnałów audio. Bezprzewodowe mikrofony oraz nadajniki przekazujące sygnał z instrumentów, a także bezprzewodowe systemy osobistego odsłuchu niemal z dnia na dzień szturmem wdarły się do powszechnego użycia i pojawiają się we wszystkich, obecnie już nie tylko w wysokobudżetowych produkcjach.

Zanim jednak zaprzyjaźniliśmy się z tą technologią, a kolejno konstruowane systemy „dorosły” i stały się w pełni funkcjonalne, musiało minąć kilka ładnych dziesięcioleci, usianych zdarzeniami, które jak nocny koszmar spędzały sen z oczu wielu realizatorom dźwięku.

NIECO HISTORII

Na początku był... „Transistophone”. Urządzenie to zaprojektowane zostało przez doskonale dziś znaną, niemiecką firmę Beyerdynamic, a jego produkcję rozpoczęto w 1962 r. Transistophone był w swoim czasie urządzeniem rewolucyjnym, ale z wielu oczywistych dziś powodów niestety również mało funkcjonalnym. Bez żadnego ryzyka można pokusić się o stwierdzenie, że pierwsze systemy bezprzewodowe zasadniczo nie nadawały się do profesjonalnego zastosowania. Jako usprawiedliwienie weźmy jednak pod uwagę to, że możliwości techniczne były wówczas mocno ograniczone, a technologie oraz cała wiedza w tej dziedzinie dopiero powstawała i była wówczas na etapie raczkującego niemowlaka. Mankamenty tych urządzeń nie zmieniają też faktu, że oto w 1962 roku pierwszy krok został poczyniony i – co ważne – zrobiono go we właściwym kierunku.

W 1975 roku nowojorski inżynier, Ken Schaffer, uczestniczący w amerykańskiej trasie koncertowej grupy The Rolling Stones, zaprezentował prototyp urządzenia własnej konstrukcji, służącego do bezprzewodowej transmisji sygnału audio. Schaffer postanowił przetestować swoje urządzenie „na polu walki”, czyli w warunkach regularnej trasy koncertowej. Ku ogromnemu zaskoczeniu techniki oraz członków grupy The Rolling Stones okazało się, że testowany prototyp był wolny od wszystkich problemów technicznych, towarzyszących innym konstruowanym ówcześnie systemom bezprzewodowym, których główną bolączką były częste spadki poziomu sygnału, kiepska dynamika oraz znaczna degradacja jakości przekazywanego dźwięku. System, którego przed zjawieniem się Schaffera ze swoim „wynalazkiem” używał Mick Jagger, nie wyróżniał się niczym in plus spośród innych budowanych w tamtych latach urządzeń. Poza koniecznością borykania się z problemami technicznymi, dotyczącymi samej transmisji, dochodził jeszcze problem kiepskiego brzmienia głosu Jaggera, które wynikało z kiepskiej dynamiki prezentowanej przez urządzenie.

Testowany przez Schaffera prototyp wyraźnie różnił się (na korzyść) naturalnością brzmienia przetwarzanego dźwięku. W tym miejscu trzeba powiedzieć, że Ken Schaffer był na owe czasy osobą niezwykle biegłą w sprawach technicznych z zakresu projektowania transmisji radiowej. Posiadał też ogromną wiedzę w sferze funkcjonowania studiów nagraniowych, a także niespotykaną intuicję, która w połączeniu z całą posiadaną wiedzą pozwalała mu na skuteczne rozwiązywanie problemów dotyczących bezprzewodowego przesyłu sygnałów audio.

Po udanych testach prototypu Schaffer zorganizował jego regularną produkcję we współpracy z firmą Vega Corporation. Wynikiem tej kooperacji był oficjalnie wprowadzony na rynek w 1976 roku system gitarowy o nazwie SVDS, czyli Schaffer-Vega Diversity System, a już w 1977 roku uruchomiono produkcję wersji tego systemu wyposażoną w nadajnik ręczny (handheld).

Jak już wcześniej wspomniałem, urządzenia marki Schaffer-Vega nie tylko rozwiązywały problemy brzmieniowe, z którymi nie mogli poradzić sobie konstruktorzy pracujący dla producentów innych systemów bezprzewodowych w tamtym okresie, ale też zapewniały niezawodność działania oraz dużą swobodę poruszania się podczas koncertów na rozległych, wielopoziomowych scenach. Dzięki tym zaletom szybko stały się one bardzo popularne i były z powodzeniem używane w późnych latach 70. i wczesnych 80. przez wiele popularnych grup rockowych. Jednymi z pierwszych grup, które, oprócz The Rolling Stones, sięgnęły po gitarowe systemy SVDS były Kiss, Electric Light Orchestra oraz AC/DC.

Oprócz wspomnianej zalety systemów bezprzewodowych, jaką jest swoboda poruszania się po scenie, grupa Kiss zdecydowała się na bezprzewodowe systemy SVDS również ze względów bezpieczeństwa. Jednym z czynników, który zaważył na podjęciu decyzji o wprowadzeniu systemów bezprzewodowych, był nieszczęśliwy wypadek, który bez mała nie zakończył się tragicznie. Podczas jednego z koncertów gitarzysta grupy, Ace Frehly, po dotknięciu metalowego elementu konstrukcji sceny został porażony prądem elektrycznym, tracąc przytomność. Przyczyną była różnica potencjałów pomiędzy wspomnianym elementem sceny a strunami jego gitary, uziemionymi poprzez kabel gitarowy oraz obudowę wzmacniacza.

Decyzja o wyborze bezprzewodowych mikrofonów oraz systemów gitarowych w poważnym stopniu eliminowała możliwość powtórzenia się podobnego zdarzenia w przyszłości.

Pierwszym transmisyjnie stabilnym i bardzo przyzwoicie brzmiącym mikrofonem bezprzewodowym był produkt Vega Mark IV R-42 RCVR PRO-PLUS. Nadajnik ręczny tego systemu wyposażony został w kapsułę pojemnościową, seryjnie produkowanego przez firmę Shure mikrofonu SM87. Na owe czasy był to jakościowo dobry sprzęt, a do tego w umiarkowanej cenie.

W stosunkowo niedługim czasie produkty firmy Vega zaczęły zdobywać w USA coraz większą popularność. Wielokanałowe systemy, pracujące jeszcze w zakresie VHF, zaczęto coraz częściej wykorzystywać w różnych produkcjach – od wschodniego do zachodniego wybrzeża. Jednymi z pierwszych, którzy docenili i wykorzystali zalety, a także stworzyli grono użytkowników wielokanałowego systemu mikrofonów bezprzewodowych, byli dźwiękowcy pracujący przy realizacji musicali na Broadway’u.

Nowa era dla systemów bezprzewodowych nastała jednak dopiero w momencie, gdy postępujący dynamicznie rozwój różnych dziedzin nauki pozwolił na wprowadzenie do procesu produkcji wielu nowinek technicznych, jak możliwość komputerowego projektowania układów elektronicznych, wykonywanie obwodów drukowanych oraz miniaturyzacja podzespołów, przy jednoczesnym, wyraźnie zauważalnym wzroście jakości ich parametrów.

Niestety, używanie systemów bezprzewodowych to nie przysłowiowa „bułka z masłem”. Jednym z powodów jest to, że doprowadzenie rozbudowanego, wielokanałowego systemu bezprzewodowego do stanu, w którym będzie on poprawnie pracował w warunkach współczesnej produkcji wymaga zarówno specjalistycznej wiedzy, jak też i sporego praktycznego doświadczenia.

Dlaczego? Otóż dlatego, że systemy bezprzewodowe, a więc tandem w postaci odbiornika z nadajnikiem ręcznym (handheld) lub odbiornika z nadajnikiem zawieszanym na elementach odzieży (body-pack), to miniaturowe urządzenia nadawczo-odbiorcze, przekazujące pomiędzy sobą sygnał za pomocą transmisji fal radiowych, ze wszystkimi konsekwencjami, a więc nie tylko zaletami, ale i mankamentami typowymi dla tego rodzaju transmisji. Nadajnik współpracuje tu bezpośrednio z profesjonalną kapsułą mikrofonu (lub innym źródłem sygnału audio – na przykład gitarą elektryczną), natomiast wyjście odbiornika przystosowane zostało do bezpośredniej współpracy z wejściem mikrofonowym lub liniowym konsolety albo wzmacniacza instrumentalnego.

Współpraca nadajnika z odbiornikiem, którą nazywamy transmisją, jest ekwiwalentem kabla mikrofonowego lub gitarowego, a więc teoretycznie nie powinna mieć wpływu na jakość dostarczanego do wzmacniacza lub konsolety sygnału audio i zwykle zauważalnego wpływu nie ma, o ile transmisja ta nie zostanie niczym zakłócona.

Zdecydowanie najważniejszym komponentem systemu bezprzewodowego jest odbiornik, a to z uwagi na fakt, że od profesjonalnego systemu wymaga się, by – przy spełnieniu określonych warunków – działał niezawodnie na odległość od 150 do 300 metrów. Czynnikami, które najczęściej i w największym stopniu wpływają na ograniczenie w pracy systemów bezprzewodowych – jeśli wymienimy je w skali największej szkodliwości – są interferencje, odbicia oraz ograniczony zasięg.

Mówiąc szczerze, mikrofony bezprzewodowe raczej rzadko stosowane są w aplikacjach, w których przyczyną problemów w ich działaniu mógłby być ograniczony zasięg. Znacznie częściej problemy w działaniu tych urządzeń powodowane są przez interferencje oraz odbicia sygnału.

CZYM SĄ ZATEM INTERFERENCJE?

Interferencje są zjawiskiem powstawania nowego, przestrzennego rozkładu amplitudy fali (czyli wzmocnienia i wygaszania), wynikającego z nakładania się dwóch lub więcej fal. Często ich przyczyną jest też oddziaływanie niektórych urządzeń cyfrowych, gdyż wiele z nowoczesnych urządzeń cyfrowych, takich jak procesory efektów, korektory, laptopy, telefony komórkowe itp. korzysta z zegara taktowanego wysoką częstotliwością, generując zakłócenia radiowe RFI (ang. Radio Frequency Interference). Są to wysokiej częstotliwości impulsy, mogące powodować zakłócenie przesyłanego sygnału. Zaskakujące jest to, że zwykle nikt nie spodziewa się „zagrożenia” ze strony tego typu urządzeń, a tym samym umieszcza je na samym końcu listy źródeł ewentualnych zakłóceń. Dzieje się tak dlatego, że urządzenia te pracują zwykle bez zarzutu i dopiero w odniesieniu do systemów bezprzewodowych wykazują swoje „terrorystyczne” oddziaływanie.

Objawy cyfrowych zakłóceń bywają różne. Mogą to być pojawiające się dźwięki typu syczenie, bzyczenie, zmieniająca się „pływająco” podstawa szumu, a nawet niewytłumaczalne zmiany zakresu emisji. Środkiem zaradczym, pozwalającym na uniknięcie tego typu problemów, jest trzymanie systemów bezprzewodowych możliwie jak najdalej od sprzętu cyfrowego. Pomocnym może okazać się też odseparowanie kabli zasilających, kabli antenowych oraz kabli sygnału audio od kabli zasilających, a także prowadzących sygnały audio do sprzętu cyfrowego.

Innym zagrożeniem o podobnym charakterze są zakłócenia intermodulacyjne. Wynikają one – mówiąc najprościej – z mieszania się w odbiorniku dwóch silnych sygnałów o różnych częstotliwościach, czego efektem jest powstanie jeszcze innego sygnału (wirtualnego), który identyfikowany jest wyłącznie przez dany odbiornik. Są to typowe zakłócenia powodowane przez inny system bezprzewodowy, nadajnik radiowy o większej mocy lub system bezprzewodowy, w połączeniu z sygnałem TV. Dla osoby o niewielkim doświadczeniu w pracy z systemami bezprzewodowymi opisana sytuacja może stanowić spore zaskoczenie, gdyż zakłócenia pojawiają się pomimo faktu, że systemy pracują na wolnych kanałach.

Podstawowym sposobem na rozwiązanie tego problemu jest przestrojenie „zainfekowanych” odbiorników na inne wolne częstotliwości. Niestety, zabieg ten nie gwarantuje całkowitego pozbycia się kłopotu, gdyż praktycznie każda dowolnie wybrana częstotliwość może oddziaływać na inną, a więc zmiana częstotliwości rozwiązuje jeden problem, a jednocześnie może stać się przyczyną następnego lub kilku nowych. Ważnym jest to, aby podczas wyszukiwania użytecznych częstotliwości wszystkie systemy, które mają być używane do realizacji danego przedsięwzięcia, zostały włączone i pracowały do zakończenia całego procesu strojenia. Jest to metoda bardzo skuteczna, która pozwala obserwować, czy kolejny strojony system nie interferuje z uruchomionymi wcześniej. Inny sposób działania może szybko okazać się frustrujący, gdyż wprowadzane zmiany będą wymuszać wprowadzanie kolejnych zmian oraz korekty dla odbiorników, które pojedynczo działały wcześniej bez zarzutu.

Tu pozwolę sobie na pewną, małą dygresję... Jeżeli nie ma się odpowiedniego doświadczenia w przydzielaniu kanałów dla systemów bezprzewodowych, to – mówiąc kolokwialnie – lepiej jest dać sobie z tymi działaniami spokój i poprosić o pomoc kogoś, kto takie doświadczenie posiadł, a także zna spektrum VHF/UHF możliwe do używania na danym terenie.

Dobrym punktem wyjściowym przy posługiwaniu się systemami bezprzewodowymi jest wcześniejsze zrobienie rozeznania odnośnie nadajników pracujących na danym obszarze. Przypomnę w tym miejscu, że od ubiegłego roku pojawiły się nadajniki DVB-T (nadawanej naziemnie telewizji cyfrowej), których obecność należy brać również pod uwagę. Informacje o ich rozmieszczeniu oraz danych emisyjnych bez problemu dostępne są w sieci, więc nie widzę potrzeby, żeby powielać te informacje.

Systemy bezprzewodowe nie powinny być nigdy używane na częstotliwościach przeznaczonych dla TV. Nie chodzi w tym momencie tylko o ryzyko zakłócenia pracy systemów, ale o fakt, że zabrania tego prawo!

Wracając do strojenia... Kiedy jest się przekonanym, że wybrany został odpowiedni kanał, wskazane jest, żeby sprawdzić go za pomocą skanera częstotliwości lub dostrojonego do niego odbiornika. Najlepiej jest, gdy uda się przeprowadzić tę czynność w porze komunikacyjnego szczytu, kiedy na danym terenie aktywnych jest najwięcej urządzeń, a tym samym prawdopodobieństwo występowania interferencji jest maksymalne. Ma to szczególne znaczenie, gdy używa się rozbudowanego, wielokanałowego systemu, lub gdy nawet niezbyt złożony system ma być wykorzystywany na obszarze, który charakteryzuje się obecnością wielu innych, silnych sygnałów radiowych. Warto w takiej sytuacji wesprzeć się dobrej klasy skanerem lub profesjonalnym oprogramowaniem komputerowym, gdyż prawdopodobieństwo wystąpienia problemów wykładniczo wzrasta wraz ze wzrostem liczby silnych sygnałów radiowych. Powtórzę więc jeszcze raz to, o czym wspomniałem wcześniej – jest to zajęcie dla profesjonalisty.

SKĄD SIĘ BIORĄ ODBICIA?

Sygnały radiowe, zarówno w zakresie VHF, jak i UHF, są odbijane przez różne metalowe obiekty znajdujące się w otoczeniu – zwłaszcza obiekty o dużych płaszczyznach. Do anteny odbiornika dociera zatem sygnał emitowany bezpośrednio przez nadajnik, a także sygnał lub kilka sygnałów stanowiących jego odbicia. Sytuacją korzystną jest taka, gdy wszystkie docierające sygnały są zgodne fazowo, bo zachodzi wówczas zjawisko sumowania się tych sygnałów. Znacznie gorzej jest, gdy sygnały te są przesunięte w fazie, bo dochodzi w takiej sytuacji do – niekiedy bardzo znaczącego – znoszenia się tych sygnałów, co jest najczęściej powodem zniekształceń i wprowadzania szumu. Najgorszą jest jednak taka sytuacja, gdy sygnały są przesunięte w fazie o 180 stopni, a do tego prezentują porównywalną wartość. Zachodzi wówczas zjawisko niemal idealnego znoszenia się tych sygnałów. Należy tu jeszcze dodać, że skala relacji fazowych pomiędzy odbiciami a falą bezpośrednią zmienia się w czasie wraz z przemieszczaniem się nadajnika. Zależy więc ona zarówno od zmiany jego położenia względem obiektów odbijających, jak też i odległości do odbiornika, a ściślej mówiąc, odległości do jego anteny. Przemieszczający się z nadajnikiem wykonawca może więc wchodzić i opuszczać strefy, w których pojawia się silna redukcja sygnału. Będzie to słyszalne jako zniekształcenie dźwięku lub też gwałtowny przyrost poziomu szumu. Jeżeli wykonawca przemieszcza się szybko, gwałtowny szum pojawi się również, tylko będzie on krótszy. Zauważmy, że miejsca te nie są „martwymi strefami”, pozbawionymi sygnału. Jest w nich wiele sygnałów, tyle że niektóre z nich są niezgodne fazowo i dlatego samoistnie się znoszą.

Prawidłowa emisja fal radiowych wymaga swobodnej przestrzeni – zarówno wokół anten, jak też i na „trasie” podróżowania fal. Zasada ta dotyczy w tym samym stopniu nadajnika, jak i odbiornika. Z uwagi na powyższe wszelkie przeszkody napotykane na drodze będą osłabiały emisję sygnału. Jak wcześniej powiedziałem, dotyczy to wszelkiego rodzaju metalowych przedmiotów o rozległych powierzchniach. Te mogą powodować osłabienie transmisji, a także ograniczać zasięg, wprowadzać zniekształcenia itd.

 

Dla transmiterów typu „body-pack” ważnym jest, aby antena znajdowała się na zewnątrz, w otoczeniu wolnej przestrzeni. Stykanie się anteny z ciałem ludzkim (słony pot), ukrywanie jej pod warstwą garderoby (zwłaszcza posiadającej metalizowane nitki) czy w kieszeni może doprowadzić nawet do całkowitego zaniku transmisji. Równie ważnym jest, by antena nie stykała się z kablem mikrofonu ani też z obudową nadajnika. Podyktowane zabobonną wiarą zabezpieczanie „wątłej” anteny przed przypadkowym uszkodzeniem poprzez przyklejanie jej do obudowy nadajnika lub do kabla mikrofonu może również doprowadzić do zaniku emisji. Jeśli artysta używa jednocześnie dwóch systemów bezprzewodowych (np. IEM oraz transmiter do gitary czy mikrofonu), to ich body packi powinny być od siebie oddalone, a anteny skierowane w przeciwnych kierunkach.

PORA NA PODSUMOWANIE

Oto spostrzeżenia zawarte w kilku punktach, ułożonych w przypadkowej kolejności, gdyż treść każdego z nich jest jednakowo istotna:

– Nie należy kupować tanich systemów bezprzewodowych o nieznanej marce producenta, gdyż jest to jednoznaczne z dobrowolnym, świadomym sprowadzaniem na siebie kłopotów. Jeśli nawet nie ujawniają się one od razu, to ich pojawienie się jest tylko kwestią czasu. Warto sięgać tylko po systemy o znanej marce producenta, którego reputacja została wielokrotnie potwierdzona.

– Zbudowanie wielokanałowego systemu, który będzie poprawnie działał we współczesnych realiach, a przy tym również dobrze brzmiał, jest niestety przedsięwzięciem kosztownym.

– Podczas strojenia systemów bezprzewodowych zadbaj o to, by czynność tę wykonała osoba, która zarówno rozumie istotę całego procesu, jak też i ma rozeznanie w temacie nadajników funkcjonujących na danym terenie. Osoba ta powinna orientować się w lokalizacji nadajników TV, a także wiedzieć, jak daleko znajdują się one od miejsca, w którym zamierzasz korzystać ze swojego systemu.

– Kupując sprzęt elektroniczny (komputery, monitory, odtwarzacze audio itp.), którego zamierzasz używać podczas pracy w pobliżu systemów bezprzewodowych, zwróć uwagę na to, by posiadał on oznaczenie CE (Conformité Européenne). Upewnij się też, że wszystkie kable połączeniowe są dobrze ekranowane.

– Rozmieść anteny mikrofonów bezprzewodowych z dala od komputerów, sprzętu cyfrowego, lamp wyładowczych, regulatorów oświetlenia lub innego sprzętu emitującego częstotliwości radiowe, a także z dala od akcesoriów i okablowania współpracującego z wymienionym powyżej sprzętem.

– Anteny rozmieszczaj zawsze nisko i możliwie jak najbliżej wykonawcy, czyli nadajnika.

– Jeżeli równolegle z mikrofonami bezprzewodowymi używane są anteny emisyjne na przykład dla bezprzewodowego systemu odsłuchów, interkomu itp. należy umieszczać je z dala od anten odbiorników systemu mikrofonowego.

– Dowiedz się, jakie nadajniki DVB-T znajdują się na danym terenie i w jakim stopniu mają one wpływ na środowisko fal radiowych.

– Jeżeli system, którego używasz, zachowuje się niestabilnie i traci niezawodność na dystansie około 50 metrów, to oznacza, że coś nie jest w porządku, a powodem tego stanu mogą być interferencje. Rozwiązywanie problemu warto rozpocząć od oddalenia anten od potencjalnych źródeł interferencji. Zasięg ograniczają też betonowe ściany z wewnętrznym metalowym zbrojeniem, gdyż konstrukcja ta działa jak ekran, blokując sygnał.

Marek Witkowski