Беспроводной микрофон

Певица София Абраао использует портативный беспроводной микрофон

Певец Коди Симпсон использует беспроводную микрофонную гарнитуру на концерте в Монреале в 2013 году.

или Беспроводной микрофон беспроводной микрофон — это микрофон без физического кабеля, соединяющего его непосредственно со звукозаписывающим или усиливающим оборудованием, с которым он связан. Также известный как радиомикрофон , он имеет небольшой радиопередатчик с батарейным питанием в корпусе микрофона, который передает аудиосигнал от микрофона с помощью радиоволн на ближайший приемник, который восстанавливает звук. Остальное аудиооборудование подключается к ресиверу кабелем. В одном типе передатчик находится внутри корпуса ручного микрофона. В другом типе передатчик содержится в отдельном блоке, называемом «поясным рюкзаком», который обычно прикрепляется к ремню пользователя или скрывается под одеждой. Поясной рюкзак подключается проводом к «петличному микрофону» или «lav» (небольшому микрофону, прикрепляемому к лацкану пользователя), гарнитуре или микрофону-ушному наушнику или другому проводному микрофону. Большинство поясных передатчиков также поддерживают проводное подключение инструментов (например, к гитаре). Беспроводные микрофоны широко используются в индустрии развлечений , телевещания и публичных выступлений , чтобы позволить ораторам, интервьюерам, артистам и артистам свободно передвигаться, используя микрофон, без необходимости подключения к микрофону кабеля.

Беспроводные микрофоны обычно используют диапазоны радиочастот УКВ или УВЧ, поскольку они позволяют передатчику использовать небольшую незаметную антенну. Дешевые устройства используют фиксированную частоту, но большинство устройств позволяют выбирать несколько частотных каналов в случае помех на канале или позволяют использовать несколько микрофонов одновременно. FM- модуляция Обычно используется , хотя в некоторых моделях используется цифровая модуляция для предотвращения несанкционированного приема сканирующими радиоприемниками; 900 МГц, 2,4 ГГц или 6 ГГц они работают в диапазонах ISM . В некоторых моделях используется разнесение антенн (две антенны), чтобы нули не прерывали передачу во время движения исполнителя. В некоторых недорогих (или специализированных) моделях используется инфракрасное излучение, хотя для них требуется прямая видимость между микрофоном и приемником.

История

Различные люди и организации утверждают, что являются изобретателями беспроводного микрофона.

предлагались схемы и наборы для любителей Примерно с 1945 года в журналах «Популярная наука» и «Популярная механика» для изготовления беспроводного микрофона, который передавал бы голос на ближайший радиоприемник.

Фигурист и бортинженер Королевских ВВС Рег Мурс в 1947 году разработал радиомикрофон, который он впервые использовал в постановке Тома Арнольда «Аладдин на льду» на спортивном стадионе Брайтона с сентября 1949 года до рождественского сезона. Мурс прикрепил беспроводной передатчик к костюму персонажа Абаназара, и он сработал идеально. Мурс не запатентовал свою идею, так как незаконно использовал радиочастоту 76 МГц. Продюсеры ледового шоу решили, что больше не будут использовать устройство; они предпочли бы нанять актеров и певцов, чтобы они выступали в скрытые микрофоны и «дублировали» голоса других фигуристов, которые, таким образом, могли бы свободно сосредоточиться на своем катании. В 1972 году Мурс подарил свой прототип 1947 года Музею науки в Лондоне.

Герберт «Мак» Макклелланд, основатель McClelland Sound в Уичито, штат Канзас , изготовил беспроводной микрофон, который будут носить бейсбольные судьи на играх высшей лиги, транслируемых NBC со стадиона Лоуренс-Дюмон в 1951 году. Передатчик был привязан к спине судьи. Братом Мака был Гарольд М. Макклелланд , главный архитектор коммуникаций ВВС США.

Компания Shure Brothers утверждает, что ее система «Vagabond» 1953 года была первой «беспроводной микрофонной системой для исполнителей». Его зона действия представляла собой круг «приблизительно 700 квадратных футов», что соответствует расстоянию прямой видимости всего 15 футов (4,6 м) от приемника.

В 1957 году немецкий производитель аудиооборудования Sennheiser , в то время называвшийся Lab W, в сотрудничестве с немецкой телекомпанией Norddeutscher Rundfunk (NDR) продемонстрировал беспроводную микрофонную систему. С 1958 года система продавалась через Telefunken под названием Mikroport. Карманный Mikroport оснащен динамическим картриджным микрофоном с подвижной катушкой и кардиоидной диаграммой направленности. Он передавался на частоте 37 МГц с заданной дальностью 300 футов (90 м).

Первый зарегистрированный патент на беспроводной микрофон был подан Раймондом А. Литке , американским инженером-электриком из Educational Media Resources и Государственного колледжа Сан-Хосе , который изобрел беспроводной микрофон в 1957 году для удовлетворения мультимедийных потребностей телевидения, радио и обучения в классе. . Его патент США № 3134074 был выдан в мае 1964 года. В 1959 году были доступны для покупки два типа микрофонов: ручной и петличный. Основной модуль передатчика представлял собой устройство размером с сигару и весом 7 унций (200 г). Корпорация Vega Electronics изготовила эту конструкцию в 1959 году как продукт под названием Vega-Mike. Устройство было впервые использовано средствами массовой информации на национальных съездах Демократической и Республиканской партии 1960 года. Это позволило тележурналистам бродить по залу съезда и брать интервью у участников, включая кандидатов в президенты Джона Ф. Кеннеди и Ричарда Никсона .

Представленный в 1958 году беспроводной микрофон Sony CR-4 уже в 1960 году рекомендовался для театральных представлений и выступлений в ночных клубах. Дрессировщики животных в Marineland of the Pacific в Калифорнии носили это устройство стоимостью 250 долларов на выступлениях в 1961 году. Твердотельный FM-передатчик 27,12 МГц мог поместиться в кармане рубашки. Говорят, что он эффективен на расстоянии до 100 футов (30 м), он оснащен гибкой свисающей антенной и съемным динамическим микрофоном. Ламповый приемник включал в себя ящик для переноски передатчика и небольшой мониторный громкоговоритель с регулировкой громкости.

Другой немецкий производитель оборудования, Beyerdynamic, утверждает, что первый беспроводной микрофон изобрел Хунг К. Линь . Названный «транзистофоном», он был запущен в производство в 1962 году. Впервые беспроводной микрофон был использован для записи звука во время съемок кинофильма, предположительно, у Рекса Харрисона в фильме 1964 года « Моя прекрасная леди» , благодаря усилиям премии «Оскар». -лауреат голливудского звукорежиссера Джорджа Гроувса.

Более широкий динамический диапазон появился с появлением первого беспроводного микрофона- компандера , предложенного Nady Systems в 1976 году. Тодд Рандгрен и группа Rolling Stones были первыми популярными музыкантами, которые использовали эти системы вживую на концертах. Кейт Буш считается первой артисткой, у которой была гарнитура с беспроводным микрофоном, предназначенная для использования в музыке. Для своего «Путешествия по жизни» в 1979 году у нее был компактный микрофон в сочетании с самодельной конструкцией из проволочных вешалок для одежды , чтобы освободить руки для экспрессионистских танцевальных представлений. Ее идею переняли для живых выступлений другие артисты, такие как Мадонна и Питер Гэбриэл .

Нэди присоединилась к CBS, Sennheiser и Vega в 1996 году, чтобы получить совместную премию «Эмми» за «новаторство в разработке беспроводного микрофона для вещания».

Преимущества и недостатки

Беспроводные микрофоны ждут исполнителей мюзикла.

Преимущества:

• Большая свобода передвижения для художника или оратора
• Предотвращение проблем с кабелями, типичных для проводных микрофонов, вызванных постоянным перемещением и нагрузкой на кабели.
• Снижение риска спотыкания кабеля в рабочем пространстве.
• Гальваническая развязка микрофона, позволяющая избежать контуров заземления между микрофоном и другими электрическими инструментами на сцене.

Недостатки:

• Низкое качество звука
• Иногда ограниченный радиус действия (проводной сбалансированный микрофон XLR может работать на расстоянии до 300 футов или 100 метров). Некоторые беспроводные системы имеют меньший радиус действия, тогда как более дорогие модели могут превышать это расстояние.
• Возможны помехи от другого радиооборудования или других радиомикрофонов или, что чаще, от них, хотя моделей с множеством каналов с синтезатором частоты, выбираемых переключателем, сейчас много, и они экономически эффективны.
• Время работы ограничено сроком службы батареи; он короче обычного конденсаторного микрофона из-за большего расхода заряда батарей из-за передающей схемы и из-за схем, предоставляющих дополнительные функции, если они есть.
• Шум или мертвые зоны (места, где это не работает, особенно в системах без разнесения)
• Ограниченное количество работающих микрофонов одновременно и в одном месте из-за ограниченного количества радиоканалов (частот).
• Более высокая стоимость пропорционально меньшему количеству других функций.

Техники

Профессиональные модели передают сигналы на радиочастотах ОВЧ или УВЧ и имеют «настоящий» разнесенный прием (два отдельных модуля приемника, каждый со своей собственной антенной), что устраняет мертвые зоны (вызванные фазовой компенсацией) и эффекты, вызванные отражением радиосигнала. волны на стенах и поверхностях в целом. (См. разнесение антенн ).

Еще один метод, используемый для улучшения качества звука (фактически, для улучшения динамического диапазона), — это компандирование . Компания Nady Systems, Inc. была первой, кто предложил эту технологию в беспроводных микрофонах в 1976 году, что было основано на патенте, полученном основателем компании Джоном Нэди.

Некоторые модели имеют регулируемое усиление самого микрофона, что позволяет использовать источники разного уровня, например громкие инструменты или тихие голоса. Регулируемое усиление помогает избежать ограничения и максимизировать соотношение сигнал/шум.

Некоторые модели имеют регулируемый шумоподавитель , который приглушает выходной сигнал, когда приемник не получает сильный или качественный сигнал от микрофона, вместо воспроизведения шума. При настройке шумоподавления регулируется порог качества или уровня сигнала.

Продукты

AKG Acoustics , Audio Ltd, Audio-Technica , Electro-Voice , Lectrosonics, MIPRO , Nady Systems, Inc, Samson Technologies , Sennheiser , Shure , Sony , Wisycom и Zaxcom — все они являются крупными производителями беспроводных микрофонных систем. Они добились значительных успехов в устранении многих из перечисленных выше недостатков. Например, хотя существует ограниченный диапазон, в котором могут работать микрофоны, несколько высококлассных систем могут состоять из более чем 100 различных микрофонов, работающих одновременно. Однако возможность одновременного использования большего количества микрофонов увеличивает стоимость из-за характеристик компонентов, дизайна и конструкции. Это одна из причин такой большой разницы в ценах между различными сериями беспроводных систем.

Обычно существует три типа беспроводных микрофонов: портативные, подключаемые и поясные:

• Ручной микрофон выглядит как «обычный» проводной микрофон, но может иметь корпус большего размера для размещения передатчика и аккумуляторной батареи.
• Подключаемые, подключаемые, щелевые или кубические передатчики прикрепляются к нижней части стандартного микрофона, переводя его таким образом в беспроводной режим работы (см. ниже).
• Бодипак — это небольшая коробка, в которой находится передатчик и аккумулятор, но не сам микрофон. Его можно прикрепить к одежде или к телу, а провод подключается к гарнитуре , петличному микрофону или гитаре .

Некоторые производители, включая Sennheiser, AKG, Nady Systems, Lectrosonics и Zaxcom, предлагают сменный передатчик для существующих проводных микрофонов, который подключается к выходу XLR микрофона и передает сигнал на стандартный приемник производителя. Это дает множество преимуществ интегрированной системы, а также позволяет использовать типы микрофонов (у которых может не быть беспроводного эквивалента) без кабеля. Например, звукорежиссер телевидения или кино может использовать подключаемый передатчик для обеспечения беспроводной передачи остронаправленного винтовочного микрофона, устраняя угрозу безопасности, связанную с кабельным соединением, и позволяя инженеру-технологу лучше свобода следить за действием. Подключаемые передатчики также позволяют переоборудовать старинные микрофоны для беспроводной работы. Это полезно, когда старинный микрофон необходим для визуальных или других художественных целей, а отсутствие кабелей позволяет быстро менять сцену и снижает опасность споткнуться. В некоторых случаях эти подключаемые передатчики также могут обеспечивать напряжение 48 В. фантомное питание , позволяющее использовать конденсаторные микрофоны . Схема преобразователя постоянного тока в передатчике используется для увеличения напряжения батареи, которое может составлять три вольта или меньше, до требуемых 48 вольт.

Ресиверы

Приемник беспроводного микрофона стоит за кулисами на большом телевизионном мероприятии по вручению музыкальных наград

Беспроводной микрофон и радиоприемник

Существует много типов приемников.Приемники True Diversity имеют два радиомодуля и две антенны.Разнесенные приемники имеют один радиомодуль и две антенны, хотя иногда вторая антенна может быть не видна.Приемники без разнесения имеют только одну антенну.

Приемники обычно размещаются в конфигурации полустойки, так что два приемника можно установить вместе в стойке (то есть приемник заключен в коробку высотой 1U и шириной половинной ширины, поэтому два приемника можно установить в 1U). . Для больших сложных многоканальных радиомикрофонных систем, которые используются в студиях телевещания и постановках музыкальных театров, доступны модульные приемные системы с несколькими (обычно шестью или восемью) приемниками с настоящим разнесением, вставляемыми в корпус основного блока, установленный в стойке. Несколько мейнфреймов могут использоваться вместе в стойке для обеспечения необходимого количества приемников. В некоторых постановках музыкальных театров системы с сорока и более радиомикрофонами не являются чем-то необычным.

Приемники, специально предназначенные для использования с видеокамерами, часто монтируются в поясной конфигурации, обычно с креплением на «горячий башмак», который можно установить на «горячий башмак» видеокамеры. Небольшие приемники с настоящим разнесением, которые вставляются в специальный корпус на многих профессиональных видеокамерах вещательного стандарта, производятся такими производителями, как Sennheiser, Lectrosonics и Sony . Для менее требовательных или более экономичных видеоприложений обычно используются небольшие приемники без разнесения. При использовании на относительно коротких рабочих расстояниях от передатчика такое расположение обеспечивает адекватную и надежную работу.

Пропускная способность и спектр

Почти все беспроводные микрофонные системы используют широкополосную FM- модуляцию, требующую полосы пропускания примерно 200 кГц. Из-за относительно высоких требований к полосе пропускания использование беспроводных микрофонов фактически ограничивается диапазоном ОВЧ и выше.

Многие старые системы беспроводных микрофонов работают в ОВЧ- части электромагнитного спектра. Системы, работающие в этом диапазоне, часто управляются кристаллом и, следовательно, работают на одной частоте. Однако если эта частота выбрана правильно, система сможет работать годами без каких-либо проблем.

Однако большинство современных беспроводных микрофонов работают в телевизионном диапазоне УВЧ . В США эта полоса простирается от 470 МГц до 614 МГц. В 2010 году Федеральная комиссия по связи издала новые правила эксплуатации устройств ТВ-диапазона . В других странах действуют аналогичные ограничения на диапазон частот; например, телевизионный диапазон УВЧ Великобритании в настоящее время (январь 2014 г.) простирается от 470 до 790 МГц. Обычно беспроводные микрофоны работают на неиспользуемых телеканалах (« белые пространства »), оставляя место для одного-двух микрофонов на каждый мегагерц доступного спектра. (« Во микрофон »)

Интермодуляция (IM) является серьезной проблемой при работе нескольких систем в одном месте. IM возникает, когда два или более радиочастотных сигнала смешиваются в нелинейной схеме, например в генераторе или смесителе. Когда это происходит, могут возникнуть предсказуемые комбинации этих частот. Например, могут возникнуть комбинации 2A-B, 2B-A и A+BC, где A, B и C — рабочие частоты. Если одна из этих комбинаций близка к рабочей частоте другой системы (или одной из исходных частот A, B или C), то на этом канале возникнут помехи. Решение этой проблемы состоит в том, чтобы вручную рассчитать все возможные продукты или использовать компьютерную программу, которая делает этот расчет автоматически.

Цифровая гибридная беспроводная связь

Цифровые гибридные системы используют аналоговую схему передачи FM в сочетании с цифровой обработкой сигнала (DSP) для улучшения звука системы. Использование DSP позволяет использовать цифровые методы, невозможные в аналоговой области, такие как алгоритмы прогнозирования, тем самым достигая более ровной частотной характеристики в звуковом спектре, а также дополнительно снижая шум и другие нежелательные артефакты по сравнению с чисто аналоговыми системами.

Другой подход заключается в использовании DSP для эмуляции схем аналогового компандирования и обеспечения совместимости между старыми аналоговыми системами и новыми системами. Использование DSP только в приемнике может улучшить общие характеристики звука без увеличения энергопотребления и, как следствие, сокращения срока службы батареи, которое возникает при включении DSP в передатчик с батарейным питанием.

Цифровой

Существует ряд чисто цифровых беспроводных микрофонных систем, и возможно множество различных схем цифровой модуляции.

Цифровые системы Sennheiser, Sony, Shure, Zaxcom, AKG и MIPRO используют те же частоты УВЧ, что и аналоговые FM-системы, для передачи цифрового сигнала с фиксированной скоростью передачи данных. Эти системы кодируют радиочастотную несущую с помощью одного или, в некоторых случаях, двух каналов цифрового звука. Только система Sennheiser Digital 9000, представленная в 2013 году, в настоящее время способна передавать несжатый цифровой звук с полной полосой пропускания в тех же каналах УВЧ с полосой пропускания 200 кГц, которые использовались аналоговыми FM-системами. Преимущества чисто цифровых систем включают низкий уровень шума, низкий уровень искажений, возможность шифрования и повышенную надежность передачи.

Чисто цифровые системы принимают различные формы. В некоторых системах используется технология расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты , аналогичная той, которая используется в беспроводных телефонах и радиоуправляемых моделях. Поскольку для этого может потребоваться большая полоса пропускания, чем для широкополосного FM-сигнала, эти микрофоны обычно работают в нелицензируемых диапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц или 6 ГГц. Отсутствие каких-либо требований к лицензии в этих диапазонах частот является дополнительной привлекательностью для многих пользователей, независимо от используемой технологии. Полоса 900 МГц недоступна за пределами США и Канады, поскольку она используется сотовыми сетями мобильной связи стандарта GSM в большинстве других частей мира. Диапазон 2,4 ГГц все больше перегружен различными системами, включая Wi-Fi (также называемый беспроводной локальной сетью, беспроводными сетями 802.11b/g/n), Bluetooth и «утечку» из микроволновых печей. В диапазоне 6 ГГц возникают проблемы с дальностью действия (требуется прямая видимость) из-за чрезвычайно коротких несущих длин волн передачи. Серия Alteros GTX — это локальная беспроводная микрофонная сеть, которая решает проблему прямой видимости за счет использования до 64 трансиверов в зоне выступления. Это также единственная система, использующая импульсную радиочастотную технологию Ultra WideBand, которая не генерирует продукты интермодуляции, характерные для несущих с модуляцией FM, QAM и GFSK, используемых в большинстве других систем.

Цифровые радиомикрофоны по своей природе труднее перехватить обычному слушателю- сканеру , поскольку обычные «сканирующие приемники», как правило, способны демодулировать только традиционные схемы аналоговой модуляции, такие как FM и AM. Однако некоторые системы цифровых беспроводных микрофонов дополнительно предлагают технологию шифрования в попытке предотвратить более серьезное «подслушивание», которое может вызывать беспокойство у корпоративных пользователей и тех, кто использует радиомикрофоны в ситуациях, требующих безопасности.

Производители, предлагающие в настоящее время цифровые беспроводные микрофонные системы, включают AKG-Acoustics, Alteros, Audio-Technica, Lectrosonics, Line 6, MIPRO, Shure , Sony, Sennheiser и Zaxcom. Все используют разные схемы цифровой модуляции.

Лицензирование

Основная статья: Лицензирование беспроводного микрофона

Великобритания

В Великобритании для использования систем беспроводных микрофонов требуется лицензия Закона о беспроводной телеграфии, за исключением нелицензионных диапазонов 173,8–175,0 МГц и 863–865 МГц. В 2013 году британский регулятор связи Ofcom провел аукцион, на котором был продан диапазон УВЧ от 790 до 862 МГц для использования в услугах мобильной широкополосной связи.

Соединенные Штаты

Для использования беспроводных микрофонов на свободных телеканалах в США необходимы лицензии, поскольку они являются частью Вспомогательной службы вещания (BAS). Лицензии доступны только вещателям, кабельным сетям, теле- и кинопродюсерам.

В настоящее время некоторые производители беспроводных микрофонов продают беспроводные микрофоны для использования в Соединенных Штатах, которые работают в диапазоне 944–952 МГц, зарезервированном для связи между студией и передатчиком . Начиная с 2017 года объем ТВ-диапазона, доступного для использования беспроводных микрофонов, уменьшается в результате поощрительного аукциона, который завершился 13 апреля 2017 года.

Австралия

В Австралии работа беспроводных микрофонов с ЭИИМ до 100 мВт в диапазоне от 520 до 694 МГц осуществляется на неиспользуемых телевизионных каналах и подпадает под действие лицензии класса, позволяющей любому пользователю управлять устройствами без получения индивидуальной лицензии.

Другие страны

Во многих других странах для использования беспроводного микрофона требуется лицензия. Некоторые правительства рассматривают все радиочастоты как военный актив, и использование нелицензированных радиопередатчиков, даже беспроводных микрофонов, может строго наказываться.

Лицензирование в европейских странах регулируется Комитетом по электронным коммуникациям (ECC), который является частью Европейской конференции администраций почты и телекоммуникаций (CEPT), базирующейся в Дании.

White Space Devices (США)

Дополнительная информация: Пробелы (радио) § США.

В США предпринимаются попытки разрешить эксплуатацию персональных нелицензированных широкополосных цифровых устройств, использующих телевизионный спектр УВЧ. Эти устройства с « белым пространством » (WSD) должны будут иметь GPS и доступ к базе данных местоположений, чтобы не мешать другим пользователям диапазона. Первоначальные тесты, проведенные FCC, показали, что в некоторых случаях прототипы этих устройств не могли правильно идентифицировать используемые частоты и, следовательно, могли случайно передавать данные поверх этих пользователей. Вещательные компании, театры и производители беспроводных микрофонов были категорически против устройств такого типа якобы по этой причине.

Более поздние испытания, проведенные FCC, показали, что устройства можно безопасно использовать. Это не уменьшило сопротивление со стороны вещательных компаний, которые также могли быть обеспокоены возможностью конкуренции в сфере доставки развлечений со стороны высокоскоростного мобильного доступа в Интернет, предоставляемого в пустых пространствах.

23 сентября 2010 г. Федеральная комиссия по связи опубликовала Меморандум и приказ, определяющий окончательные правила использования пустого пространства для нелицензированных беспроводных устройств. Окончательные правила принимают предложение Коалиции белых пространств. для очень строгих правил излучения, которые предотвращают прямое использование IEEE 802.11 (Wi-Fi) в одном канале, что фактически делает новый спектр непригодным для использования технологиями Wi-Fi.

Когнитивный доступ (Великобритания)

Основная статья: Когнитивное радио

Класс устройств, аналогичный тем, которые известны в США как устройства белого пространства (WSD), исследуются в Великобритании и, вероятно, во многих других странах. В то время как за ситуацией с WSD в США внимательно следят заинтересованные стороны в Великобритании и других странах, в начале 2009 года Ofcom начал исследование и общественные консультации по когнитивному доступу к чередуемому спектру УВЧ. Результаты этой консультации и связанная с ней деятельность WSD в США могут иметь далеко идущие последствия для пользователей радиомикрофонов УВЧ в Великобритании и во всем мире.

См. также

• Оператор стрелы (СМИ)
• Электронное полевое производство (EFP)
• Электронный сбор новостей (ENG)
• Кинопроизводство
• FM-передатчик (персональное устройство)
• Профессиональная видеокамера
• Студия звукозаписи
• Телевизионное производство

Внешние ссылки

• Обсуждение переназначения частот Канала 69 в Великобритании. Архивировано 8 октября 2007 г. в Wayback Machine.