無線話筒系統(tǒng)的操作和設計概念

來源:鼎潤通 更新日期:2008-06-06 作者:佚名

無線話筒基礎配置

一、

前言


    隨著數(shù)字技術的廣泛使用,無線話筒成為越來越多用戶首選的對象,為了便于您了解和選購我們的產(chǎn)品,我們翻譯了一些無線話筒的相關資料供您參考,同時希望能夠收到您的寶貴意見!
 
    無線話筒系統(tǒng)在廣播、電影、戲劇和舞臺制作以及公司、宗教和教育場所都是一個重要的組成部分。隨著數(shù)以萬計的設備使廣播頻率變得擁擠以及用戶對無線話筒系統(tǒng)需求的增加,理解無線話筒系統(tǒng)的設計和操作的概念經(jīng)成為專業(yè)用戶所關注的問題。

    由于可用的頻譜越來越少,在北美DTV(數(shù)字電視)廣播的出現(xiàn)使得無線系統(tǒng)的運行更加復雜困難。DTV也同樣出現(xiàn)在歐洲,它已成為未來可能出現(xiàn)的頻譜擁擠現(xiàn)象的另一標志.。 鑒于以上這些事實,隨著無線話筒、內(nèi)部通訊聯(lián)絡系統(tǒng)、耳內(nèi)監(jiān)聽系統(tǒng)和其他應用在各類制作的無線電通訊設備的日益普及,對于無線系統(tǒng)扎實的,技術性理解需求是前所未有的。

    該指南意在揭開隱藏在無線系統(tǒng)運行原則背后的神秘面紗,并幫助讀者為特殊應用場合選擇無線系統(tǒng)時分清良莠。不同廠商分別作了大量的宣傳,夸大其所提供的產(chǎn)品的質(zhì)量,有的甚至難以置信。只有充分掌握無線話筒系統(tǒng)的基本工作原理,才有可能看穿迷霧,作出明智的選擇。
 
    Lectrosonics 的處世哲學就是制造最好的產(chǎn)品,并且盡可能提供最好的服務支持。這包括諸如此指南一樣的出版物、以及保持對市場的迅速響應。關于該指南中的任何問題,如果您有什么意見,請隨時與我們聯(lián)系。您的建議,想法和經(jīng)驗對我們都非常有價值。
  

 
無線系統(tǒng)的基本組成部分

無線話筒系統(tǒng)為射頻和音頻電子設備高度專業(yè)化的集成,它代替了傳統(tǒng)的用于連接話筒到音頻設備的纜線。
 
無線話筒系統(tǒng)的三個組成部分為:

     話筒
     發(fā)射機
     接收機

    術語“system”是指三個組件的協(xié)同工作的體系:話筒------發(fā)射機----接收機------音頻輸出

    在無線系統(tǒng)中的話筒是發(fā)射機的一個集成部分,或者是一個單獨的組件。因此在許多情況下,話筒可以單獨購買。種類繁多的話筒可適應任何應用。特殊的應用一般對接收機類型有明確要求,而話筒一般對發(fā)射機規(guī)格也有明確要求。

    為了適應各種應用,無線發(fā)射機有三種不同的類型:

腰包式

腰包式

 

手持式發(fā)射機/話筒集成

手持式發(fā)射機/話筒集成

 

外接插式

外接插式

對于不同應用,無線接收機也有各種不同的配置:

用于現(xiàn)場同期錄音的小型接收機

用于現(xiàn)場同期錄音的小型接收機

 

用于擴聲的臺式接收機

用于擴聲的臺式接收機

 

用于錄音室和舞臺表演的架式接收機

用于錄音室和舞臺表演的架式接收機

   某場地所需的無線系統(tǒng)的數(shù)量的多少,通常還需要射頻分配器、天線、電纜、接收機裝配套件以及其他諸如以下的附件來完成整個系統(tǒng):

天線分配器

天線分配器

 

Quad-pak背包式接收機系統(tǒng)

Quad-pak背包式接收機系統(tǒng)

 

遙控天線和電纜

遙控天線和電纜

“在線式的”同軸射頻濾波器/放大器和分離器/頻率合成器

頻譜使用和頻率

頻譜使用和頻率

 

    絕大多數(shù)高質(zhì)量的無線話筒系統(tǒng)使用一種稱作“FM”(按照頻率調(diào)制)的無線電傳輸方法。在FM系統(tǒng)中,無線電信號(載波信號)就是隨著源自話筒的音頻信號(頻率的增加和減少)的變化調(diào)制而成的。另一種無線電傳輸?shù)姆椒ǎ?AM(按照振幅調(diào)制)在通信和聲頻信號應用上較為普遍。FM一般比AM產(chǎn)生的音頻信號要好,因此無線話筒幾乎都是用FM調(diào)頻技術。

    在美國,無線話筒的操作頻率是由FCC(聯(lián)邦通訊委員會)所詳細規(guī)定的。分配給無線話筒的VHF頻段為150到216MHz,而對于UHF頻段來說則是從470到806MHz。除了從169到172MHz的一小部分VHF頻段以外,這些頻段幾乎只是用于電視轉(zhuǎn)播。DTV(數(shù)字電視)廣播則被分配在UHF頻譜上的空通道。UHF頻譜的上段和下段部分也劃分出來,并重新分配給其他附加的設備。隨著無線話筒可用的頻譜空間逐漸減小,對較高質(zhì)量的無線話筒系統(tǒng)的需求也顯著地增加了。

    在相鄰通道的高能電視廣播信號會造成先前運行良好的無線系統(tǒng)根本無法使用。這就需要高性能的接收機和天線分配器,以及專業(yè)天線和電纜設備來滿足越來越多的無線話筒系統(tǒng)的需求。

    正如你可能預見的那樣,在這個“數(shù)字”世界中,我們在工程方面也作出了大量努力來開發(fā)數(shù)字調(diào)頻技術在無線話筒方面的應用,希望數(shù)字系統(tǒng)可以減輕當前模擬調(diào)頻所遇到的諸多問題,并擁有同等的或是更高質(zhì)量, 的音頻性能。至于深入研究數(shù)字無線電技術的錯綜復雜部分,現(xiàn)在還為時過早,因此這篇手冊主要是圍繞FM原理而展開的。當前的數(shù)字技術制造了高品質(zhì)的移動電話系統(tǒng),但是,即使是最高品質(zhì)的電話系統(tǒng),其有限的音頻帶寬也不能產(chǎn)生最低無線話筒應用所需的音頻質(zhì)量。

無線發(fā)射機

   隨著科技的飛速發(fā)展,的應用之勢迅速蔓延,廣泛應用于各個領域;從電影到電視制作,現(xiàn)場舞臺到劇場演出,體育賽事直播等都離不開無線發(fā)射機,它取代了傳統(tǒng)的線纜,有著可靠的質(zhì)量,給用戶帶來了極大的方便,擁有它會使您的工作事半功倍,是您成功的保障,我們會持續(xù)提供一些相關資料供您參考。
                                        
發(fā)射機
 
發(fā)射機設計可以分成三個基本類型:

腰包式

腰包式

 

“腰包式”發(fā)射機配合領夾話筒,適用于耳嘜,樂器,調(diào)音臺,磁帶座等

外接插式

外接插式

 

“外接插式”發(fā)射機適合于手持話筒,吊桿,調(diào)音臺以及其他帶XLR接口的設備上

手持式

手持式

 

“手持式”發(fā)射機帶有一個集成的話筒頭,主要為手持時使用。

   腰包式發(fā)射機由金屬和塑料制成。它們可以利用話筒線或輸入電纜作天線(常見于VHF設計中),也可使用“鞭狀”天線。輸入增益必須在大范圍中具有可調(diào)性,以便精確匹配來自話筒和其他設備的不同輸出電平。
 
    絕大多數(shù)的腰包式發(fā)射機使用9伏的堿性或鋰電池供電,同時還包括一個電池狀態(tài)指示燈。最佳的設計有低電量報警功能,這樣可以有充分的時間及時更換電池

    電池艙門的設計也是一個重要的考慮因素。如果電池艙門與發(fā)射機分離,很容易丟失或損壞,導致系統(tǒng)無法使用。此外發(fā)射機電池艙必須可匹配不同品牌的電池。
 
    在眾多的腰包式設計中,腰夾總是一個薄弱的環(huán)節(jié)。它不但要固定性好,而且在諸如電影或舞臺制作的應用中必需易于隱藏。
 
    “外接插式”發(fā)射機適用于任何帶有XLR接口的話筒。大多廠商提供的越來越多的型號足可以證明它的有效性。專業(yè)類型的發(fā)射機主要是靠9伏的堿性或鋰電池供電,有較大的輸入調(diào)整范圍以適應不同型號的話筒。良好的機械構(gòu)造,尤其在牢固連接的輸入接口設計,是該類型的發(fā)射機應用中的關鍵。
 
    幾乎所有的無線話筒制造商都提供帶有集成話筒頭的手持發(fā)射機。手持式發(fā)射機最普遍的應用為音樂表演,它必須舒適且不易脫落,并且提供必須的強度和頻率調(diào)整,但控制開關必須隱藏或放置在凹進處以避免在正常應用場所中誤操作。  
 
    在合成的發(fā)射機中有多種頻率選擇控制模式,從帶有LCD讀數(shù)的按鈕到隱藏的旋轉(zhuǎn)控制開關。在此列出的實例提供兩個旋轉(zhuǎn)按鈕,可以選擇在25.6MHz頻段上的256個頻點中的任何一個。左手邊的旋鈕以1.6MHz為間隔改變頻率,而右手邊的旋鈕則以100千赫茲為間隔。每一個旋鈕有16個位置可供選擇,總共提供256個頻點。

用戶調(diào)節(jié)和顯示燈
 
    對于所有類型的發(fā)射機,根據(jù)不同的應用環(huán)境,用戶調(diào)節(jié)和指示燈成了它的“必備而且關鍵的”設計。 例如:如果一臺發(fā)射機要被諸多用戶使用,為匹配不同用戶的聲音強度而提供精確的補償調(diào)整就顯得勢在必行。適當?shù)脑鲆嬲{(diào)整是其關鍵,因為它決定系統(tǒng)的最終信噪比。如果不能通過視覺上的提示(指顯示燈)來檢測音頻信號強度,就很難正確地調(diào)整發(fā)射機的輸入增益。

    盡管可以通過觀看接收機上的音頻信號強度的指示來進行調(diào)節(jié),但從發(fā)射機端檢測并調(diào)節(jié)輸入增益更加可行,因為在眾多的應用中,很難在發(fā)射機的位置上看到接收機上的表頭顯示。
 
    在某些設計中,一個普遍存在的問題就是功能按鈕很容易被誤動。這會造成許多問題,甚至在系統(tǒng)運行過程中完全“關閉”系統(tǒng)。操作中按鈕的位置和調(diào)節(jié)方式將決定發(fā)射機對特殊用戶的有效性。例如:公眾廣播應用場合下,即使當發(fā)射機佩戴在衣服以下也要求發(fā)射機可被輕易地設為靜音。在這種情況下,如果按鈕很難碰到,會造成操作困難。在許多舞臺制作中,音響公司可能不讓使用者改變發(fā)射機上的任何按鈕和控制鈕。在此的兩個例子是相對極端的。
 
    Lectrosonics的手持式發(fā)射機擁有內(nèi)置控制開關,比外置開關更勝一籌。這便允許根據(jù)應用環(huán)境對發(fā)射機進行配置。

天線配置

    比較不同發(fā)射機設計時,天線配置是另一個考慮因素。如果無線系統(tǒng)的每一個用戶能夠忍受在他們肩膀上架上金屬“樹枝”,或者架在他們頭上,那么發(fā)射機將會十分有效地發(fā)射射頻能量,從而提供意想不到的工作范圍和較低的失真率。然而,很少有人愿意在公共場合佩戴這樣的裝置。因此,在現(xiàn)實生活中,發(fā)射機天線既要隱蔽,而且仍要釋放足夠的射頻能量以使接收機可以正常地工作。無線話筒系統(tǒng)可以像其所描述的那樣工作的唯一原因就是其操作范圍通常較近(幾百英尺,或更近),并且FCC允許足夠的射頻功率輸出和調(diào)制(頻偏)以使得系統(tǒng)在可接收的信噪比下運行。
 
    背包式發(fā)射機天線的一個普遍存在的問題就是它們通常是貼著身體佩戴的,尤其在它們被藏在衣服里時。當天線接觸到人體時,大多數(shù)射頻能量因無法進入空氣中而丟失。這將降低無線系統(tǒng)的可操作范圍。使用便攜式調(diào)音臺進行現(xiàn)場同期錄音時,可以將發(fā)射機放置遠離身體和其他設備的地方以得到最大的輻射功率和操作范圍。
 
    在手持式發(fā)射機的情況下,通常將其遠離身體,而使用者的手則扮演天線的角色。突出的“桿式”天線可以避免和人體的直接接觸,但是這樣會影響視覺效果且容易被損壞。 內(nèi)置天線的手持式發(fā)射機克服了這種弱點,普遍視覺效果也較好。
 
    外接插式發(fā)射機使用發(fā)射機本身的金屬外殼作為天線,外接的話筒和使用者的手組成了理想的偶極子天線的另一部分。在UHF操作頻率中,外殼的長度非常接近于理想的1/4波長,它提供了最大的輻射功率并增大了操作范圍。
 
輸入增益調(diào)節(jié)
 
    不同制造廠商發(fā)射機的設計有很大差異。簡單地說,設置適當?shù)妮斎朐鲆嬖跓o線話筒系統(tǒng)中十分重要,不過在許多設計中這卻經(jīng)常被忽視。如果設置得太低,系統(tǒng)的信噪比就會影響。如果設置得太高,就會發(fā)生嚴重的失真或是動態(tài)范圍壓縮。設置發(fā)射機輸入增益就好像在模擬磁帶錄制機上的設置錄制音量一樣。
 
    如何在無線發(fā)射機上進行準確增益調(diào)整和設定,是十分重要的功能。在發(fā)射機上通過一些LED(發(fā)光二極管)的組合顯示可以相對準確地顯示輸入增益的大小。
 
    當然最好在發(fā)射機和接收機上同時擁有顯示燈,從而既可以從發(fā)射機端又可以從接收機端得到精確的信號強度監(jiān)測,以適用多種場合的應用。

輸出功率
 
    FCC規(guī)定了無線發(fā)射機的最終射頻放大器所產(chǎn)生的最大可輸出射頻功率。例如:在174到216MHz的VHF頻段中,發(fā)射機最大的可輸出功率是50毫瓦。在UHF頻段中,發(fā)射機的最大可輸出功率為250毫瓦。
 
    發(fā)射機的高輸出功率可以避免跑頻問題并同時增加操作范圍,但同時也使得電池的壽命縮短了。實際使用中,發(fā)射機所連接的天線形式、位置以及是否接觸到人體才是影響著有效輻射功率的最為重要的因素,所以,較高輸出功率并不一定永遠意味著較大的操作范圍。
 
    絕大多數(shù)高品質(zhì)的VHF發(fā)射機為了得到可信賴的操作范圍和合理的電池壽命而產(chǎn)生50毫瓦的功率。不過,有某些制造廠商提供只產(chǎn)生30毫瓦功率的VHF設計,而在對這些型號的詳細說明上卻表明它們是為達到全功率設計的。
 
    與VHF相比,UHF不同品牌之間的輸出功率變化更大。當最大操作范圍為首先考慮的因素時,在UHF頻段250毫瓦的最大容限是有用的,但所換來的就是電池壽命的減少。通常選擇100毫瓦輸出功率,使UHF發(fā)射機在操作范圍和電池壽命之間達成一種較好的平衡。
 
    一些UHF型號的發(fā)射機宣稱可以輻射150毫瓦的功率,但實際上,它們只能產(chǎn)生30或40毫瓦的功率。制造廠商為掩蓋競爭實力的缺乏,或本身固有缺陷的事實而刊出產(chǎn)品的虛假信息。有趣的是,這些制造廠商還經(jīng)常忘記在說明中注明電池的使用壽命或耗電量。
 
電源和電池壽命
 
    發(fā)射機在特殊場合的應用時,電池壽命通常都是一個最為關心的話題。在例如電影制作和劇院中應用時,發(fā)射機通常被精心的隱藏在衣服以下,更換電池將是一件麻煩的事情。對于這種類型的應用,發(fā)射機和接收機都應該提供一個精準的發(fā)射機電池狀態(tài)顯示燈。
 
    9伏的堿性電池(普遍應用在無線話筒發(fā)射機上)開始工作時電平稍高于9伏,但隨著不斷使用而電壓逐漸降低。高品質(zhì)的發(fā)射機包括內(nèi)部電壓管理器,它可以在電壓下降時保持發(fā)射機穩(wěn)定工作。
 
    該設計允許電路可以在低電壓的情況下持續(xù)工作,在獲得延長的操作時間的同時,又不犧牲輸出功率。最佳的設計可在電壓降至約6.5伏時還可以繼續(xù)工作。
 
    高端無線系統(tǒng)通常在接收機端提供一個發(fā)射機電量指示燈,在發(fā)射機停止工作之前及時提醒使用者更換電池。

無線接收機

整體配置
 
    無線話筒系統(tǒng)的應用環(huán)境決定接收機類型。通常,可將接收機分為幾大類:
 
    進行現(xiàn)場同期錄音時,攝像機,便攜式背包,錄音車上小型接收機,也包括電影制作的多通道集成。如圖一:

圖一

圖一

 

    普遍使用在擴音方面上的“獨立”應用的臺式接收機,如圖二:

圖二

圖二

 

    用于高端錄音室,舞臺和移動制作車的機架安裝式接收機,如圖三:

圖三

圖三

 

    這些類型之間的差別是與物理尺寸、供電選項、射頻性能以及音頻性能有關。每個類型,都有許多制造商提供各種各樣不同的型號,其價位也變化較大。

一些基礎知識
 
    為了在各種不同接收機之間進行比較,對接收機的設計的基本了解是十分必要的。當在頭腦中對接收機的不同部分有了一個基本的了解時,兩臺不同型號的接收機之間的價格和性能表現(xiàn)就一目了然了。這將對評估系統(tǒng)和作出購買決定起有極大地幫助。
 
    無線話筒系統(tǒng)的FM接收機都使用一種超外差設計。超外差過程包括在接收機端產(chǎn)生一個高頻信號,并與接收到的載頻信號混合或“外差”。當信號混合時,互調(diào)會產(chǎn)生“疊頻”和“差頻”信號。將信號混合在一起的目的是獲取可被常規(guī)電路處理的低頻信號。通過濾波器“疊頻”信號被濾掉,而只讓“差頻”信號通過(“IF”,中頻信號)。中頻信號在解調(diào)階段轉(zhuǎn)換成音頻信號,然后送至音頻輸出放大器。這樣無線電信號就轉(zhuǎn)變成了音頻信號。

    整個過程看起來很簡單,但事實上,設計一個真正高品質(zhì)的調(diào)頻接收機有點像變魔術。 三重轉(zhuǎn)換設計只是簡單的加了一個振蕩器和一個混頻器。事實上,每個環(huán)節(jié)通常都由許多獨立的電路和子電路構(gòu)成,有些提供基本的功能,而其它的卻提供附加的修正和控制功能。正如你所想象的那樣,接收機的每一個階段都向設計工程師提出了的性能和成本雙重挑戰(zhàn)。為了在電路的某些部分提供必要的屏蔽,一臺好接收機的機械設計還必須考慮無線電方面的因素。
      
接收機前級設計
 
    在一連串的濾波,增益和轉(zhuǎn)換中,接收機的前級是第一步。前級基本上是一個以無線系統(tǒng)的載波頻率上工作的帶狀濾波器。前級的工作就是過濾掉在工作頻點通道以外的高能射頻信號并提供強大的“鏡像及衍生頻率干擾抑制“(鏡像及衍生頻率干擾抑制在隨后的章節(jié)中討論)性能。前級可由簡單的低成本線圈構(gòu)成簡單的過濾器,或者為提高性能使用螺旋形諧振器或可調(diào)節(jié)式陶瓷諧振器。
 
    在前級部分的簡單線圈只能過濾寬頻信號,但經(jīng)常無法阻止來自無線系統(tǒng)臨近操作頻率的高能射頻信號的干擾。對UHF無線話筒系統(tǒng)來說,電視廣播是最普通的高能信號干擾源。由于DTV(數(shù)字電視廣播)占據(jù)了以前為空的頻段,對于高質(zhì)量窄帶寬前級的需求增加了。多級使用螺旋式和可調(diào)節(jié)式陶瓷諧振器配合高品質(zhì)放大器可最大程度的降低和減少來自電視廣播信號的干擾。
 
    各種前級設計之間性能主要有兩方面的區(qū)別:

• 選擇性
• 互調(diào)干擾抑制
 
    前級所能提供的選擇性是由可抑制操作通道以外的信號數(shù)量來表示。濾波器的斜率越大,對相鄰頻率的能量抑制就越強。
 
    不同類型的前級組件(線圈,諧振器等)會產(chǎn)生不同的濾波器斜率,但是所有的高品質(zhì)接收機都采用多級過濾前級并綜合使用其中任何幾款組件。這些多級過濾前級設計顯著地增加了濾波器的斜率,但也的確增加了成本。
 
    互調(diào)就是對信號的混合以產(chǎn)生新的信號。例如,當兩個信號在有源電路中(如放大器)混合時,放大器的輸出將包括兩個信號,加上其所產(chǎn)生的疊加及差頻信號。疊加和差頻信號被稱作為“互調(diào)信號“。簡單地說,三次互調(diào)諧波的意思是原信號中的一個(Fa)二次諧波(二階)與原信號中的另一個信號(Fb)(一階)相混合而產(chǎn)生一個新的差頻信號(Fc)。
 
  2(Fa) - Fb = Fc
 
    避免三次互調(diào)諧波尤為重要,因為兩個原始信號的三次互調(diào)諧波頻率通常相對接近于原始信號頻率,可以產(chǎn)生強烈的干擾。如果三次互調(diào)諧波頻率碰巧與工作頻率十分接近,那么前級過濾便失效了。能在互調(diào)干擾中避免這種情況的唯一方法就是在接收機端配備高過載負荷的放大器和混頻器。例如:
 
給定兩個頻率分別為645和650MHz
那么
645 MHz x 2 = 1290 MHz
以及
1290 MHz - 650 MHz = 640 MHz(三次互調(diào)諧波頻率)
 
    因此,工作頻點設定在640MHz的接收機將受到來自頻率為645MHz和650MHz的兩臺發(fā)射機的所產(chǎn)生的三次互調(diào)諧波的直接干擾。這種等間距的頻率分配在無線話筒系統(tǒng)中是不允許的;フ{(diào)表現(xiàn)性能是由一個稱作“三次諧波抑制“的指標來評定的。這個指標表示為一個用分貝(Dbm)代表的數(shù)字,這個數(shù)字代表的是當輸入信號的強度達到這個數(shù)字所代表的強度時,輸入信號足以導致接收機產(chǎn)生互調(diào)失真,所產(chǎn)生的互調(diào)失真的強度與接收機內(nèi)部的工作信號強度相等。進入接收機的兩個信號在接收機的載波頻點上產(chǎn)生三次互調(diào)波,隨后測量輸出的互調(diào)失真信號強度。通過不同的測試技術,可以精確的計算產(chǎn)生如此效應所需的輸入強度。
 
    三次諧波抑制指標是測量接收機互調(diào)抑制的最佳方法。
 
    使用的放大器類型對接收機三次諧波抑制性能產(chǎn)生重大影響,有出色的三次諧波互調(diào)性能的放大器會要求較大功率,因此會對接收機電池使用壽命形成不利影響。前級濾波器帶寬越窄(費用會更高),接收機拾取的能夠產(chǎn)生互調(diào)的信號就越少 。

鏡像及衍生頻率干擾抑制
 
    鏡像及衍生頻率干擾抑制是衡量接收機的主要性能指標。理論上存在兩個射頻信號可以與接收機內(nèi)的振蕩器結(jié)合從而產(chǎn)生相同的互調(diào)頻率。其中一個是源自發(fā)射機的理想信號,另一個信號頻率與本地振蕩器的頻率差值與理想信號與本地振蕩器的頻率差值相同,但是方向相反,在此稱為鏡像頻率。在接收機鏡像及其周圍的射頻能量通常是主要的干擾來源。
 
    通常在空出的電視通道上操作的無線話筒系統(tǒng)的鏡像及衍生頻率可能與另外一個電視臺的信號相同。除了選擇性最強的前級設計以外,這都會產(chǎn)生干擾問題。敏銳的前級過濾抵制鏡像及衍生頻率上的能量使之無法進入接收機。
 
捕捉效應

    調(diào)頻接收器得益于捕捉效應。也就是說,調(diào)頻接收機從強信號中捕捉的音頻信號要多于從弱信號中捕捉的音頻信號。 較強信號中的音頻信號將成為接收機輸出音頻的主要部分。但是弱信號依然會提高背景噪音并增加跑頻機會。這種意義上的較弱信號可能是另一種無線發(fā)射機信號或?qū)拵П尘霸胍簟?/FONT>

射頻混頻器
 
      在接收機內(nèi)的混頻器把到達的射頻信號和振蕩器信號結(jié)合起來,從而產(chǎn)生 “疊加”和 “差頻”信號。 “差頻”信號位于理想的中頻頻點上。低成本的射頻混頻器通常在產(chǎn)生出理想的疊頻和差頻信號之外,同時還會衍生出很多偽信號(諧波)。如果偽信號發(fā)生在靠近接收機中頻頻點的地方,中頻濾波器通常無法抑制,這會在最終音頻輸出時造成噪音和失真。好品質(zhì)的射頻混頻器只產(chǎn)生一個疊加和差頻信號,而沒有諧波。疊加信號頻點很高,足以被混頻器后的濾波器完全濾掉,而只留下所需的差頻信號以待后續(xù)處理。
 
    混頻器也必須有很高的過載閾值。在供給混頻器的全部射頻能量超過其自身的容量時,會發(fā)生過載。敏銳的前級過濾減少了出現(xiàn)該問題的可能性,但與載頻信號只有幾兆赫茲之差的強大信號仍然可以通過前級過濾器,從而造成混頻器過載。在前級設計中最有效的方法就是在每一級濾波器之間只提升適當?shù)脑鲆嬉匝a償相應的損失;舅枷刖褪潜M可能地通過各種濾波手段首先得到所需要的干凈的頻率,然后再進行增益放大,以便將噪聲和各種干擾信號降到最低。
 
中頻過濾

    在影響接收機的選擇性指標的因素中,中頻過濾器性能的高低是最為重要的。標準的多極陶瓷中頻過濾器提供了約為300K赫茲的帶寬。6極水晶中頻濾波器只提供45到50千赫茲的帶寬。在中頻階段,過濾帶寬越窄越好。水晶濾波器要比陶瓷濾波器貴很多,但在干擾嚴重情況下,物有所值。
 
    然而,窄頻段水晶過濾器要求振蕩器不能有頻點漂移現(xiàn)象,這就要求振蕩器不能是溫度敏感類型的。而對于低成本、寬頻段接收機而言,可使用“頻點漂移”的振蕩器,因為盡管振蕩器頻點不穩(wěn)定,但它所產(chǎn)生的中頻頻點仍舊可以保持在中頻濾波器處理范圍內(nèi)。
 
    第三種開始廣泛應用在接收機上的濾波器類型是SAW濾波器(表面聲波濾波器)。這些濾波器在石英或其他壓電材質(zhì)上使用表面波將射頻能量從輸入端傳輸?shù)捷敵龆,并在表面通過交叉指狀轉(zhuǎn)換器的精確間隙而使某些頻率通過并同時濾過其他頻率。SAW濾波器在高出通常中頻的頻點進行過濾,同時也提供用其他方法難以取得的最小相位移動(組延遲)。當無線話筒使用越來越高的UHF頻率時,設計者的工作就變得相對容易,但它們在擁有較高的選擇性的同時,價格也比其它類型的濾波器貴很多。

    毋庸置疑,只有穩(wěn)定的振蕩器和窄頻段的中頻過濾器才能最大限度的抑制干擾,像用水晶濾波器功能一樣。水晶濾波器的唯一缺點是,當信號經(jīng)過高度的調(diào)制時,水晶濾波器失真率比陶瓷濾波器或SAW濾波器稍高。鑒于這種原因,你會經(jīng)常在高端接收機上看到陶瓷濾波器或SAW濾波器而不是水晶濾波器,因為主要關心的是音頻保真度。
 
調(diào)頻解調(diào)電路(解調(diào)器)

    在接收機中的解調(diào)器或解調(diào)電路是一種將調(diào)頻無線電信號轉(zhuǎn)換成音頻信號的電路。不同制造廠商使用不同的電路,但是在無線話筒接收機中的所有的解調(diào)器都可分為兩大類:
 
1)  求積式解調(diào)器
2)  脈沖計數(shù)器式解調(diào)電路

    求積式解調(diào)器是一種利用相位移動產(chǎn)生變化直流電壓的電路,從而生成音頻信號。中頻部分經(jīng)放大產(chǎn)生方波。然后信號分成兩個部分,其中一路信號經(jīng)相位偏移電路。然后信號在與其中的一個延遲了90度相位的信號(該信號都是正交的)混合在一起。所產(chǎn)生的信號平均強度直接與無線信號的相位偏移(頻率變化)有關。

    數(shù)字式的脈沖計數(shù)器式解調(diào)電路不同于求積式解調(diào)器,但它是一種將調(diào)頻無線電信號轉(zhuǎn)換成音頻信號的更加有效的方法。計數(shù)器式解調(diào)電路按照無線電信號頻率產(chǎn)生固定間隔的脈沖。
 
    當無線電信號頻率增加時,脈沖間距變;頻率降低時,脈沖間距加大。在任何時間,脈沖的平均電壓強度根據(jù)調(diào)頻信號的頻率成正比而上下波動,產(chǎn)生變化的低頻電壓(音頻信號)
 
    計數(shù)器式解調(diào)電路通常在1MHz以下頻率工作,這就意味著它們只能在二級轉(zhuǎn)換接收機中發(fā)揮效能。在一級轉(zhuǎn)換接收機中使用計數(shù)器式解調(diào)電路會使振蕩器的頻率十分接近于載波信號的頻率而無法正常工作。必須將信號混合差頻到足夠低的頻率,解調(diào)電路才能正常工作且無失真現(xiàn)象(還記得變頻超外差法是如何工作的嗎?)。第一級中頻頻點與載波信號十分接近,只差幾百K赫茲,從而能將信號混合到幾百K赫茲,但同時這會導致無法進行充分的前級過濾和必要的鏡像及衍生頻率干擾抑制(鏡像及衍生頻率干擾抑制將在隨后的段落中加以討論)。計數(shù)器式解調(diào)電路擁有良好的耐高溫性和高調(diào)幅波抑制性能。在寫這本手冊之時,計數(shù)器式解調(diào)電路只用在最先進的無線接收機設計中。

穩(wěn)定性和熱漂移

    在求積式解調(diào)器電路中,使用雙感應器和電容器的另一個問題是它會隨不同因素(通常是溫度)而發(fā)生變化,無線電信號將會嚴重的失真。例如,在10.7MHz為中頻工作的單一轉(zhuǎn)換接收機中,在解調(diào)電路電路調(diào)整中僅百分之0.5的漂移就會使解調(diào)電路原有頻率減少53千赫茲,會造成嚴重的失真。而在二次轉(zhuǎn)換中頻接收機中,二次中頻頻率為1MHZ, 同樣百分之0.5的偏移,在調(diào)制過程中將只會產(chǎn)生5千赫的偏移。從而,就熱漂移來說,采用1MHz作為解調(diào)頻率的解調(diào)電路的頻率漂移百分比是以10.7MHz為解調(diào)電路的十倍。
 
    那么,為什么不是所有的接收機都使用解調(diào)電路為1MHz的雙重轉(zhuǎn)換設計呢?首先,由于存在兩個振蕩器和兩組中頻濾波器,雙重轉(zhuǎn)換接收機包括許多組件,并且制作和排列的成本更高。其次,由于振蕩器信號可以泄漏進其他電路甚至彼此之間相互影響,造成各種不同的“奇怪”效應 ,因此使用兩個振蕩器可能產(chǎn)生更多的內(nèi)部互調(diào)問題。盡管設計難度大,適當設計的雙重甚至是三重轉(zhuǎn)換接收機在最終性能的分析時,性能表現(xiàn)會更為優(yōu)秀。
 
壓縮擴展器
 
    在接收機內(nèi)部的解調(diào)電路后的擴展器一定是發(fā)射機壓縮器的“完美鏡象”。其目的在于完成噪音抑制壓縮擴展過程,也就是將音頻信號的動態(tài)范圍加倍放大,這和發(fā)射機中壓縮的處理相對應。音頻信號的動態(tài)范圍在發(fā)射機中以2:1比率壓縮,在接收機中以 1:2的比率 放大還原為原始音頻信號。在“音頻信號處理”一章中將詳細介紹壓縮擴展器。
 
調(diào)幅抑制

    改善接收機調(diào)幅抑制的主要方法就是在解調(diào)電路之前采用強烈的限幅處理。限幅處理幾乎將信號轉(zhuǎn)換成完全的方波,因而調(diào)幅強度波動將不會改變進入解調(diào)電路的波形。
 
    有些類型的解調(diào)電路也提供調(diào)幅抑制。求積式解調(diào)器沒有內(nèi)在的調(diào)幅抑制,不過脈沖計數(shù)器式解調(diào)電路卻提供額外的調(diào)幅抑制。
 
音頻輸出部分
 
    接收機的音頻部分必須提供超低噪音增益,同時將失真降低到最小限度。它也要有正確的輸出連接器,平衡或非平衡的配置以及根據(jù)應用環(huán)境設定輸出電平。低成本的接收機主要只提供單一的輸出端,并通常是非平衡配置。而高品質(zhì)的,多用途接收機為連接各種音響和錄音設備,提供了各種不同電平的輸出接口。
 
靜默技術

    當匹配的發(fā)射機關閉時,或信號條件太弱不能產(chǎn)生可用的信噪比時,接收機中的 “靜默”電路便用使音頻輸出啞音。有以下幾種不同的方法:
 
1.        固定的射頻強度閾值靜默
2.        由高頻音頻噪聲控制的可變閥值靜默
3.        導頻信號控制靜默
4.        數(shù)字代碼控制靜默
5.        微處理器控制算法 (智能靜默技術)的靜默處理
 
 有兩種相反的情況要求不同的靜默處理方法

1.        近距離時,具有很大的平均射頻強度
2.        遠距離時,具有微弱平均射頻強度
 
    在具有很大射頻強度的近距離操作范圍內(nèi),理想的靜默處理應該是活躍的,不允許音頻信號產(chǎn)生任何噪音,又能將導致多路徑跑頻的潛在噪聲啞音。這種方法的問題在于活躍的靜默處理將會明顯降低操作范圍。

    在具有較低的射頻信號強度的遠距離操作范圍上,理想的靜默將不會那么活躍,為了擴大操作范圍,它允許射頻信號降至接近背景噪聲的水平后才開始靜默。然而,在近距離、強射頻信號時該方法會導致多路徑信號傳輸所造成的短暫的“噪聲加強”。
 
    固定射頻強度閥值靜默系統(tǒng)通過監(jiān)視到來的信號強度來決定是否需要靜默。這種類型的設計中,盡管靜默閾值經(jīng)常是可調(diào)節(jié)的,由于特定條件下平均射頻強度難以預測,所以選擇最優(yōu)設置十分困難。當匹配的發(fā)射機關閉時,接收機也可能會被干擾信號誤觸發(fā)。
 
    當發(fā)射機關閉時,可以利用高頻噪聲來控制靜默閾值,從而使接收機啞音靜默。該方法也假設跑頻是在高頻噪聲逐漸升高之后可以預測發(fā)生的,盡管這種類型的靜默技術在絕大多數(shù)情況下相當有效,它也可能被包含大量高頻的音頻信號所 “欺騙”,比如,使車鑰匙或硬幣發(fā)出叮當聲。
 
    導頻信號控制的靜默系統(tǒng)通常使用在發(fā)射機產(chǎn)生的連續(xù)超聲波導頻信號來控制接收機的音頻輸出。接收機對導頻信號必須比對射頻載波信號更加敏感,當載波信號很弱但仍然可以產(chǎn)生可用的音頻信號時,可以避免意外的靜默。當發(fā)射機關閉時,用該方法使接收機啞音是十分有效的,但是當發(fā)射機很近或有一定距離時,這并不能解決射頻信號強弱的問題。
 
    當發(fā)射機開著時,數(shù)字代碼靜默技術利用由發(fā)射機產(chǎn)生、包含8比特代碼的超聲波音頻信號來通知接收機打開音頻輸出通道。代碼在發(fā)射機開啟后重復發(fā)送幾次以確保接收機接到代碼。發(fā)射機關閉時首先發(fā)出另一個代碼以通知接收機將音頻系統(tǒng)啞音,然后在簡短的延遲以后,關閉發(fā)射機的電源。在每個系統(tǒng)中使用不同的代碼以避免與多通道無線系統(tǒng)的沖突。當發(fā)射機關閉時,該方法在使接收機啞音方面是非常有效的,并且消除了開關機時的噪音,但仍然不能兼顧解決射頻信號強與弱兩種情況下的問題。
 
    在一些Lectrosonics接收機中引入了一種稱作SmartSquelchTM(智能靜默技術)的獨特技術。這是一種由微處理器控制的技術,它在幾秒里通過監(jiān)測射頻強度,音頻強度和近期的靜默歷史而自動控制靜默操作。系統(tǒng)在強大的射頻信號的情況下提供活躍的靜默功能以消除在近距離的多路徑傳輸環(huán)境所造成的噪音。當射頻信號比較微弱的時候,系統(tǒng)會提供相對“不活躍”的靜默功能,以便在盡可能遠的距離范圍內(nèi)盡可能傳輸更多可用的音頻信號,通過遮蔽效應來盡可能消除本底噪聲。
 
射頻信號ACE 計算機界面

    隨著微處理控制的出現(xiàn),可以利用強大的工具來協(xié)助識別無線電頻率干擾和找出無干擾的操作頻段。Lectrosonics UDR200B接收機隨機附帶軟件提供了可對所有內(nèi)部設置和狀態(tài)以及各種不同操作模式進行調(diào)節(jié)的圖形界面。如果要安裝一套新的無線系統(tǒng),接收機可以通過與RS232兼容的Windows® PC 接口來進行實地的頻率掃描。
 
    顯示界面的下半部顯示了一個用于進行頻率掃描的圖像的掃描頻譜分析器。在掃描期間,接收機在調(diào)制范圍上分步調(diào)諧,位于屏幕上的指示器會顯示所找到的頻率和信號強度。如圖四:

圖四

圖四

 

    對于多通道無線系統(tǒng),軟件也提供一個概括一覽屏,它可以同時實時顯示25個或42個接收機最為關鍵的幾個狀態(tài)。射頻和音頻強度,發(fā)射機的內(nèi)部溫度和剩余電量都能同時在彩屏中顯示出來。

分集接收技術

  

    “分集式接收”是無線系統(tǒng)中最容易被廣泛誤解的概念之一。這個詞源于詞根“diverse”,意思是“無關聯(lián)的”。應用在話筒接收機上時,該術語指使用兩個天線來消除由多路徑傳輸中因相位相互抵消(多路徑傳輸空值)所造成的“跑頻”現(xiàn)象。

    下面介紹一下多路徑傳輸空值。在這個例子中,來自于發(fā)射機的信號經(jīng)直接路徑和反射路徑到達接收機的天線。反射信號路徑要略長于直接路徑,這樣它們在接收機天線上混合時,會造成兩個信號的相位不一致。產(chǎn)生的弱信號就是我們所說的跑頻。

多徑跑頻

多徑跑頻

 

    最常見的跑頻類型可能更適合被稱作“噪音增強”――接收機音頻輸出保持打開狀態(tài),可以聽到短暫的嘶嘶聲,滴答聲,砰砰聲以及其它與音頻信號夾雜在一起。如果多路徑傳輸?shù)男盘栠^弱使接收機啞音,也可能發(fā)生音頻信號的完全丟失的情況。VHF跑頻時通常聽起來更像瞬間的嗖嗖聲或嘶嘶聲,有時還夾雜著嗡嗡的聲音。由于UHF具有更高的頻率和更短波長,其跑頻時間上比VHF要短得多,有時聽起來更像噗噗聲或滴答聲。

    由于無線發(fā)射機的輸出向四周輻射,并在室內(nèi)各種不同的界面上折射返回,因此多路徑傳輸跑頻現(xiàn)象在室內(nèi)時更為常見。事實上,工作在室內(nèi)的無線系統(tǒng)會產(chǎn)生大量反射,但由于直接信號最強,系統(tǒng)將繼續(xù)工作而不收影響。金屬是很好的反射體,發(fā)射機信號可以從汽車,卡車,拖車,金屬建筑物上有效地反射,因此多路徑傳輸跑頻現(xiàn)象也會在戶外發(fā)生。

     當發(fā)射機和接收機天線處于一個特殊的相對位置時,失真就會發(fā)生。將發(fā)射機或接收機移至另一個不同位置后,經(jīng)?梢越档突蛳д。在房屋周圍的其它可移動物體,如人的身體,也會改變反射和直達信號,這或多或少的影響失真的發(fā)生。
 
     在VHF頻率上無線電載波信號的波長在5到6.5英尺的范圍內(nèi)。在UHF頻率上,波長約為12到20英寸。所以在VHF頻率上的 “跑頻帶”(跑頻產(chǎn)生的區(qū)域)要比UHF頻率上的大,因此為了防止跑頻,使用VHF系統(tǒng)時天線要比使用UHF系統(tǒng)時移的更遠。這也意味著,在行走測試中,定位和識別VHF系統(tǒng)的跑頻帶要比UHF系統(tǒng)的容易。
 
    在分集接收的簡單說明中,到達天線A的信號在很大程度上被多路徑傳輸空值給抵消了,留給接收機的只有一小部分信號。在天線B的信號仍舊很強,為接收機提供足夠的信號以產(chǎn)生可用的音頻信噪比。

分集接收

分集接收

 

    注意,圖示中把天線B顯示為“遠程”天線,與同軸電纜連接。兩根天線之間的距離至少要保持操作頻率的二分之一波長以確保天線接收到無關聯(lián)的(也就是“分集的”)信號,從而獲得分集接收發(fā)揮至最佳表現(xiàn)。

   想象一下,如果天線B安裝在接收機上會有什么情況發(fā)生呢?如果系統(tǒng)是按VHF設計的,很有可能多路徑傳輸空值發(fā)生同時發(fā)生在兩個天線上。那么嘗試在接收相同信號的兩根天線之間切換的好處是什么呢?兩個信號之間的相位差異不存在或者很小,以至于對接收不會有任何影響。當兩根天線安裝在接收機上時,具有較短波長的UHF頻率在天線之間將有足夠的寬度空間以獲得分集式接收的益處。
 
    在具有出色靈敏度的高品質(zhì)接收機上的分集電路可以降低或消除多路徑傳輸跑頻,在某些情況下會增加操作范圍。接收改進的程度隨設計者選擇的分集接收方法而變化。
 
    在接收機設計中選擇的分集接收電路的類型需要考慮許多因素,如成本,大小和重量,性能表現(xiàn)和特定應用時每個電路類型的實用性。
 
     由于市場競爭越來越激烈,成本往往是主要標準。大小和重量在為現(xiàn)場同期錄音而設計的接收機中最為重要。性能表現(xiàn)在高端錄音室和舞臺接收機中是主要關心的焦點。在電影制作的應用設計中,無線系統(tǒng)的價格與一天的制作成本比較起來就顯得無足輕重了,因此在這種情況下,音頻和射頻性能就成為關注的焦點。

    當它們進入接收機以后,接收機如何處理來自兩根不同天線的信號就成為區(qū)分接收機設計好壞的重要分水嶺。除非使用高品質(zhì)設計的接收機,否則利用分集接收將毫無意義。低靈敏度的分集接收機在使用單天線的地方會時常出現(xiàn)問題,高性能的接收機工作時不會產(chǎn)生噪音或跑頻現(xiàn)象。任何類型的 “分集”接收都不會對低性能的接收機的性能提升有太多幫助。事實上,它可能會使情況變得更糟。

    以下就用圖示來說明并討論使用在各種設計中分集接收的不同技術。

    無源分集接收

    這只是簡單地在單一接收機上增加額外的天線,放置在二分之一波長或更遠的地方?梢允褂猛庵妙l率合成器和第二根天線很容易地實現(xiàn)。兩個結(jié)合的天線將會收集更多的射頻信號并同時將跑頻降至最低限度。

    天線相位切換分集

    該技術的主要優(yōu)點就是尺寸小,這解釋了為什么這種小型接收機被設計應用在現(xiàn)場同期錄音上。將兩根天線結(jié)合來為一個接收機,和其中一根天線輸入上加上了相位反轉(zhuǎn)開關。當信號狀況變糟時,其中的一個天線相位發(fā)生翻轉(zhuǎn),然后邏輯電路決定切換行為是否改進了信噪比,再決定是否鎖住該位置或再一次進行切換和采樣。 天線將保持在較佳位置上,信號狀況再出現(xiàn)問題時,重復以上操作。

    該方法潛在的邏輯是:

1.如果任一天線可接收到較強的信號,接收端就沒有問題
2.當兩根天線擁有一個同相微弱信號時,信號彼此間相互疊加并產(chǎn)生更強的射頻信號
3.兩根天線都有較強的信號,但它們彼此間相位相異,在這種情況下它們之間相位抵制將降低到達接收機的信號強度。當發(fā)生上述情況時,接收機將其中一個天線的相位翻轉(zhuǎn),在絕大多數(shù)情況下可以恢復射頻信號。
 
    這種技術的邏輯性就是簡單地利用相位差別。在同一時間兩根天線都出現(xiàn)多路徑傳輸空值的機會可能很小,但當兩根天線都能接收到很好的信號時,信號間的相位差異又會導致相位抵消,跑頻現(xiàn)象仍舊可能發(fā)生。現(xiàn)實世界的試驗表明簡單地使用兩根天線在避免跑頻現(xiàn)象的發(fā)生并不能起到實際的改善。

    該方法的存在的問題是:

1.直到接收機遇到麻煩時才做出反應

2.變換相位經(jīng)常會使借乎邊緣的問題變得嚴重。

3.由于切換電路位于射頻信號路徑中且只在低射頻強度情況下進行切換,所以當切換發(fā)生時,將會產(chǎn)生“滴答聲”

    這種分集接收技術的一種特殊改進――即使用微處理器控制的被稱作“智能分集接收”技術的算法,由Lectrosonics提供,應用在小型接收機上。在接收機中的嵌入的芯片通過分析射頻強度和射頻強度變化率,控制分集接收信號測控和切換。芯片決定切換和采樣的最優(yōu)時間選擇以將失真最小化,并消除可能由切換活動而造成的音頻中的噪音。該“智能”算法也與接收機中的智能靜默芯片集成整體以進行隨機抽取和切換。系統(tǒng)將利用短暫的靜默活動進行切換,當靜默系統(tǒng)將音頻啞音時,通過抽取樣本來決定最佳的相位設置。

音頻信號處理

 

    為使源信號的均衡和動態(tài)范圍與錄制和擴聲系統(tǒng)相匹配,幾乎所有的聲音錄制和增強系統(tǒng)都使用音頻信號處理電路。從電影光學聲軌錄制、音樂錄制到聲音增強和電話系統(tǒng)的應用范圍內(nèi),使用了各種不同的方法。無線話筒系統(tǒng)的設計也致力于傳送最大的動態(tài)范圍同時將噪聲和失真降到最低限度,這需要幾種類型的音頻信號處理。

    未壓縮的音頻信號動態(tài)范圍是源自實況轉(zhuǎn)播中的講話者或樂器所產(chǎn)生的話筒信號,該動態(tài)范圍通常會超出無線系統(tǒng)所能處理的范圍。如果沒有壓縮和限幅,就會聽到任何無線系統(tǒng)其固有的背景噪音。當發(fā)射機隨講話者移動時,背景噪音強度也隨之變化。當音頻信號處于相當高的強度時,音頻掩蓋了背景噪音。然而,在演講期間的停頓或帶有低強度的音頻時,會很清楚地聽到背景噪音。另外,除非在發(fā)射機中提供某種形式的完全限制,否則發(fā)射機的高輸入強度會產(chǎn)生失真。

     在無線話筒系統(tǒng)中應用的音頻信號處理也致力于降低噪聲和失真。信號處理包含幾個基本的過程:
1.        預加重/去加重(用于增加信號以達到系統(tǒng)的信噪比要求)
2.        輸入限幅(將過載失真降低到最小程度)
3.        壓縮擴展器(壓縮器/擴展器噪音衰減)
4.        DNR過濾(動態(tài)高頻噪聲衰減)

    預加重/去加重

    絕大多數(shù)的無線話筒系統(tǒng)通常在發(fā)射機中進行高頻提升(預加重),然后在接收機中的進行相應的高頻衰減處理(去加重)。此過程與使用在某些磁帶錄制機上的簡單噪音抑制很相似,并且顯著地將無線系統(tǒng)的信噪比提高了大約10個分貝。

    如果應用了過多的預加重,在整個調(diào)制期間,由窄帶接收機中的中頻濾波器所引發(fā)的失真(高頻的絲音)很有可能發(fā)生。寬帶中頻濾波器在犧牲選擇性的情況下可以減少或消除這種問題。
 
    輸入限幅

    我們應該在輸入限幅器和壓縮器(整體壓縮擴展器電路的一部分)之間明確加以區(qū)分。這是兩個操作不同并為不同目的而應用的獨立電路。輸入限幅器使用在發(fā)射機輸入電路中,它在最大的信號強度上加個“最高限額”以抑制增益放大器的過載并保持無線頻偏保持在允許的限度內(nèi)。而壓縮器是作為壓縮擴展器電路的一部分,作為整體噪音抑制過程的一部分,通過接收機中的接收鏡像進行反向擴展過程加以實現(xiàn)。輸入限幅器在發(fā)射機輸入端,緊跟著的是壓縮器。

圖一

圖一

 

    有幾種很好的原因必須在發(fā)射機上使用輸入限幅器電路。首先,不管輸入信號強度有多大,政府的規(guī)定限制了可允許的最大調(diào)頻偏移。其次,如果在音頻鏈路的第一階段向音頻放大器發(fā)送過多的信號,過載失真(削波)將會發(fā)生。有趣的是,盡管這是一個能夠極大提升系統(tǒng)表現(xiàn)性能的很有價值的設計 “工具”,仍舊只有很少的制造廠商會將限幅器放在輸入階段。
 
    入階段中一個優(yōu)秀的限幅器將顯著地提高系統(tǒng)的信噪比,并防止信號峰值失真。一個優(yōu)秀的限幅器可以處理在最大頻偏之上的約12分貝的信號峰值。更好的設計將可處理至高出20分貝的峰值。目前最好的系統(tǒng)在任何增益設置上可以處理超過最大頻偏的30分貝的峰值。  

    在大部分設計中,使用輸入過載來限制最大偏離。雖然這使得系統(tǒng)符合政府相關使用規(guī)定,但產(chǎn)生了嚴重失真并同時犧牲了系統(tǒng)的信噪比。在沒有限幅器的情況下,唯一避免過載失真的辦法就是降低輸入增益,從而信號峰值不會被削波。然而,使用此方法的問題在于,平均信號強度在正常操作中太低以至于不能產(chǎn)生良好的信噪比。這就是為什么在某些產(chǎn)品的設計中背景噪音總是可以聽到或失真頻繁地發(fā)生的原因之一。 

    在某些電路設計中,限幅器的工作范圍隨著增益設置而發(fā)生變化,因此限幅器直接對輸入增益電路做出反應。這將限幅器的范圍與增益控制的量基本保持在同一范圍內(nèi)。換句話說,限幅器在高峰值時把增益控制簡單地調(diào)低。這種聯(lián)動的動態(tài)限幅閥值技術對于大嗓子歌手來講就是一個大問題,通常他們的演唱需要一個精確不變的壓限處理。在這種情況下,輸入增益通常被設置成最小值,此時在輸入處沒有增益,來確保較少的限幅或不限幅。最佳的限幅器設計使用獨立于輸入增益電路設定的獨立的電路模塊。

    壓縮擴展器

    在稱作“壓縮擴展器”的信號處理電路的幫助下,無線話筒系統(tǒng)可以察覺的信噪比得到了極大的提高。術語“壓縮擴展器”是 “壓縮器”和“擴展器”的合成詞。

    壓縮擴展是一種依靠“掩蔽”效應來提高無線系統(tǒng)信噪比的雙重音頻處理過程。掩蔽就是利用人耳聽事物的方式,用較大的聲音掩蓋較弱的聲音過程。當音頻信號足夠高時,人耳不會聽到射頻鏈路所產(chǎn)生的、較小強度的潛在背景噪音,掩蔽的工作理論便是如此。

    發(fā)射機中進行的壓縮處理參照一個參考強度來進行,壓縮處理會降低高強度信號并提升低強度信號。此壓縮效果就是要降低音頻信號整體的動態(tài)工作范圍,有效地提高平均強度。使平均音頻強度遠高于背景噪音的強度,以極大提高系統(tǒng)射頻鏈路中信號的信噪比。
   
    電話行業(yè)第一次使用了壓縮擴展器來為長距離的電話線提供噪聲抑制,電話線上過多的噪音積累可能比音頻信號本身大許多。在模擬磁帶錄制過程中的也使用壓縮擴展器來杜絕磁帶發(fā)出的嘶嘶聲。在工程設計上,我們花費大部分時間來來改進壓縮擴展過程。

  無線話筒系統(tǒng)的壓縮擴展器操作比率為2:1。發(fā)射機中的壓縮器將動態(tài)范圍按照2:1的比例壓縮,然后接收機中的擴展器以1:2的反比率放大以恢復音頻信號的原始動態(tài)。 如下圖你會注意到,在壓縮之前最低的音頻強度只高于噪聲本底之上40分貝。壓縮以后,最低音頻信號在噪聲本底之上60分貝,信噪比有20 分貝的提高。使用壓縮處理過的音頻信號與載波信號調(diào)制發(fā)射會在射頻鏈路中獲得輸出信噪比的顯著改善。

圖二

圖二

 

    有許多制造廠商大力宣揚他們壓縮擴展電路的功能。壓縮擴展器對無線系統(tǒng)產(chǎn)生的音頻質(zhì)量來說是相當重要的,但只有無線系統(tǒng)的其他部分都是高品質(zhì)的設計這個前提條件得到保證之后,這種說法才是成立的。如果射頻性能表現(xiàn)有問題或系統(tǒng)遭受失真以及干擾的困擾,無論音頻處理電路質(zhì)量多好并不重要。另外,較差的射頻表現(xiàn)會使射頻鏈路發(fā)生異常,接收機會輸出發(fā)射機根本沒有傳輸?shù)囊纛l信號。
 
    射頻鏈路產(chǎn)生的高頻噪音會造成壓縮擴展器的錯誤跟蹤。盡管該噪音并沒有在發(fā)射機的原音頻信號中,高頻噪音會連同音頻信號一起出現(xiàn)在接收機中。 絕大多數(shù)由于射頻性能不過硬而在鏈路產(chǎn)生的噪音是超聲波,雖然人耳無法聽見,仍舊能夠誤導壓縮擴展器,從而在可聽到的聲音中造成“呼吸效應”或者“活塞效應”。最佳的設計中,在壓縮擴展器之前,接收機應該有一個有源濾波器電路,它可以提供的高頻衰減過濾功能,會將這種誤導跟蹤降至最低限度。
 
    壓縮擴展器設計中首先要考慮的因素之一就是如何在壓縮器和擴展器上最優(yōu)化地設置不同啟動和衰減延遲的時間常量。必須仔細控制啟動和衰減延遲時間以將預期應用的動態(tài)操作最優(yōu)化。發(fā)射機中的壓縮器與接收機中的擴展器必須以一種完美的互補方式進行。由于在每一個低頻音頻波形的循環(huán)周期上電壓強度的改變將會影響到增益的大小,所以對于高頻信號最理想的壓縮擴展設置會同時造成大量的低頻信號失真。具有慢啟動和釋放時間的壓縮擴展器會產(chǎn)生無失真的低頻(例如,對于具有較低基頻的低音吉他來說是理想的),但是這將不能夠及時并準確地處理較高頻率的聲音。所以在設計過程中更多的要考慮兩方面的因素來進行折衷。
 
    注意:特殊值只用于描述壓縮擴展器的概念,這些值在不同設計中以及各種發(fā)射機輸入信號強度上將會發(fā)生如果壓縮擴展器有快速的啟動時間和慢速的釋放時間的功能,在相當長的時間段內(nèi),音頻信號中的短暫瞬間效應將會控制壓縮擴展器的增益。所產(chǎn)生的問題就是“呼吸聲”,你會在每個字或聲響之后聽到嘶嘶的背景噪音。擁有較快的釋放時間是處理該問題的一個好辦法,不過,這會增加低頻失真的可能性,因為電路在那時會作用于低頻波形的拖尾階段,從而造成失真情況的發(fā)生。重大地改變。
 
    具有單一啟動時間和合理釋放時間的常規(guī)壓縮擴展器會同樣增加系統(tǒng)失真,200赫茲時大約失真0.5%,100赫茲時大約1%。常規(guī)壓縮擴展器對于此問題無能為力。
 
    存在于高頻和低頻的失真問題促進了新一代壓縮擴展器的誕生,音頻信號的高頻部分與低頻部分得到分別處理。該過程,被稱作“雙頻段壓縮擴展”,只應用于最先進的無線話筒系統(tǒng)中,它的引進極大地增加了設計和制造該系統(tǒng)的成本。
 
    雙頻段壓縮擴展過程的使用有點像揚聲器系統(tǒng)的分頻電路。音頻信號劃分成高低頻段,然后每個頻段對其各自理想的開啟和延遲時間分別進行處理。高頻信號部分使用較快的啟動和延遲時間常量,而低頻信號部分則以較長的時間常量進行處理。兩個壓縮擴展器之間相互作用以確保音頻信號的線性輸出。

圖三

圖三

 

    注意:壓縮擴展器只對音頻信號的動態(tài)范圍起作用,而不影響整體系統(tǒng)的頻率響應。以上圖示只描述了如何對于可影響壓縮擴展器的控制信號進行分離處理。在顯示為1千赫茲的分頻點上,壓縮擴展器電路的高頻和低頻部分平等地控制動態(tài)范圍。

    動態(tài)降噪過濾

    作為一整套完全音頻信號處理過程的最后一步,在很差的信號情況下,加入DNR過濾(動態(tài)降噪)可以提供最佳信噪比。
 
    雙頻段壓縮擴展器提供出色的低失真降噪性能,但在特殊情況下,異常仍有可能發(fā)生。當只出現(xiàn)的唯一的一個音頻信號是低強度,包含低頻瞬變而組成時,一種稱作“呼吸”失真效應依舊會發(fā)生。這種情況是指在低頻音頻信號瞬變之后,可以斷續(xù)地聽到環(huán)境或射頻鏈路中的高頻噪音。在這種情況下,低音壓縮擴展器應用較長的時間常量,使短暫的 “噪聲聲尾” 在音頻信號之后發(fā)生。在音頻信號處于低強度,低頻率并且收聽環(huán)境十分安靜時(例如,在錄音室設置中使用耳機),該效應是最值得留意的。在這些環(huán)境下,所有的壓縮擴展器設計顯示了或多或少的呼吸效應。這不是雙壓縮擴展器所獨有的問題。
 
    為了在該種情形下抑制噪音,需要使用一個獨特的動態(tài)濾波器電路。DNR包括一個動態(tài)的各種各樣分頻點的低通濾波器,在信號不好的情況下,可以自動減小高頻噪音變量。通過對射頻強度、音頻強度以及音頻信號的高頻容量的分析和組合,不間斷地調(diào)整濾波器的分頻點。

圖四

圖四

 

    當出現(xiàn)微弱的射頻信號和低強度的音頻時,濾波器的閥值動態(tài)的向低頻方向調(diào)整以去除高頻噪音。這是完全發(fā)生在接收機內(nèi)部單方向的處理過程。
 
    DNR的使用有點像壓縮擴展器的掩蔽效應。 當音頻存在時,即使只有中等強度,或存在具有高頻的音頻,背景噪音將會被掩蔽,因此濾波器將不再進行濾波處理以避免改變原有音頻信號。DNR電路極其靈敏而且響應速度快,它不改變整體無線話筒系統(tǒng)的原有的頻率響應指標。
 
    音頻性能表現(xiàn)測試

    某些出色的音頻性能測試在這篇無線手冊標題為“評估無線話筒系統(tǒng)”的章節(jié)中有相關介紹。該部分描述的測試甚至向更高性能的無線話筒設計發(fā)出挑戰(zhàn), 并生動地顯示了本章所描述的設計上的挑戰(zhàn)和無線話筒的性能。

天線

  無線話筒系統(tǒng)的操作和設計概念——天線

    載波信號的頻率決定著無線信號的波長。無線信號和光以同樣的速度傳播。如果你取無線信號在一秒鐘內(nèi)傳播的距離,并將其按載波頻點加以劃分,你就會得到載波頻率一個周期的實際長度。絕大多數(shù)無線話筒發(fā)射機和接收機使用“四分之一波長”作為天線長度。

    發(fā)射機通常握在手中或戴在身上,因此在天線上總有受人身體的影響。不同生產(chǎn)廠商對于發(fā)射機的天線設計變化很大。

    接收機經(jīng)常安裝在其他設備或鄰近的大型金屬表面上,任何形式的安裝將會影響到天線的功率。通常為四分之一波長的鞭狀天線,直接安裝在接收機的底部,它使用接收機的外殼為天線提供一個接地面。在關鍵場合或為取得最大操作范圍的應用中,不同類型的遙控天線被普遍使用。

    我們不想深入研究天線理論和設計的復雜問題,以下的信息只是簡單地強調(diào)大家主要關心的問題和被廣泛應用的設計的操作優(yōu)勢。

    腰包式發(fā)射機的天線

    VHF腰包式發(fā)射機通常使用話筒電線的護罩作為其天線,盡管某些老式的設計仍舊沿用“垂吊式天線”。UHF腰包式設計普遍使用一個分開的1/4波長的鞭狀天線來將有效的射頻功率輸出最大化。值得注意的是,當天線放置在使用者身上時,到達接收機的輻射信號變少,天線的輻射輸出也同時降低。一般來說,把帶有天線的發(fā)射機垂直地放置以進行環(huán)狀輻射是最佳的想法。在垂直定位中,使用者可以隨意移動,但仍能輻射足夠強的信號給匹配的接收機。

腰包式發(fā)射機的天線

腰包式發(fā)射機的天線

 

    手持式發(fā)射機用天線

    絕大多數(shù)手持式發(fā)射機使用一根可以通過塑料外殼來輻射射頻信號的內(nèi)部天線。許多手持式發(fā)射機的設計使用一個金屬外殼,該外殼就變成了天線電路的一部分。由于在UHF頻段時只有幾英寸長,通常也使用從話筒底部伸出的、有彈性的鞭狀天線來達到此目的。手持式發(fā)射機的益處是,當使用時,只有人手和話筒有直接接觸,這使得天線可以有效地輻射。在使用突出鞭狀天線的設計中,使用者的手變成了準地面的一部分。

    對手持式發(fā)射機來說,雙曲線的“啞鈴”形狀可以很好地工作。它有一個安全的握柄且拿在手中很舒適。當用一支手拿時,無論手是位于發(fā)射機之上還是之下,天線通常不受影響并可以有效地輻射信號。當兩只手拿時,由于一之手在上而另一支在下,天線輸出將受到影響。

手持式發(fā)射機用天線

手持式發(fā)射機用天線

 

    外接插式發(fā)射機用天線

    帶有集成天線的外接插式發(fā)射機是使用電池艙周圍的外殼作為發(fā)射天線的一極,話筒和人手組成偶極子配置的另一半。輸入連接件之下的絕緣體將天線組件分離。該配置的輻射射頻功率比標準手持發(fā)射機配置的要高。

外接插式發(fā)射機用天線

外接插式發(fā)射機用天線

   接收機用天線

    對于發(fā)射機來說,用戶沒有太多的設置和技巧可以顯著改變發(fā)射機天線的效率和設計。不過,就接收機而論,有許多選擇可以應用到接收機的天線上。不同的原料可應用于各種不同型號的天線上,也包括專業(yè)制造天線的生產(chǎn)廠商。該文的主旨只是強調(diào)在操作無線話筒系統(tǒng)中一些通常使用的天線種類。我們不會討論天線的復雜理論知識,而代之以簡化的某些基本類型的描述,這包括哪些類型的天線適用于何應用的一些建議。

    在某些應用中,天線的性能表現(xiàn)在與安裝的物理限制比較起來可能顯得不那么重要。例如,在會議室,盡可能保持聲音系統(tǒng)組件的隱形是重要的。將高性能的天線放置在會議室的一側(cè)墻上是不允許的。由于從發(fā)射機到接收機天線的距離通常很短,天線的有效作用不是主要問題。因此,融合在室內(nèi)裝飾中的天線,或不可見的天線對于該應用是有意義的,但不能使用理想接收類型的天線。

    在其他應用中,比如劇院和舞臺,雖然天線的物理外觀顯得不太重要,天線的性能表現(xiàn)卻是主要關心的問題。在該例中,天線可能必須放置在遠離舞臺幾百英尺的地方。另外,在天線位置可能存在大量的射頻噪音和干擾信號。因此,在這項應用中有意義的做法就是使用高頻指向天線,而忽略其外觀。由于觀眾看不見天線,所以它究竟看起來怎么樣沒有太大區(qū)別。

    1/4波長

    這是通常應用在無線話筒接收機上的天線。鞭狀天線長度可以是固定的,或伸縮式設計的。長度大約是系統(tǒng)操作頻率的1/4波長。鞭狀天線作為輻射單元,接收機外殼作為接地面。對于絕大多數(shù)的應用來講,接收機上直接安裝的1/4波長的鞭狀天線可以提供足夠的操作范圍。垂直放置時,它提供具有水平方向上環(huán)形的平等接收靈敏度,上下方除外。

接收機用天線

接收機用天線

 

    在同一場地架設多通道無線系統(tǒng)時,由于接收機彼此間很靠近,鞭狀天線之間也很靠近,這時候?qū)a(chǎn)生問題。不過,在絕大多數(shù)的應用中,當在同一個房間中架設3個通道左右的無線系統(tǒng)時,鞭狀天線普遍上講就已足夠了。對于同一位置同時使用超過3個通道的多通道無線系統(tǒng)來說,最好使用射頻天線分配器和外部遙控天線。

    螺旋式天線(橡皮鴨式)

    與常規(guī)的鞭狀天線相似,該類型提供了較短的物理長度,但與1/4波長的鞭狀天線比較起來,它的帶寬更有限。這種類型的天線不是將元器件直線延長到1/4波長,而是將天線螺旋纏繞成一個線圈。單元中的金屬線與直線鞭狀天線有同樣的電子長度,但整體物理長度變短,并且在盤繞后顯得更加靈活。螺旋式天線的接收效率通常不如直線1/4波長的鞭狀天線,但是在某些應用場合中更加關注天線的耐用性而不是有效性。

    螺旋式天線的最普通的應用是在上攝像機的接收機上使用,以進行現(xiàn)場拍攝或電影制作,因為較長的天線很容易被折斷,或影響其他設備的正常工作。

螺旋式天線(橡皮鴨式)

螺旋式天線(橡皮鴨式)

 

    接地平面類型的天線

    這種類型的天線比1/4波長的鞭狀天線而言可以提供更大的接收信號增益。它是由單一的,1/4波長的垂直單元構(gòu)成,周圍由放射狀單元包圍。當放射半徑與垂直方向向下偏離45度角時,提供最佳的阻抗匹配。調(diào)整天線位置以使放射半徑最靠近最近的邊界(地板或天花板),可以產(chǎn)生最好的效果。在戶外使用時,通常將其垂直安裝(單一單元指向上方)。如果安裝在室內(nèi)的天花板上,通常將其掉轉(zhuǎn)以達到最佳的工作模式,單一單元指向下方以使放射半徑最靠近于天花板。

    接地平面天線展示了環(huán)狀覆蓋模式,其與垂直面正交。這對于諸如在音樂中央位置或遠離重要射頻干擾源的大型房間的應用里是一個不錯的選擇。

接地平面類型的天線

接地平面類型的天線

  同軸式天線

    這是一種特殊類型的天線,可利用普通同軸電纜進行制造。它的工作原理更像偶極子天線,中心導體切成1/4波長,從同軸電纜罩中伸出。為了給接收機提供更好的阻抗匹配,該電纜罩也被切成1/4波長。

    可以垂直或水平放置同軸天線。雖然這種類型的天線不是特別有效,但可以將其安裝在其他類型天線不方便安裝的地方,例如吊頂之上或隱藏在墻內(nèi)。當垂直放置時,它提供位于正交天線軸心的發(fā)射機的環(huán)形接收覆蓋模式。并折疊在同軸電纜之上。

同軸式天線

同軸式天線

 

    偶極子式天線

    這是一種呈現(xiàn)環(huán)狀覆蓋模式的雙重單元天線。每個單元通常被切成1/4波長。將發(fā)射機放置在與單元垂直的位置上以取得最大接收靈敏度。由于偶極子天線容易制作,從音樂廳到戶外制作場景得到許多應用。

    此處顯示的是一種帶有可調(diào)單元組的多功能偶極子設計。從500到800MHz的頻率刻度標記在天線體上。單元組沿天線體折疊以調(diào)節(jié)頻率,這使得該設備易于存放。

偶極子式天線

偶極子式天線

 

    (鯊魚鰭)天線

    該縮寫代表“LogPeriodicDipoleArray”。這是一種多組件,強指向型天線,寬頻點范圍(例如500到800MHz),高于偶極子天線4分貝增益的天線。拾音方向圖與心形話筒相似,并與放射單元垂直。

    在各種頻點的多通道無線系統(tǒng),LPDA天線普遍用作提供射頻信號的唯一外置天線類型。安裝LPDA天線不要將其放置在靠近反射面附近。在UHF頻段,通常放置位置沒有關系,但在VHF頻段,室內(nèi)使用時將受到某些限制。

(鯊魚鰭)天線

(鯊魚鰭)天線

   Yagi天線

    這是一種多元,強指向天線,操作于有限的頻率范圍之上。Yagi天線實際上是一種偶極子單元組成的“無源天線矩陣”。它包括一個基本的偶極子天線、以及由其它偶極子單元改進的寄生偶極單元,該寄生偶極單元被放置在偶極子天線單元的前方或后方的特定位置。偶極子天線背后的單元稱為“反射器”,而偶極子前方的單元稱為“導向器”。當更多的“導向器”單元加在偶極子天線前面時,模式變得更加具有定向性。典型的三元Yagi天線將比偶極子天線產(chǎn)生約3或4分貝的增益。一個五元Yagi天線設計可以進一步產(chǎn)生10分貝或更高的增益。增益越高,放置的位置就越關鍵。

Yagi天線

Yagi天線

頻率合成

   頻率合成的無線話筒系統(tǒng)在近些年變得逐漸流行起來。除了為某些消費市場提供的很便宜的系統(tǒng)以外,現(xiàn)在介紹的大多數(shù)新的無線系統(tǒng)都是采用頻率合成技術。無線用戶已經(jīng)注意到這些系統(tǒng)物有所值,并且感到它們擁有快速改變操作頻率的強大功能。經(jīng)銷商也希望將其庫存的無線設備銷售出去,而無需等待關于用戶自定義的、特殊的定購系統(tǒng)。合成的無線話筒在場地新聞制作人員,場地電影拍攝,電視制作公司,旅游團體和其它無線用戶中也變得流行起來。術語“頻率捷變”(此處是指頻率合成的無線設備)在專業(yè)音頻行業(yè)上已經(jīng)成為一種行業(yè)術語。
 
    盡管他們有不可否認的吸引力,合成無線話筒系統(tǒng)也有某些重要的局限和不足,并且有時在解一個舊問題時,新問題又產(chǎn)生出來。例如,頻率合成電路經(jīng)常嚴重地影響音頻質(zhì)量,不過在音頻性能和頻率合成之間的關聯(lián)對于絕大多數(shù)無線用戶來說就不是很明顯。頻率合成也同樣影響無線話筒性能的其它指標,像電池壽命,大小,重量和成本等等。因為用戶對于頻率合成技術寄于極大的期望,因此當選擇使用無線話筒時,對其技術的基本了解將有助于做出明智的選擇。
 
頻率合成
 
      所有合成的無線話筒設備使用一種相位鎖定環(huán)狀(鎖相環(huán))電路來控制操作頻率。在這種類型的頻率合成器中,輸出頻率由一個電壓控制的射頻振蕩器所產(chǎn)生,通常直接工作于理想的發(fā)射頻率上。無線發(fā)射機中的電壓控制振蕩器也經(jīng)常有一個用來FM調(diào)制輸出信號的第二個控制輸入接口。某些更加復雜的頻率合成器使用獨立的FM調(diào)節(jié)器電路。
 
     電路鎖定到一個非常穩(wěn)定的、由水晶振蕩器發(fā)生的參照頻率上,通過控制電壓的變化來調(diào)整振蕩器的輸出頻率。通過數(shù)字頻率分配器電路、相位/頻率比較儀、控制信號濾波器以及控制信號放大器來共同實現(xiàn)。按照理想合成頻率通道間距將穩(wěn)定的參照頻率分降成與之相等的頻率。也就是說,如果通道以125千赫茲的間隔劃分,參照頻率分配器的輸出也將是125千赫茲。通常使用更高的參照頻率和分配器設計,因為對于無線話筒設備來說125千赫茲的晶體不夠穩(wěn)定以及尺寸太大
電壓控制振蕩器的輸出也通過一個可編程頻率分配器分降成125千赫茲。例如,如果702.625MHz的輸出頻率是理想的頻率,計數(shù)器將其除以5621(702.625除以5621是0.125)。那末參照分配器和程序分配器的輸出都應用在相位/頻率比較儀上。起初,電壓控制射頻振蕩器不會在準確的702.625MHz上。相位/頻率比較儀將會輸出一個控制信號,該信號會在必要時上下調(diào)整電壓振蕩器并使頻率達到702.625MHz。此控制信號經(jīng)過過濾以消除數(shù)字噪音,再放大,隨后應用在電壓控制振蕩器上。
 
      由于電壓控制振蕩頻率十分接近702.625MHz,相位/頻率比較儀輸出將會變成一個相位控制信號。經(jīng)過一段調(diào)整時間后,進入相位/頻率比較儀的兩個為125千赫茲的信號其頻率和相位將會被鎖住。當該種情況發(fā)生時,電壓控制振蕩器輸出頻率就像參考振蕩器本身的頻率一樣精準,恰恰是125千赫茲的倍數(shù)。
 
    改變程序頻率分配器的除數(shù)比率會使頻率合成器輸出頻率以125千赫茲的步幅移動。例如,如果程序頻率分配器改用5622作為除數(shù),而不用5621,電壓控制振蕩器的頻率變?yōu)?622乘以125千赫茲,即702.750MHz。一個為5623的除數(shù)比率產(chǎn)生702.875MHz,而為5624的將產(chǎn)生703.000MHz,以此類推。理論上,頻率合成器的輸出頻率范圍只受到電壓控制共振器和可用的程序分配器的除數(shù)比率所限制。在實踐中,受到頻率合成器噪音和其它考慮因素限制,電路可調(diào)的頻率輸出范圍通常在VHF頻段時限制在兩個左右的電視通道范圍內(nèi),而對于UHF頻段來說,最大范圍將會是4到8個電視頻道間距。

   相位/頻率比較儀也有一個“鎖緊”狀態(tài)電路輸出,當頻率合成器取得穩(wěn)定的頻率操作時,它會發(fā)出信號。在發(fā)射機中,“鎖緊”狀態(tài)電路打開射頻輸出控制開關,允許設備開始傳輸射頻信號。在頻率合成器鎖住之前,輸出頻率可能在發(fā)射機的可調(diào)范圍之內(nèi)的任何位置并對頻率進行快速改變。在頻率合成器對頻如果適中的性能表現(xiàn)是可以接受的,使用標準集成的電路來設計運行在較低射頻頻點的基本鎖相環(huán)頻率合成電路是相當簡單的。專業(yè)無線話筒系統(tǒng)所需的高性能設計則相當具有挑戰(zhàn)性,尤其是對UHF來說。必須在噪音,音 頻 響應,低頻失真,鎖定時間,電量消耗,可調(diào)范圍,偽輸出,頻率步幅大小以及其它一些內(nèi)部關聯(lián)的性能表現(xiàn)的因素之間做出謹慎的折衷選擇。合成頻率的無線系統(tǒng)使用者應該不光著眼于合成技術的吸引力,而要確信是否整體性能表現(xiàn)符合他們的需要。率鎖住之前進行傳輸會對其它設備造成嚴重干擾。
 
頻率合成器性能表現(xiàn)存在的問題
 
    頻率合成器對于傳輸?shù)囊纛l信噪比(SNR)指標有主要影響。由于在絕大多數(shù)的無線話筒系統(tǒng)都采用了某些類型的音頻處理(如壓縮擴展)技術,上述影響不總是立即可見的。另外,基于靜態(tài)度量的詳細說明并沒有揭露這些問題。不幸地是,某些無線制造廠商依靠音頻處理來掩蓋由于各種設計折衷所暴露出來的問題,這也包括在頻率合成器中使用時出現(xiàn)的問題。然而,在每個字后加入“嘶嘶聲”或 “噪聲尾音”會使一個糟糕系統(tǒng)信噪比問題很清楚地顯露出來。該效應有時也稱作“呼吸聲”。在某種背景聲音存在時,此問題就尤為明顯,比如傳輸中斷,火車和地鐵中的隆隆聲,電梯噪音以及表演者的沉重呼吸聲。
 
    盡管頻率合成器噪音并不是該問題的唯一原因,但它卻是最普通中的一個。主要原因是相位噪音,有時也被稱作相位或頻率不定。在發(fā)射機和接收機上的頻率合成器很容易受到此問題的影響,而且每一個相位噪音是疊加上去的。接收機FM解調(diào)器不能把頻率合成器相位噪音與理想音頻調(diào)制區(qū)分開來,結(jié)果是低強度的噪音被引入音頻中來。此虛假的噪音“本底”造成每個字后夾雜的“尾噪音”,以及可聽見的強度差異。
 
    就許多原因來說,頻率合成器比晶體控制振蕩器擁有更多的相位噪音。相位噪音也會隨頻率的增加而提高,這使得UHF系統(tǒng)比VHF系統(tǒng)更容易遭受影響。為了部分彌補這種問題,UHF系統(tǒng)通常比VHF系統(tǒng)擁有更寬的頻偏(調(diào)制的增加)。在UHF頻段,如何設計一個極低相位噪音的頻率合成器是非常具有挑戰(zhàn)性的工作,好的設計與那些較低性能的設計比較起來更加復雜,也更加昂貴。相位噪音也影響到了通道間隔,與那些100千赫茲或更高通道間隔的相比,實現(xiàn)擁有25千赫茲通道間隔的高性能電路相當困難,而且價格也會更加昂貴。
 
    合成頻率的無線設備比起晶體控制頻率的設計更容易遭受機械振蕩和沖擊的影響。除非采取可預防的措施,粗暴操作或撞擊一個合成頻率的發(fā)射機或接收機很有可能在系統(tǒng)輸出中造成可聽見的“砰聲”。即使是這樣,發(fā)射機和接收機周圍也要十分堅硬,如此地設計是為了使對頻率合成器電路的振蕩和沖擊降至最低限度。電子瞬變也會造成嚴重問題。由于電池接觸可能會不牢固,靠電池供電的設備必須考慮防止直流線路上的噪音。依靠交流電源供給的接收機必須有充足的過濾和規(guī)則以防止電源瞬變所造成的影響并阻止噪音到達頻率合成器電路。
 
    頻率合成器的電量消耗與晶體控制電路比較總是相當高的。雖然在低功率高速數(shù)字電路的技術取得了長足的進步,頻率合成器的耗用電流還是比期望的要高許多。這對于需要極高速的頻率分配器電路的UHF無線設備尤為重要。在高性能UHF發(fā)射機中頻率合成器占用35%到50%的設備總體耗用電流是十分普遍的。數(shù)字電路也需要穩(wěn)定的操作電壓,而這些往往是以犧牲了效率和降低電池壽命為代價而實現(xiàn)的。

   合成頻率的發(fā)射機會有偽輸出,正如晶體控制發(fā)射機一樣。然而除了發(fā)射機輸出頻率諧波,兩種類型的設備偽輸出也大不相同。晶體控制發(fā)射機有其特有的、大量的低強度的偽輸出,通常與載頻信號間隔10MHz或更大。合成頻率的發(fā)射機幾乎總是擁有與發(fā)射機頻率比較接近的低強度偽輸出。在絕大多數(shù)情況下,偽輸出會存在載頻信號的上方和下方,其數(shù)量與通道間距相等。
 
    如果發(fā)射機輸出頻率以100千赫茲的間隔分離,也就是說,在載頻信號上方和下方100千赫茲的偽信號將會出現(xiàn)。對那些習慣于晶體控制發(fā)射機的人們會很驚訝,按照他們的理解接近中心的偽信號經(jīng)常會導致嚴重問題。合成頻率的發(fā)射機有時也會產(chǎn)生位于頻率合成-參照振蕩器頻點上方和下方的(通常為3到10MHz)的偽輸出信號。兩種類型的發(fā)射機通常都會輸出倍頻的偽輸出信號。一個設計良好的合成發(fā)射機普遍上比晶體控制發(fā)射機有較少的偽輸出,并且偽輸出信號強度也較低。
 
    當幾個系統(tǒng)同時使用時,頻率合成器的開和關會造成嚴重問題。幾乎所有的頻率合成器在最初打開時會產(chǎn)生大范圍、眾多的發(fā)射信號,需要一點時間以使數(shù)字電路將輸出頻率“鎖在”正確的值上。當開機時,如果發(fā)射機的頻率合成器初始化時發(fā)射的眾多信號正好有一個位于另外一個正在工作的無線通道頻點上,那么第二個系統(tǒng)將會受到嚴重的干擾。您會聽到最大的聲音強度“砰聲”。
 
    直到頻率合成器完全鎖住后,合成的發(fā)射機才可以進行射頻輸出。然而,有些設備并沒有終止射頻輸出的電路,或不能充分地降低輸出以防止進一步干擾。不幸的是,盡管對于發(fā)射機來講要達到FCC絕緣要求的最低限度并不難,但仍能造成該問題的發(fā)生,尤其是當發(fā)射機離接收機很近時。當關機時,某些設計也會產(chǎn)生瞬間干擾,當數(shù)字電路已經(jīng)失去了對頻率的控制后,在很短的時間段內(nèi)仍然有射頻輸出進行。此問題十分嚴重,因此在專業(yè)應用使用之前,核實合成的無線發(fā)射機是否可以“干凈地”打開或關閉是必需的。
 
接收機的性能表現(xiàn)
 
    在無線話筒系統(tǒng)中另一個重要的考慮因素就是接收機的選擇性和干擾抑制。頻率合成電路可以在大范圍內(nèi)輕易地將接收機調(diào)整到指定的工作頻點中心。為了使接收機工作正常,在接收機輸入端的射頻濾波器必須以某種方式覆蓋整個頻率合成器的調(diào)節(jié)范圍。最普通的方法就是將接收機的射頻過濾器簡單地加大,可以容納所需的范圍。這幾乎總是犧牲了接收機的選擇性和抗干擾能力。調(diào)節(jié)范圍越大,性能的犧牲越嚴重。
 
    如果想要得到相當大的調(diào)制范圍,首選的方法就是為接收機配備電子可調(diào)諧的射頻濾波器。雖然此方法可以很好地工作,它的確有許多缺點,成本很高。額外的組件成本巨大且初始排列時很費時。濾波器頻率調(diào)整對控制信號來說實質(zhì)上總是非線性的,需要必要的電路來存儲所需的控制信號閥值和產(chǎn)生正確的信號值。
 
    一種普通類型的電子調(diào)制射頻濾波器使用變?nèi)荻䴓O管作為調(diào)制單元。除非很好地加以實現(xiàn),否則此類型的濾波器會在幾個種情況下波及性能表現(xiàn)。一種問題是,某些變?nèi)荻䴓O管,尤其是那些便宜的,會衰減濾波器的選擇性指標。這在UHF上是一個獨特的問題,任何小組件的功能缺陷將嚴重影響濾波器的性能。結(jié)果是與寬頻帶、不可調(diào)諧濾波接收機設計相比并沒有實際優(yōu)勢。
 
    可調(diào)諧變?nèi)荻䴓O管射頻濾波器也可能受強大的射頻信號的影響而過載,這在無線話筒系統(tǒng)中是非常普遍的情況。當濾波器中源自強大射頻信號產(chǎn)生的電壓淹沒了正常工作的調(diào)制電壓就會發(fā)生過載。當這種情況發(fā)生時,濾波器調(diào)諧的變化和其選擇性會下降。有時,濾波器調(diào)整方向背離期望的信號而轉(zhuǎn)向干擾信號,嚴重地危及到系統(tǒng)性能表現(xiàn)。 使用其它調(diào)諧類型組件的濾波器,比如PIN(開關)二極管,在這種情況下會表現(xiàn)得更出色。

    理論上通過使用特殊的抗過載射頻放大器來改善寬帶濾波器接收機的性能是可能的。因為這些放大器的高電量消耗,此方法只對較大的交流供電接收機適用。不過,即使擁有復雜的電路,寬頻帶、可調(diào)制過濾接收機的性能表現(xiàn)仍舊不能與高品質(zhì)的固定頻率設計的接收機相比。出于這種原因,只有高品質(zhì)的,專業(yè)的合成設備才可用于苛刻要求的應用上。
 
操作員界面
 
    頻率合成器的程序界面是以一個長二進制代碼形式而代表的,或兩個較短的二進制代碼。必須將這種形式翻譯成對使用者有意義的形式。通常使用幾種方法來實現(xiàn):某些方法簡單而某些方法相對復雜。在復雜的高端產(chǎn)品設計上,某些合成無線發(fā)射機和接收機使用面板上的微處理器來驅(qū)動LCD顯示。操作頻率可以以6位數(shù)字的形式直接顯示,如“702.625”。頻點也可在一個小型控制面板,蓋子內(nèi)部或電池艙里,通過“上”和“下”按鈕加以調(diào)整。一般上來說,某種形式的電子鎖或外殼對于防止誤操作所導致的意外頻率改變是十分必要的。
 
    有些設備使用一種“通道和組”的方法。在這種情況下,基于某種原理,生產(chǎn)廠商在指定的組內(nèi)標明某些通道的特殊使用頻率。許多可用的組,以及組內(nèi)可用的通道隨不同的生產(chǎn)廠商而改變。尤其是,不同生產(chǎn)廠商之間由通道/組數(shù)量所代表的實際頻率幾乎總是不盡相同。如果出自多于一家生產(chǎn)廠商的設備在使用時,這使得此方法很不實用,并且當實際頻率一覽表相對于通道/組數(shù)量不可用時,將會出現(xiàn)嚴重問題。
 
    一些設備提供直接頻率顯示或通道/組顯示選擇。無論是哪種選擇,通常核實所有的可選設置以達到預期的目標是十分必要的。這不但耗費時間,而且如果當其它無線系統(tǒng)在使用時需要頻率的改變,這會是個大問題。也就是說,如果發(fā)射機瞬間向每一個中間頻段輸出一個信號,發(fā)生干擾的可能性很高。這甚至對接收機也有問題,因為在調(diào)諧期間,短暫的多余音頻信號會發(fā)生。除非所有的頻率在性能表現(xiàn)期間保持不變,在取得最終頻率之前對于發(fā)射機采取措施以限制輸出是必要的。由于可能使用其它類型的設備,ENG的使用存在著危險性,不存在整體控制,并且可供設置時間已經(jīng)很短,甚至沒有整體協(xié)調(diào)的時間。
 
    發(fā)射機上的LCD顯示屏提供直接頻率、組等等的顯示信息,使其具有直覺上的吸引力,但考慮到發(fā)射機是無線系統(tǒng)中最經(jīng)常觸摸的部分,易碎性也將會是一個問題。簡單的用螺絲刀調(diào)節(jié)的超小型旋鈕關使之具有堅固,成本低和容易使用的特性。另外,不像其它帶有LCD顯示屏的設備一樣,旋鈕可以在發(fā)射機關閉時進行調(diào)整,這消除了當在變換頻點時可能出現(xiàn)的任何潛在的干擾問題。旋鈕也同時提供了快速訪問寬頻點范圍的方法,這與按鈕類型的控制一樣無需滾動過所有的中間選擇即可快速調(diào)整。
 
    接收機的顯示屏是相當有用的,尤其指那些用在錄音室或固定的安裝應用上。在這種情況下,通常特殊的接收機可以和多于一臺的發(fā)射機匹配使用。顯示屏可以確認將會接收到哪一個發(fā)射機的信號。另外,對于其它系統(tǒng)的干擾風險降至最低限度,操作員可以對任何無用音頻進行靜音。顯示屏對于其它用途也很有用,比如發(fā)射機低電量警告以及其它各種系統(tǒng)信息。最后,如果接收機在很遠的地方接收控制,前端面板接收機顯示屏將尤為有用。
 
操作中的問題
 
    合成頻點的無線話筒系統(tǒng)的一個主要吸引人的特點就是使用者可以快速地改變頻率。

在許多應用中,這也會是一個弊病。事實上,除非可將合成的無線設備頻率“鎖住”以避免在現(xiàn)場臨時變化或?qū)⑵湎拗圃谝恍〔糠诸A先建立的“可允許的”頻率上,否則一些經(jīng)常使用大量無線系統(tǒng)同時工作的組織將不會使用它們。問題在于,將同時可用的無線頻率點增加到最大限度需要專業(yè)的頻率協(xié)調(diào)和對頻率利用的嚴格控制。在這種環(huán)境下,只有一兩套合成系統(tǒng)加上一位未經(jīng)培訓的操作員會對其他無線系統(tǒng)造成嚴重的干擾問題,結(jié)果經(jīng)常是耗資巨大。
 
    小規(guī)模上,任何在同一地點使用多于兩或三套無線系統(tǒng)的小組都會遇到小規(guī)模的問題。這在都市區(qū)域或當無線系統(tǒng)不在個人或小組的控制下時尤為真實。在這種情況下,改變頻率的能力就是干擾另一系統(tǒng)的能力。特別需要注意的是,造成互調(diào)的頻率之間的聯(lián)系并不是顯而易可見的,因此隨機的頻率變化總會對另一調(diào)整好的無線系統(tǒng)形成潛在的嚴重問題。
 
    合成頻點的無線系統(tǒng)也在ENG和其他類似應用場合中產(chǎn)生同樣的問題。由于在類似應用現(xiàn)場沒有統(tǒng)一的頻率分配的控制中心,而且現(xiàn)場工作人員普遍面對極大壓力,這些成為了日復一日需要面對的共同特點。當幾組不同的ENG工作人員在場時,為了提高接收效果,最后加入的小組的頻點增加甚至簡單的頻率改變將會給其他人帶來嚴重問題。假設希望較大工作范圍的無線用戶A改變了頻點,從而給用戶B帶來了互調(diào)問題。用戶B為了避免互調(diào)而同樣改變頻率,這給用戶C和用戶D帶來了干擾問題,依次地造成他們改變自己的頻率。現(xiàn)在用戶C給用戶A制造了一個新問題,而用戶D給用戶B帶來同樣的問題。當重要事件發(fā)生且沒人可以得到高品質(zhì)的無線音頻信號時,這會開始又一輪的頻點改變,這種情況可能會一直持續(xù)。雖然在不同組織的用戶之間不可能對干擾有一個理想的答案,但在事件中瘋狂地改變頻點肯定是最糟糕的事情。
 
    合成頻率的無線設備對EFP、旅游團體、講師以及那些經(jīng)常變化工作場所的音頻工程師而言,由于他們通?蓪鏊鶅(nèi)的所有無線系統(tǒng)進行控制,通常是相當有價值的。由于它們可設置成拿走維修的設備相同頻點或是臨時應用在其它地方的設備相同的頻點,頻率合成無線設備作為備用的或“可移動的”系統(tǒng)時也可很好地工作。在適當?shù)念l率協(xié)調(diào)下,對于特殊事件活動頻率合成無線系統(tǒng)用來暫時加強現(xiàn)存系統(tǒng)的功能,其價值是無法衡量的。

干擾

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    在無線系統(tǒng)中,即使導致接收機較差信噪比輸出還有其它一些普遍的原因,無經(jīng)驗的用戶經(jīng)常抱怨“干擾信號”是引發(fā)噪音的關鍵。射頻信號(無線電射頻干擾)是最模糊不清的一個過程。關于無線話筒系統(tǒng),干擾通常定義為引發(fā)失真或噪音的非預期性射頻信號。它也會限制操作范圍和失真。干擾會從外部射頻信號源,比如電視廣播中產(chǎn)生,或者可在無線系統(tǒng)本身中產(chǎn)生。在同一位置操作多個系統(tǒng)也會產(chǎn)生干擾。對于更加復雜的問題,干擾也可能是由所有這些干擾源相結(jié)合所產(chǎn)生出來的。

    在單一通道的無線系統(tǒng)中,干擾通常來自于一個外部射頻信號或靠近接收機的射頻噪音。這種類型的音頻射頻干擾通常源自系統(tǒng)載頻上的信號,或位于接收機內(nèi)部工作的中頻頻點上。在多通道無線系統(tǒng)中,由于無線系統(tǒng)自身在整個系統(tǒng)內(nèi)可以產(chǎn)生射頻干擾,無線電信號干擾是相當復雜的問題。

    多通道無線系統(tǒng)總是需要較高性能的設備,而不同于簡單的一兩個通道系統(tǒng),原因如下:

    1.不論是單通道還是多通道配置,來自外部信息源的干擾對任何無線系統(tǒng)來說是一個問題。在多個接收機系統(tǒng)中,存在許多外部射頻頻率干擾的可能性。

    2.除了外部射頻頻率干擾問題,存在由多個接收機和發(fā)射機自身產(chǎn)生的“系統(tǒng)內(nèi)部”射頻頻率干擾問題。這些“系統(tǒng)內(nèi)部”射頻頻率干擾問題通常很多,并且比外部射頻頻率干擾問題更難解決。

    3.此外,外部干擾源與系統(tǒng)內(nèi)的正常射頻信號相結(jié)合以引發(fā)額外的問題。

    理論上講將無線頻率的間距加大來避免諸多問題是可能的,然而這也同時限制了任意位置中無線系統(tǒng)最大可同時使用的頻點數(shù)量。如果在某一位置使用者需要大量的通道,那么其中的某些通道將會被放置得非常緊湊。就單獨的無線系統(tǒng)設計來說,這將劃分得清晰明了。

    頻率干擾的外部來源

    無線話筒系統(tǒng)在FCC(聯(lián)邦通訊委員會)分配的特殊說明的頻段中工作。每個人都想獲得更多的頻段空間,各種射頻設備在任何允許的功率強度下為他們工作。這類應用包括無線話筒,內(nèi)部通訊聯(lián)絡系統(tǒng),耳內(nèi)監(jiān)聽系統(tǒng),遙控系統(tǒng),通信系統(tǒng),視頻信號,數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊取:唵蔚氖聦嵤,可用的頻譜也是一種有限資源,無法滿足所有的需求。因此,留給我們的就只剩下“共享的頻譜空間”,在那里,無線話筒系統(tǒng)使用與其它“重要”用戶一樣的頻段。

    無線話筒系統(tǒng)通常工作在從150MHz到216MHz的幾個頻段中,這包括VHF電視通道7至13,或在470MHz到806MHz的UHF頻段(電視通道14到69)。在撰寫這本手冊之時,電視通道60到69(746到806MHz)重新劃分給其他應用設備。另外,從470到約516MHz的頻段也重新劃分給公用安全應用設備。更多頻譜使用的需求逐漸增加,而無線話筒的可用頻譜卻日漸減少。

    電視頻段之上是UHF頻譜的另一部分,從902到928MHz。此上部UHF頻段是由大多數(shù)不同應用設備(從車庫開門器和業(yè)余無線電到家庭用無線電話)所使用的“通用”頻段。一般上來說,902到928MHz之間的頻段對無線話筒系統(tǒng)不是一個很好的選擇,尤其是頻繁更換地點的專業(yè)音頻應用。實質(zhì)上,該頻段中肯定有干擾。

    由于多通道無線話筒系統(tǒng)經(jīng)常使用不活躍的電視通道,在特殊地區(qū)運行多通道系統(tǒng)時,你首先要考慮的一個因素通常包括分析本地電視臺。如果你嘗試用無線話筒系統(tǒng)與本地電視臺傳輸以相同的頻點工作,靠電池供電的發(fā)射機信號不太可能會壓過本地電視臺發(fā)出的信號(它可是靠胡佛大壩供電的。。由于數(shù)字電視在廣播中出現(xiàn),加上模擬電視廣播信號保持活躍,可用的頻段極大地減少了。

    也有許多商業(yè)無線廣播服務共享非廣播VHF頻譜,在頻率上與無線話筒分配的頻率相當接近。這種類型的干擾幾率較少,通常會導致某種程度的頻率互調(diào),而不太會對無線話筒的工作頻率形成直接干擾。外部直接干擾源還可以出自雙向?qū)χv機通話系統(tǒng),CCTV系統(tǒng)中有漏縫的電纜,臨時安裝的無線系統(tǒng),無線內(nèi)部通訊系統(tǒng)以及許多其它的無線設備。

頻率干擾的外部來源

頻率干擾的外部來源

 

    除了來自外部無線電設備的直接信號,也存在大量其他的頻率干擾源、這種干擾源被稱作“人類產(chǎn)生的噪聲”。這種干擾通常是寬頻段射頻噪音,它由許多不同類型的設備所產(chǎn)生,其中包括切換電源、計算機、計算機外圍設備、數(shù)字信號處理設備以及各種類型的電力設備。定位出自這些類型的干擾源的方法通常是一次關掉一個設備,并且在排除過程中找出事故原因。

    對無線系統(tǒng)做“聲音檢測”就像檢測聲音系統(tǒng)本身一樣必要。通常電視臺每天以連續(xù)的載頻信號24小時進行工作,因此,如果射頻信號是由本地電視傳輸所引發(fā)的問題,它將是個常量。然而,商業(yè)無線電服務通常在晚上5點到8點的上班時間進行工作,因此晚上的時間普遍沒有無線電信號的干擾。地區(qū)中其它無線電信號(存在許多這樣的信號)可能會在任何時刻工作,所以你不能簡單地預測它們何時會產(chǎn)生干擾射頻信號。

    最好的方法就是選擇不受干擾的電視通道,制訂完善的系統(tǒng)頻率協(xié)調(diào)方案并且只使用最高選擇性的、可以提供很好的互調(diào)和鏡像及衍生頻率干擾抑制的接收機進行工作。如果你不了解如何評價一臺特殊接收機的選擇性或IM抑制能力,可以打電話給生產(chǎn)廠商。如果他們不能給你詳盡的解釋,你應該尋求其它的解決辦法,因為這是任何無線話筒接收機最基本的方面之一。在廣告中做“大肆宣傳”是一件事,而值得信賴的射頻性能表現(xiàn)則是另一回事。

    互調(diào)

    所有的有源設備,比如晶體管,都是非線性的。當兩個或更多的信號以任何強度同時出現(xiàn)在非線性的電子設備中時,就會發(fā)生“互調(diào)”現(xiàn)象。在音頻放大器中,可以稱之為“互調(diào)失真”或“IM失真”。例如,如果兩個信號在電路組件中位于同一個點上,一個疊加和差頻信號就會產(chǎn)生。這稱作二次互調(diào),由于包含兩個信號,每個頻率的一次諧波就是其頻率本身。

頻率干擾的外部來源

互調(diào)

 

    在這個二次互調(diào)的例子中,頻率(89和98MHz)屬于商業(yè)調(diào)頻無線電頻段。一般來說,即使商業(yè)調(diào)頻無線電頻段已經(jīng)十分飽和,發(fā)射機通常發(fā)射出50千瓦的功率,但由于這些頻點離無線接收機的工作頻點很遠,所以接收機前級IF濾波器可以很輕松地將其過濾掉。因此,在該例子中185MHz的理論信號事實上從未在接收機上產(chǎn)生。除了在兩種例外的情況下(這兩種情況將在這章題為RFINSYSTEM中予以討論),像這樣來自兩個外部干擾源的二次互調(diào)很少在接收機上引發(fā)問題。

    即使具有很高選擇性的接收機接收前級也不能絕對避免“三次互調(diào)諧波”所造成的問題。在三次互調(diào)諧波的情況下,很多干擾信號同時離得很近并且接近于接收機的工作頻點。這種情況下,干擾頻率會恰好通過接收機上的前級濾波器并在第一個混頻器中產(chǎn)生互調(diào)信號。

    三次互調(diào)諧波會發(fā)生在三個信號的進行混合的過程中,或者一個信號與另一個信號的二次諧波的混合中。在無線系統(tǒng)中這主要出現(xiàn)在兩種地方;接收機的第一個混頻器上和幾個發(fā)射機之間。如果兩個發(fā)射機彼此間距只有幾英尺,發(fā)射機的輸出階段會將兩個信號混合而產(chǎn)生有趣的結(jié)果。

三次互調(diào)諧波

三次互調(diào)諧波

 

    在這個三次互調(diào)諧波例子中,184MHz的二次諧波與185MHz進行混合,產(chǎn)生一個剛好是183MHz的信號。由于183MHz的接收機會對這個互調(diào)信號和其自身發(fā)射機所發(fā)出的183MHZ信號同時做出響應,顯然這將對工作頻率為183MHz的無線系統(tǒng)會產(chǎn)生嚴重影響。無線電信號通過第二次、第三次、第四次、第五次、第六次、甚至是第七次組合以產(chǎn)生不同互調(diào)信號。

    在花費大量的時間來頻率協(xié)調(diào)并根據(jù)產(chǎn)地情況將天線最優(yōu)化的進行安裝固定后,多通道無線系統(tǒng)能可靠地工作。如果你只使用專為多通道環(huán)境設計的高品質(zhì)接收機,可靠性因素會得到顯著提高。接收機上的性能說明會有點含糊,但是,在最重要的說明中,多通道能力主要是通過選擇性和三次諧波抑制兩項技術指標來體現(xiàn)的。

    選擇性是一個衡量接收機前級濾波器帶寬和IF濾波器性能的指標。一個出色的接收機前級接收帶寬指標是在載頻信號周圍+/-7MHz范圍內(nèi),可以抑制超過的20分貝的射頻干擾。通常,使用位于IF頻率兩邊的、半功率(-3dB)點之間的帶寬數(shù)值來評價IF濾波器的性能。目前市面上可以見到的最高選擇性、固定頻點的接收機具有少于50KHz的IF帶寬和在帶寬為90KHz時60分貝的干擾抑制能力。高性能的寬頻帶系統(tǒng)使用寬頻偏,如+/-75kHz,這要求IF濾波器帶寬應有幾百赫茲以避免失真。

    “三次諧波抑制”是指需要導致與接收機內(nèi)部工作信號相同強度(三次互調(diào)諧波)的干擾信號的輸入強度。不錯的接收機會有一個三次諧波抑制規(guī)定,大約為-15dBm。目前市面上可以見到的最佳接收機的三次諧波抑制規(guī)定約為+10dBm或更高。

    發(fā)射機中的射頻信號

    顯然,如果兩個無線系統(tǒng)的頻率彼此很接近(少于400KHz),它們會在接收機中產(chǎn)生可聽見的干擾信號,或者會極大地減少一個或兩個系統(tǒng)的操作范圍。然而,即使在頻點上分得很開的接收機也會產(chǎn)生噪音。晶體控制、非合成頻率的發(fā)射機不但會產(chǎn)生理想的載波信號,而且也同樣產(chǎn)生許多位于載頻信號頻點之上和之下的、較低功率級的“偽輻射”(偽傳播)。對180.000MHz的發(fā)射機來說,載頻信號的兩側(cè)將會存在以15MHz為間隔的偽輻射波,也就是,135,150,165,180,195,210和225。

    干擾將會發(fā)生在操作于或接近于其中一個偽頻率的接收機中。

發(fā)射機中的射頻信號

發(fā)射機中的射頻信號

 

    你可以通過打開所有的接收機,并同時打開一臺發(fā)射機測試接收機的偽輻射波。如果兩臺接收機同時打開,關掉匹配發(fā)射機的那臺接收機,并查看另一個接收機是否仍然有信號。如果是,你可能已經(jīng)從那臺發(fā)射機上得到了偽輻射波。如果當發(fā)射機移至遠處時,并且發(fā)射機總是在較遠的距離處使用(或者更遠),該問題消失了,你可能在使用中也可能不會發(fā)生什么問題。高品質(zhì)的發(fā)射機擁有降低偽輻射波的輸出過濾功能,但是很難將它們?nèi)肯。適當?shù)念l率協(xié)調(diào)是最好的解決方案。

    如果兩臺發(fā)射機彼此在幾英尺之內(nèi),發(fā)射機也能產(chǎn)生干擾。射頻信號可以以許多有趣的方式組合,某些方式會給你制造大問題。三次互調(diào)諧波就是一個共同的問題。其它問題是在一個或兩個發(fā)射機中射頻輸出段的過載。

    三次互調(diào)諧波的征兆就是接收機中的干擾并不在兩臺發(fā)射機頻點的任何一方。例如,如果發(fā)射機彼此間只有幾英尺,頻點為183MHz和184MHz的兩臺發(fā)射機會在頻點為182MHz的接收機中產(chǎn)生干擾。由于三次互調(diào)諧波會在處理接收機的問題中做詳細的討論,在此只要記住它即會在發(fā)射機也會在接收機中發(fā)生。適當?shù)念l率協(xié)調(diào)總是最好的解決方案。

    另一個與發(fā)射機相關的問題是由射頻能量造成的,從一個發(fā)射機天線輸出的射頻能量進入相鄰的另一臺發(fā)射機,引發(fā)射頻輸出階段的不穩(wěn)定或過載。此處的癥狀為一個或兩個匹配接收機被靜默啞音或產(chǎn)生非常令人討厭的噪音。

    如果這些癥狀中的任意一個發(fā)生在發(fā)射機之間,你的解決方案就是把發(fā)射機彼此移開或改變其中的一臺發(fā)射機的頻率。將發(fā)射機移至人體的另一側(cè)可以解決這個問題。記住要核實這些注意事項,否則舞臺上兩個表演者之間的激情擁抱聽起來可能會像“RobbietheRobotmeetsR2D2”。

    接收機中的射頻信號I

    所有的無線話筒接收機都按照“超外差法”進行工作。接收機內(nèi)的本地振蕩器產(chǎn)生一個很強的參考信號,該參考信號與到來的射頻信號在接收機的混頻器階段中進行混合。結(jié)果產(chǎn)生一個“疊加”和“差頻”信號。然后,將“差頻”信號(稱作中頻或“IF”信號)密集地加以過濾并把它轉(zhuǎn)換成一個音頻信號(解調(diào))。使用此過程來降低無線電信號的頻率,會使過濾和解調(diào)變得更叫容易。例如,194.7MHz的載頻信號與184.000MHz的本地振蕩器相混合而產(chǎn)生一個為10.7MHz的標準IF頻點。

接收機中的射頻信號I

接收機中的射頻信號I

 

    超外差式接收機中的振蕩器能將能量輻射出接收機外殼,通常通過天線接口。此輻射的能量會輕松地進入另外一個鄰近的接收機,并同時將信號注入該接收機。當這種情況發(fā)生時,鄰近的接收機會對來自于第一臺接收機的信號做出響應。換句話來說,即使兩臺接收機所匹配的發(fā)射機都沒有打開,一臺接收機可以對其鄰近的另一臺接收機產(chǎn)生干擾。安裝在同一個架子上的頻點為184.000MHz的接收機與頻點為194.700MHz的接收機會輕易地獲取第一臺接收機中的本地振蕩器信號。

    經(jīng)過仔細的設計,可以將諸如此類的LO串音干擾減小到最低程度或完全消除。FCC規(guī)定最大多少LO是允許的。然而,在實際多通道無線系統(tǒng)中,盡管LO值比FCC規(guī)定的強度小的多,卻已經(jīng)足以產(chǎn)生問題了。接收機中設計良好的前級有助于將來自于天線接口的LO輻射降到最低限度。簡單測試是,將兩臺接收機挨著擺放并觀察靜默指示燈(通常標記為“射頻信號”)會告訴你是否存在LO串音干擾的問題。

    接收機中的本地振蕩器也可以產(chǎn)生其它偽射頻信號,該信號并不像先前例子中的那樣明顯。絕大多數(shù)無線接收機的生產(chǎn)廠商選擇可與多種安裝模式兼容的操作頻率。在同一安裝模式下使用不同生產(chǎn)廠商的接收機會導致許多意外的發(fā)生。

    你可以通過實際安裝所有的接收機來測試LO串話干擾(架子、音頻線、天線、地面等等)。打開所有的接收機并同時關閉所有的發(fā)射機。如果一個或多個接收機表明它/它們正在接收信號,將其它的所有接收機關閉。如果信號消失了,你可能遇到串話干擾了。因而,試著將其它接收機一個個地打開以定位干擾信號產(chǎn)生的位置。最簡單的解決方案就是改變?nèi)我粋干擾或被干擾的接收機或重新定位它們其中的一個。當然,你必須再做一次以上所說的測試。

    系統(tǒng)中的射頻信號I

    由于產(chǎn)生問題的信號相對遠離操作頻率,前級濾波器會將它們輕易地過濾掉,所以接收機通?梢缘种贫位フ{(diào)諧波的干擾。記住,二次互調(diào)信號的頻率由兩個信號頻率的簡單和與差所產(chǎn)生。例如,為了生成一個185MHz的干擾信號,將需要差值為185MHz或可以產(chǎn)生疊加為185MHz的兩個信號。從數(shù)學角度上看,只要其中的一個通道的頻率至少遠離另外一個頻點92.5MHz(載頻信號頻率的一半),即使是標準前級過濾都很容易將二次互調(diào)的干擾屏蔽掉。

    如果你有兩個發(fā)射機,它們頻點按接收機的IF頻點予以分隔(通常是10.7MHz),二次互調(diào)諧波就會出現(xiàn)問題。例如,你有兩臺接收機,一個工作頻點為185MHz,另一個為195.7MHz,兩者之間的差頻為10.7MHz。此差頻信號可能會對任何IF為10.7MHz的、操作在5到10MHz的頻率范圍內(nèi)的接收機產(chǎn)生干擾。

    例如,頻點為193MHz的接收機離195.7MHz只有2.7MHz,距離185MHz的頻點也只有8MHz。對于頻點如此接近的信號,一個標準的前級或許只有少量抑制,信號會通過前級而到達混頻器階段,在那兒將從這些信號中產(chǎn)生一個頻點為10.7MHz的信號。注意,接收機的頻點為多少已不太重要。只要接近或在185到195.7之間,這兩臺接收機將會產(chǎn)生問題。顯然,在系統(tǒng)中你不想讓發(fā)射機以任何接收機的IF頻點來劃分間隔。具有非常高選擇性的前級和高級混頻器的接收機會避免此類問題的發(fā)生。最終,適當?shù)念l率協(xié)調(diào)會較少此問題。

    在任何多通道無線系統(tǒng)中也會出現(xiàn)難解的問題,無論選擇什么操作頻率,與剛才討論的接收機傳話干擾很相似。假設兩個無線系統(tǒng)工作在183.000MHz和185.000MHz頻點上(你可以選擇任何兩個彼此間相差10MHz左右的頻率),假設兩臺接收機都有10.7MHz的IF頻率(絕大多數(shù)使用的),為了簡化說明,我們將系統(tǒng)的設備編號為183和185。

    更難解決的問題如圖1例所示

圖1

圖1

 

    接收機183有一個本地振蕩器,頻率為172.300MHz(那么183.000-172.300=10.7MHz)。如果這個振蕩器向接收機185泄漏信號,由于任何強大的接收機可以消去12.7MHz的信號頻率,因此將不會有問題。但是,當發(fā)射機183也處于開啟狀態(tài)時,可能問題會突然出現(xiàn)。發(fā)射機183的載頻信號和接收機183的本地振蕩器在接收機185的混頻器中組合以產(chǎn)生10.7MHz的信號(也就是183.000-172.300=10.7MHz)。這時候,兩臺接收機將會對同一臺發(fā)射機做出響應,即使它們工作在不同的頻點。

    相反的情況也可能發(fā)生:接收機185的本地振蕩器會在174.300MHz的頻點工作,并可以和發(fā)射機185的載頻信號組合從而在接收機183上產(chǎn)生10.7MHz的IF信號。在設計良好的接收機中,本地振蕩器遺漏將會減小到最低程度,此問題只會當相應的發(fā)射機信號很強時現(xiàn)。如果接收機擁有一個高選擇性前級,此問題會進一步減小。由于兩個干擾信號以IF頻點加以分隔(在此例子中為10.7MHz),高選擇性前級至少會將其中的一個信號進行衰減。

    為了檢測該問題,打開所有的接收機,將它們準確地按其使用方式擺放并連接,并依次打開發(fā)射機,每次打開一臺。發(fā)射機與接收機天線彼此應該距離10或12英尺遠。當然,匹配的接收機(射頻信號燈點亮)將解除靜默,但也監(jiān)視其它接收機是否同時進行靜默解除。如果一個或更多的其他接收機也同時解除靜默,關閉匹配該發(fā)射機的接收機。如果當匹配的接收機關閉時,其他接收機就能正確地進行靜默,證明有此種問題發(fā)生。

    你可以試著將發(fā)射機移至遠處。在實際的操作距離上,該問題可能會自動消失。如果在30英尺或更遠處仍舊存在問題,你可能要對系統(tǒng)頻率做主要替換。簡單的替換不能解決此問題。如果一臺接收機和匹配發(fā)射機造成所有這些問題,很可能是來自接收機的多余本地振蕩器輻射。你可以簡單地嘗試用不同的接收機和發(fā)射機來替換。

   一些減少該問題的方法:

    1.使用天線分配器將接收機彼此間的天線孤立

    2.使用低本地振蕩器輻射接收機

    3.使用高選擇性前端接收機

    4.保持接收機間距在幾英尺或更遠的距離

    經(jīng)常發(fā)生在多通道無線系統(tǒng)中的另一個基本問題是載頻信號的三階組合。為了說明這個問題,假設你有三個工作在183.000、184.000和185.000MHz頻點上的系統(tǒng)。由于在頻率之間只有一個2MHz的區(qū)域,如圖2

圖2

圖2

 

    所以接收機的射頻前級只能提供小部分的衰減。所有這些信號將會通過三個接收機的前級濾波器。

    假設來自發(fā)射機184的信號在接收機183的混頻器處產(chǎn)生一個二次諧波(2x184MHz)。來自184的二次諧波信號會減去來自發(fā)射極185的信號(它也會進入接收機183),而所得的結(jié)果信號就像來自183發(fā)射機的信號一樣有效。

    (184.000x2)-185.000=183.000MHZ

    顯然,你可以通過改變?nèi)N頻率的任何一種而避免此問題。在大型多通道無線系統(tǒng)安裝中,由于可能的組合使我們不知如何開始,事情并不是十分容易解決的。在一個24通道的系統(tǒng)中,會存在552個三次互調(diào)諧波。為了消除一個干擾問題而改變一個頻率會同時引發(fā)5種新干擾。

    如果你將三臺發(fā)射機連接到一臺接收機的情況也考慮進來,計算量甚至變得更加繁重,因此計算機程序就顯得尤為必要了。實際上問題會變得更加不可預測,無線系統(tǒng)載波信號也可以與外部干擾源的信號混合,或者外部信號自身混合而產(chǎn)生同種互調(diào)干擾問題。事實上,預測可能發(fā)生在任何場所的所有組合是不太可能的。最佳的建議就是只使用高互調(diào)干擾抵抗力和高選擇性的接收機來搭建無線系統(tǒng)。一個計算機化的頻率協(xié)調(diào)程序?qū)τ?到24個通道的任何中、大型多通道無線系統(tǒng)是來說是必須的。

    射頻信號問題的解決方案由于絕大多數(shù)多通道無線系統(tǒng)使用不活躍的電視通道,要求在開始之前決定地區(qū)位置。首先需要考慮附近的電視臺,接著通過至少幾次計算機程序的運行而確定在可能頻率的特殊組內(nèi)什么樣的互調(diào)問題會發(fā)生。比較好的計算機程序包括自動選擇和在所有可用頻段內(nèi)進行頻率測試,最終會提供測試結(jié)果的綜合報告。在大部分情況下,需要考慮特定場所特殊的音頻系統(tǒng)應用要求,選擇最低潛在互調(diào)問題的頻率段、以及如何快速方便設定的實用性等因素綜合考慮。即使你有處理計算的某些計算機程序,仍舊需要進行大量的選擇和判斷。另外,必須考慮每一個系統(tǒng)的特殊過濾性能。

    任何真正專心研究高端無線系統(tǒng)的無線話筒生產(chǎn)廠商將有一個計算機化頻率協(xié)調(diào)程序。大多數(shù)情況下,由于使這些軟件的有效參數(shù)會隨無線系統(tǒng)的重新設計而改變,這些程序不可作為“大眾”軟件來使用。為了選擇對任何特殊位置都適用的一組頻率,必須做上千次的計算。這就是為什么必須是用計算機的原因。根本不存你可以用手及時地做出所有計算這種可能。在你被多通道無線系統(tǒng)糾纏之前,所以要經(jīng)常與精于此工作流程的有經(jīng)驗的人保持聯(lián)系并設計出一個頻率協(xié)調(diào)方案。

    盡量使用同樣生產(chǎn)廠商的相同無線系統(tǒng)來實現(xiàn)多通道無線系統(tǒng),在頻率協(xié)調(diào)處理方面總是最好的建議之一。每一個無線生產(chǎn)廠商在設計無線系統(tǒng)中有其各自的方法。在為任何特定場合而設計的過程中,無線系統(tǒng)設計工程師可以做出許多選擇來決定振蕩器的基礎頻率,乘數(shù),和IF頻率。嘗試在多通道系統(tǒng)中將不同品牌和型號的設備混合在一起使用只會帶來更多的問題。

    在特殊環(huán)境下,需要改變頻率以取得頻率兼容的分組,而使用頻率合成、可調(diào)頻點的無線系統(tǒng)可以使頻率改變變得更加容易,但也有不利的一面。

    合成頻率的發(fā)射機產(chǎn)生比較少而低的偽輻射,這使協(xié)調(diào)的復雜性減輕了一點,但是剛剛討論過的串話和互調(diào)問題仍舊存在。設想一個擁擠的新聞集會,有十幾個無線系統(tǒng)同時工作。顯然,沒時間將每個人聚集到一起并設計出一個可用頻率的混合方案。即使你能,遲到的工作人員或許會帶進另外一個頻率,這使得所有的頻段都要再次設置。如果每一個使用可選頻系統(tǒng)的人隨意轉(zhuǎn)換頻率以尋求一個未受干擾的通道的話,在合理的短期時間段內(nèi)你很可能會面對頻率兼容無法解決的情況。在這種情況下,頻率可調(diào)整也許會使事情變得更糟。

    計算機界面

    隨著微處理器控制的出現(xiàn),在高端接收機領域,由Lectrosonics提供的強大軟件工具可以用來協(xié)助鑒別射頻信號I并搜尋無干擾的操作頻譜。與接收機一起的軟件提供所有內(nèi)部設置、狀態(tài)的圖形顯示,并且能夠不斷地給接收機下載和上傳頻率組,也能夠?qū)υS多操作模式進行調(diào)整。使用一個RS-232兼容PCWindows操作系統(tǒng)的界面,當在一個新位置設置一個無線系統(tǒng)時,接收機也可用于完成“地區(qū)掃描”。

計算機界面

計算機界面

 

    顯示屏的下半部分提供了一個圖形顯示、掃描頻譜分析信息以進行實地掃描分析。在掃描期間,接收機在其調(diào)制范圍內(nèi)按頻段掃描,在顯示屏上的標記指明當前所處頻率和發(fā)現(xiàn)的信號強度。使用這種接收機而非其它獨立的測試設備來掃描的優(yōu)點是,接收機不但會顯示臨近外部信號,而且還顯示由出現(xiàn)在接收機內(nèi)部的互調(diào)所產(chǎn)生的射頻信號。此結(jié)果是對區(qū)域的徹底分析,呈現(xiàn)出可用頻譜的清晰畫面。

    兼容性的測試

    在現(xiàn)實世界中,一個流動演出公司在每次移至一個新的環(huán)境并安裝完一套多通道無線系統(tǒng)時,很少會去購買或租借一整套全新的無線話筒系統(tǒng)。核實所有的步驟并檢查提及的每個工作的程序十分常不錯的想法,但現(xiàn)實生活并非如此簡單。

    以下過程在決定多通道無線系統(tǒng)的基本兼容性上,對流動演出公司和固定的音頻應用是有幫助的。

    1)檢查接收機的交互性

    打開所有的接收機并把它們放在實際應用中相同的位置。使發(fā)射機保持關閉的狀態(tài)。檢查所有接收機上的靜默顯示燈(通常標為“RF”)被點亮。如果接收機靜默開啟,一次關閉一個接收機以確定產(chǎn)生干擾信號的接收機的位置。通過重新擺放產(chǎn)生干擾信號的接收機,你或許能夠減少射頻信號I問題。在這種情況下,可能是由LO串話干擾所引發(fā)的結(jié)果。

    如果重新擺放接收機并沒有改變問題,或許外部射頻信號與其中的一個接收機振蕩器發(fā)生了混合。如果是這種情況,打開靜默開啟的接收機所匹配的發(fā)射機,查看音頻是否沒有問題。如果外部信號相當微弱,發(fā)射機信號會將其掩蓋,并且系統(tǒng)仍然工作正常。然而,即使接收機匹配的發(fā)射機處于開啟狀態(tài)時,一個強度足夠大的外部干擾信號仍然可以引起噪音。

    2)檢查發(fā)射機偽輻射波和二次互調(diào)打開所有的接收機。

    然后,依次打開發(fā)射機。每一個發(fā)射機打開時,其對應的接收機會解除靜默(射頻信號燈點亮)。查看是否其它接收機也同時解除靜默。如果一個或多個接收機射頻信號燈同時被點亮,關閉與發(fā)射機匹配的接收機,再檢查是否其它的接收機保持解除靜默狀態(tài)。如果靜默還是維持開啟狀態(tài),很可能你已使發(fā)射機偽輻射波進入其它接收機了。如果當匹配發(fā)射機關閉時它們可以進行正常地靜默并關閉,您的系統(tǒng)就出現(xiàn)了本節(jié)題為“系統(tǒng)中的射頻信號”所早先討論過的二次互調(diào)問題。

    3)檢查三次互調(diào)諧波打開所有的接收機和發(fā)射機。

    按照實際使用狀態(tài)把發(fā)射機盡可能靠近接收機天線。每一次只針對一臺發(fā)射機,先關閉發(fā)射機,然后再打開。對于每臺發(fā)射機,當你移動發(fā)射機位置時,按上述所說至少做5或6次。在實際應用場合,邊移動邊打開和關閉發(fā)射機、同時檢查系統(tǒng)工作情況,為的是確保你的無線系統(tǒng)在實際使用場合移動時不會有接收0信號強度的位置,即防止有跑頻點。請仔細查看當發(fā)射機關閉時,對應的接收機是否在正常靜默(射頻信號燈不點亮)。如果不是這樣,你要找出是什么發(fā)射機組合引起了射頻干擾信號。

    通過有時可能會是相當冗長的消除過程,你可以將問題的范圍縮小,并且確定哪一種發(fā)射機的特別組合會引發(fā)煩人的互調(diào)信號。此種類型的互調(diào)問題的解決方案經(jīng)常包括改變一個或多個系統(tǒng)的頻率。有時,把接收機的天線移至遠離發(fā)射機的地方可以減小互調(diào)問題。

    4)最終系統(tǒng)核實

    將所有設備打開。依次傾聽每一個系統(tǒng)的輸出。此步驟的思想就是核查錯誤連接,發(fā)射機增益調(diào)節(jié)和接收機輸出強度。

頻率協(xié)調(diào)

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    在無線話筒系統(tǒng)中,干擾是永遠不可接受的,但干擾會常常發(fā)生。當干擾發(fā)生時,聲音非常容易中斷,而且令人厭煩。對于負責無線系統(tǒng)的音頻專家,徹底消除這些問題往往花費巨大題?墒牵瑹o線干擾的大多數(shù)問題是可以預防的。只有相當少數(shù)的例子中干擾才不可避免。事實是,大多數(shù)干擾是由其它無線設備、廣播發(fā)射機、手持對講機和可控干擾源所造成的。應預先著手并循序漸進地、通過簡單的判斷措施來分析問題,可以極大降低帶來干擾的可能性。

    提前進行頻率協(xié)調(diào)工作,可以盡可能避免有害干擾的發(fā)生?赏ㄟ^數(shù)學上地分析來判定每一個干擾源是否是干擾的潛在原因,如果是,就采用適當?shù)拇胧。分析工作應該在購買無線設備之前進行。如果了解了實際場所位置的足夠信息,場地中其它無線系統(tǒng)的情況以及無線電信號設備,無線經(jīng)銷商或生產(chǎn)廠商可以為新設備選擇最優(yōu)化的操作頻率。

    合成頻率的無線系統(tǒng)

    乍一看,可能會認為合成無線設備的使用減少了對頻率協(xié)調(diào)和分析的需要。在少數(shù)例子中,比如全部在一兩個組員集中控制下的很少通道數(shù)的幾個系統(tǒng),這是成立的。在這些情況下,工作組通常能夠打開所有的設備并通過測試和發(fā)現(xiàn)錯誤找出無干擾的頻段。然而,即使是這種情況仍有缺點,由于在測試期間重新改造整個射頻環(huán)境可能會很困難。另外,互調(diào)強度完全依靠實際存在的信號強度,只將一臺發(fā)射機移近接收天線幾英尺處可能會引入許多額外的問題。

    在比較有代表性的情形中,大量使用合成頻率的無線話筒不但沒有消除對頻率協(xié)調(diào)的需要,而且會使工作變得更加困難。在許多廣播和制作環(huán)境中,幾個不同的制作組彼此間可能會運行極為相似的無線系統(tǒng)。如果其中的某個組將系統(tǒng)的頻率改變,很可能該變化會馬上給其它無線系統(tǒng)或者臨近的無線系統(tǒng)帶來問題。如果第二個制作組改變他們系統(tǒng)中一個或多個頻點,第三個制作組或第一個制作組極有可能遇到問題。如果沒有控制和準則,很容易發(fā)現(xiàn)這類情況是如何惡化的,因為這會浪費大量的寶貴制作時間。

    典型的折衷辦法就是為每一個組找出少數(shù)額外的、無干擾的頻點。如果想對頻率做一下改變,可以從附加的列表中選擇新的頻點,以確保其它制作組不會遇到新的問題。當然,困難的是找出額外的好頻點可能相當費勁,并且需要付出更多的努力以完成此項任務。為了將沖突最小化,絕大多數(shù)的工具最終采用某種中央控制類型的方式。

    這并不是不重視合成頻率無線系統(tǒng)所體現(xiàn)的價值。由于它能靈活地將故障系統(tǒng)重新調(diào)制,并與不同城市的不同電視通道協(xié)同工作,這使得設備利用得到了推廣,并且許多其它方面的好處使得合成頻率無線設備理所當然地大眾化了。我們想說的是在許多情況下,如果不適當?shù)丶右钥刂疲诤铣深l率無線裝置使用的地方可以引發(fā)許多潛在問題。擁擠的新聞集會活動就是一個最好的例子。

    程序與工具

    正如以上討論的那樣,計算機程序在進行頻率協(xié)調(diào)中或多或少是必要的。實質(zhì)上,所有的無線系統(tǒng)生產(chǎn)廠商偶爾會使用這些程序。然而,由于需要做有效計算的數(shù)據(jù)不斷改變,他們經(jīng)常不會讓經(jīng)銷商和用戶得到此類程序,另外還需要專門的培訓來正確地分析計算結(jié)果。如果用戶得不到合適的應用程序,那么頻率協(xié)調(diào)怎樣實現(xiàn)呢?

    有幾種選擇。

許多無線系統(tǒng)生產(chǎn)廠商會對購買來的系統(tǒng)進行頻率協(xié)調(diào),通常包括來自于其它無線系統(tǒng)廠商的現(xiàn)存無線設備。許多經(jīng)銷商提供同樣的服務。如果使用不同品牌的設備,或許某個生產(chǎn)廠商提供這種服務而其它則不提供。

    然而,把一個生產(chǎn)廠商的應用程序與另一個廠商的設備混合使用存在重大的危險隱患。在單一的數(shù)據(jù)庫中,想要維持來自幾個制造商的精確數(shù)據(jù)以將所有潛在射頻信號的微妙信息全包含在其中,實質(zhì)上是不可能的。由于一個特殊應用程序?qū)τ谄渌放频臒o線設備可能不適用,因此應該與制造商的技術人員核實其適用性。否則,結(jié)果中存在嚴重錯誤的可能性是很大的。

    在付費的前提下少數(shù)經(jīng)銷商和無線服務中心提供頻率協(xié)調(diào)和相關的服務。如果設備制造商和經(jīng)銷商步提供必要的技術支持,這可能是個不錯的選擇。也可能在晚上或周末提供此種類型的技術支持,通常制造商是不會這樣做的。建議和制造商和經(jīng)銷商保持聯(lián)系以查看是否他們可以提供這種服務,或者請教那些有資格的人員讓他們來處理頻率協(xié)調(diào)。

    在商業(yè)上,第三方“互調(diào)”程序像共享程序一樣可從不同的資料來源中獲得。商業(yè)程序應用往往相當昂貴。共享組件的品質(zhì)更是變化萬千,它們總是做一些關于設備特點的無效假設。在這兩種情況下,此類程序并不總是對某種重要類型的無線干擾進行檢測。同時,他們或許只檢測那些實際不存在的“問題”,比如,高階的互調(diào)波。最好讓熟悉無線系統(tǒng)和內(nèi)部技術的人員負責這些程序的使用。

    也應當留意制造商,經(jīng)銷商或服務商所能給予的技術支持水平,在實踐應用中,這一點是必不可少的。也就是說,如果需要頻率協(xié)調(diào)的情況相當普遍,并且暫時沒有需要的技術支持時,或許考慮其它供應商是一個明智的選擇。不能很好工作的無線系統(tǒng),無論價錢如何,從不會是討價還價的砝碼。每一小部分的錯誤頻率選擇就如同設備失靈一樣具有破壞性。

    除了一個適當?shù)挠嬎銠C程序,需要其它的數(shù)據(jù)以進行精準的協(xié)調(diào)。有兩種信息尤為重要,在使用區(qū)域中的正在播出的電視通道和在場所中的所有無線系統(tǒng)和射頻設備的頻率和類型。在絕大多數(shù)的應用中,無線設備對無線話筒的干擾是干擾難題中最普遍的形式。但同時也是最容易避免的問題之一。簡單地為計算機程序提供區(qū)域中所有無線系統(tǒng)的頻率和類型(或特點)使得它可以在絕大多數(shù)的時間段里選擇無干擾的頻率。

    盡量涵蓋所有用到無線設備指標的重要性很難將其夸大。在某一場所只要增加一臺額外的無線發(fā)射機經(jīng)常會與大量的原有無線系統(tǒng)交聯(lián)產(chǎn)生問題。顯然,這種狀況的發(fā)生對于最后時刻附加的系統(tǒng)或協(xié)調(diào)頻率清單(包括重新設置一個合成系統(tǒng))的任何改變都是成立的。基礎信息,比如,生產(chǎn)商,型號和使用中的其他無線系統(tǒng)的頻率,也是需要的。這包括如下項目:無線內(nèi)部通訊系統(tǒng),無線耳內(nèi)監(jiān)聽設備和無線樂器。如果沒有這些信息,程序不能防止某種類型的干擾進入現(xiàn)有系統(tǒng)的可能性。

    同樣需要某一區(qū)域內(nèi)關于射頻信息源的基礎信息。這包括便攜式雙向通話裝置,CATV或MATV系統(tǒng),數(shù)據(jù)和遙感發(fā)射機以及相似設備。如果頻率不是非常強大,幾乎總能安全地忽略低于108MHz或高于1000MHz的發(fā)射機的頻率。采集這些數(shù)據(jù)并不是件容易的事,尤其是當場所位于邊遠城市,并且需要通過電話,email或傳真來進行質(zhì)詢。然而,在實況演出開始半個小時之前,獲得精確的信息往往是避免討厭干擾的唯一辦法。

   同樣需要本地電視臺的工作頻點。通常,制造商和經(jīng)銷商會提供關于此參考資料的信息,并注明工作的城市名稱。然而,擁有完全更新的參考資料幾乎是不太可能的,因此實際查詢是否有新的電視頻道已經(jīng)在城市最近的一個月左右開播過,將是一個明智的質(zhì)詢。由于越來越少的、正在建設的電臺會使用VHF頻段,在絕大多數(shù)情況下對于UHF頻段工作的電臺更新資料更為重要。DTV的出現(xiàn)使情況變得更糟。不幸地是,準確的、更新的電視信息不容易獲取,而且費用相對昂貴,因此求助本地服務通常是最佳的方法。

    如果只使用VHF無線系統(tǒng),那么只需要高頻段的VHF電視通道資料。如果使用UHF無線系統(tǒng)或VHF和UHF相結(jié)合的系統(tǒng),可能要同時擁有UHF和高頻段VHF電視通道資料。不要不考慮大眾和教育電臺,它們有時在出版列表上被忽略了或在出版物上不起眼的地方。

    現(xiàn)場實地勘查

    有時有人會提出現(xiàn)場實地勘查來作為避免干擾的解決方法。這種方法的思路是,將合適的監(jiān)測儀器帶到現(xiàn)場,可以發(fā)現(xiàn)與無線系統(tǒng)發(fā)生干擾的“所有信號”。雖然這種觀點是可以理解的,尤其是只在附近場所存在干擾問題的話,但這種方法不是十分可靠。問題在于,許多潛在的干擾源只間斷地工作,雙向無線電信號就是一個普通的例子。簡便地利用儀器監(jiān)控很難發(fā)現(xiàn)這種極短暫工作的信號,而在較長的時間段中使用人員監(jiān)控又很容易犯錯誤。

    其他的困難包括,它沒有能力使用合理的價格儀器來決定和記錄信息源的準確頻率,而這些精確數(shù)據(jù)對于協(xié)調(diào)程序而言是不可缺少的重要組成部分。至于一個特殊的信息源是否會成為實際問題,僅僅10到25KHz的數(shù)據(jù)誤差就會造成不同很大的區(qū)別。其它值得關注的是,監(jiān)控的頻率范圍越廣,花費的時間就越長。如果在需要檢查超過3或4MHz的帶寬時,這將會使一個嚴重的制約。最后,在實地應用場合的無線電干擾源最有可能成為問題,直到事件發(fā)生時,才有可能對它們進行操作。好的例子就是供安檢工作人員使用的便攜式對講機和警察使用的特殊雙向頻率。

    除此之外,在所有這些限制中最嚴重的就是,大多數(shù)無線系統(tǒng)所遭受的干擾往往是源自無線接收機中的互調(diào)所造成的。這種情況下,在計劃的無線頻點上,沒有一個可被獨立儀器檢測到的真實的射頻信號。因而,利用儀器“搜尋”好頻點的想法或多或少是不能實行的?紤]到這些缺點和現(xiàn)場實地勘查的高成本,有必要對其準確性和是否值得這樣去做同時提出質(zhì)疑。

    除了以上的情況之外,在某些場合下通過簡單的實地掃頻來避免干擾依然是有價值的解決方案。一個例子就是當無線話筒的使用場所是在某個制高點上,如建筑物的頂樓以及山頂上。在這時,通常電視臺發(fā)射信號或者其他發(fā)射機的信號可以傳輸?shù)煤苓h甚至得到加強。同樣的例子如無線話筒在軍事基地或政府建筑物或者其他大功率雷達工作區(qū)域附近使用。政府部門有時會使用特殊頻率,從而導致無線話筒互調(diào)而不能正常工作,而公眾對于此卻一無所知。

    大功率雷達系統(tǒng)如軍方使用的或者民航空中管制系統(tǒng)都可以對無線話筒的正常使用構(gòu)成威脅,尤其在臨近機場或者遙控雷達站的地方。在絕大多數(shù)情況下,互調(diào)不是由于頻率沖突,而是由于非常高能量的微波被輻射到無線話筒的電路上所導致的。這種問題很難解決,所以越早預見到越好。

同樣類似的情況會發(fā)生在一些重工業(yè)工廠的附近。在那里,大功率電子設備可以產(chǎn)生各種各樣的互調(diào),尤其是在VHF頻段上。相對快速的實地勘測通常是足夠的,但是需要非常仔細的選擇在合適的時間進行測試。

    所以,使用測試儀器進行實地勘測在某種場合下是一個有價值的方法,但是更長時間以及使用更為精密的勘測手法在實際效果上卻不見得比簡單勘測有更為明顯的效果。而且,請記住現(xiàn)場測試永遠都有局限性,所以,對于實際測試的結(jié)果一定不能盲目信任。最好的辦法就是使用實際器材在實際現(xiàn)場進行測量,這樣的話潛在的互調(diào)等現(xiàn)象會盡可能的暴露出來。

    國際協(xié)調(diào)

    在任何地方使用多通道無線話筒都需要頻率協(xié)調(diào),但存在一些實際問題。一個在美國工作得很好的計算機程序或許在美國和加拿大以外的其他國家和地區(qū)卻不可用。許多此類程序把電視通道數(shù)據(jù)直接編入其中。由于各個國家之間電視標準和準確的通道頻率大不相同,這些數(shù)據(jù)對于其他國家來說是無效的。各國之間的無線設備技術標準也不一樣,因此,當使用為其他國家標準而設計的無線設備時,可用的程序版本可能不會提供精確的結(jié)果。同樣記住,無線話筒在某些國家還是不合法的,而且受到嚴格地限制,因為能夠在這些地區(qū)使用的設備并不意味著它是合法的。例如,在美國比較流行的,從169到172MHz的8個特殊的VHF旅行頻率在絕大多數(shù)國家是不可用的,甚至是加拿大。在大多數(shù)地區(qū),該頻率范圍是為政府通信而預留的,我們不鼓勵私人使用。

    由于語言障礙和專業(yè)詞匯的不一致,獲取需要的信息或許更加困難。盡管存在這些問題,如果期望得到可信賴的結(jié)果,仍舊需要完整的信息。關于電視通道的信息一般來說是很難獲得的。

    一些建議

    在此列出一些(不按先后順序)關于頻率協(xié)調(diào)和無線系統(tǒng)管理的建議:

    當購買新系統(tǒng)時,總是要求頻率協(xié)調(diào)

    如果可能,獲取制造商和經(jīng)銷商的設備支持

    即使很難獲取技術支持,在沒有頻率協(xié)調(diào)的情況下不要做任何嘗試

    對于所有的協(xié)調(diào),要盡可能提供詳細的信息

    小心任何帶到制作現(xiàn)場的無線設備,即使只是暫時的

    在任何時間里,當額外的射頻加入到制作現(xiàn)場時重新運行協(xié)調(diào)

    如果設備丟失,被盜,損壞或是簡單地掉落,做一個可用的備份計劃

    保持相關數(shù)據(jù)及時可用,以防最后的改變頻率時需要重新對協(xié)調(diào)進行檢查

    保持電視通道數(shù)據(jù)及時更新并將其放在手邊

    永遠要記住只需要一個新的射頻信息源就可以使整個協(xié)調(diào)無效

    最后的任務就是仔細監(jiān)測整個系統(tǒng)。頻率協(xié)調(diào)在避免來自計算機程序檢測過的頻率問題上起到極其重要的作用。然而,此過程對未經(jīng)程序評測的射頻信號不提供任何保護,源自這些信號的干擾往往有可能造成未能預見的問題。有時當列表編譯或處于某種原因而被忽視時,也簡單地忽視了本地的射頻信息源。

在頻率清單準備好后,問題將會出現(xiàn)于引入現(xiàn)場的設備上,再次說明必須了解和注意在操作現(xiàn)場的所有無線射頻設備。

    不幸的是,在極少數(shù)情況下射頻信號會簡單地出現(xiàn)在不應該出現(xiàn)的地方。這些信號的信息源包括特殊的政府設備,未經(jīng)批準的數(shù)字和計算機設備,有毛病的商業(yè)通信設備以及各種非法的射頻設備。

    最好的辦法以避免由于不可預料的干擾信號所引發(fā)的問題就是,只使用高品質(zhì)的無線設備,并且不時進行繁瑣的完整系統(tǒng)檢查工作(本章早先強調(diào)過的)。只有最好的無線話筒才能夠提供抗過載射頻信號電路、嚴格的射頻信號和IF選擇性、以及最優(yōu)化的解調(diào)和音頻過濾,您才能夠最終得到理想的結(jié)果。通常,當?shù)推焚|(zhì)的無線設備由于干擾問題無法使用時,高品質(zhì)的無線設備在同樣環(huán)境下卻能出色地工作。對關鍵應用來說,對高品質(zhì)專業(yè)無線系統(tǒng)的投資長期看來總是會有豐厚的回報。

多通道使用環(huán)境的設計

   很明顯,正如我們在題為“干擾和頻率協(xié)調(diào)”的章節(jié)中討論過的互調(diào)和干擾問題所意識到的那樣,一個多通道無線系統(tǒng)應用是多么的復雜。無線接收機從一開始就要著眼于多通道使用環(huán)境的設計,否則你將會遇到來自內(nèi)部和外部射頻信號信息源的問題。

    射頻/供電分配

    從實踐的觀點來講,多通道無線系統(tǒng)必須提供將接收機“疊放”在一起以便共享天線的方法。簡單地將帶有獨立天線的接收機彼此疊放在一起會引發(fā)許多問題。具有超級外差法的接收機會從天線接口輻射射頻信號,并且在某些情況下,甚至直接地通過外殼輻射射頻信號能量。輻射的能量通常位于振蕩器的基礎頻點上或諧波的倍數(shù)上。當接收機彼此挨著擺放時,除非用某種方法將其隔離,否則它們會互相影響。

    將單一天線的輸出分配給一臺或多臺接收機要比它在分配之前復雜一點。首先,當信號分開后,發(fā)送給每臺接收機的單獨信號變?nèi)趿。這意味著為了使每一臺接收機上得到足夠高的射頻信號強度以輸出可用的信噪比,必須要一個射頻放大器。除非在射頻放大器之前加上某種過濾,否則它也會放大多余的非工作頻段信號。最后,通過將接收機天線末端連接在一起,如果不提供某種隔離,接收機之間射頻的相互影響將會發(fā)生。

    因此,一個有效的多通道射頻信號天線分配器應該包括以下特點,如順序所列:

    1.前級過濾

    2.低噪音的射頻信號放大功能

    3.低損失,高隔離射頻信號分頻器

圖1

圖1

 

    圖1描述了單一天線的分配器。分集天線分配器將會為每個天線接口提供一個二級、離散的射頻信號路徑,F(xiàn)場制作用的小型天線分配器通常有DC供電分配。大型天線分配器,比如一個8路分集類型,通常只有一個射頻信號分配。

    另一個設計天線分配器的有效方法包括,使用一個非常強大的、具有高過載閾值(三次諧波抑制為+40dBm左右)且不帶濾波器的射頻信號放大器。在該種設計中的互調(diào)波將會降至最低限度,但是在現(xiàn)場制作用的小型設計中,由于電池供電是唯一的選擇,而此種設計需要消耗大量的電力,所以經(jīng)常排除了這種設計。

    機械裝配

    在任何安裝中,使電源線遠離信號線通常是一個好的習慣。如果每一臺接收機都有其各自的電線,經(jīng)常需要在架子或電纜盒中仔細的布線以避免在音頻線中引發(fā)的交流嗡嗡聲。這就是使用低電壓DC供電的接收機方便實用的地方。如果射頻信號分配模塊同樣包含DC電源分配,你可以輕松地將多通道接收機裝配有效地放在一起,而不會造成額外的復雜性。

    操作范圍

    一般情況下,安裝接收機天線以確保與發(fā)射機之間的距離在使用中不少于25英尺左右的范圍是一個不錯的習慣。發(fā)射機距離接收機的天線越近,產(chǎn)生的射頻信號就越強,互調(diào)波也越普遍。當然,如果發(fā)射機離接收機太遠,也同樣存在失真的危險。因此,最佳的辦法就是搭建一個多通道無線系統(tǒng)時,盡量確保發(fā)射機到接收機天線的距離控制在一個預期“空間范圍”內(nèi)。一般來說,一個好的系統(tǒng)“空間”不能超過約100英尺,并且不要少于25英尺。當然,該“空間”的上、下限度會依使用設備的性能特點而有所改變。

    但是一個肩式“背包系統(tǒng)”中的無線設備之間卻不可能保持這種距離。背包系統(tǒng)由幾臺接收機和一臺便攜式調(diào)音臺組成,調(diào)音臺的輸出給同樣位于背包中的兩臺發(fā)射機提供信號。在該種類型的設置中,使用小型的,靠電池供電的天線分配器在避免接收機和發(fā)射機之間的射頻信號相互干擾是方便和有益的。然而,因為輸出發(fā)射機與接收機之間很接近,在頻率協(xié)調(diào)上需要采取極度小心以確保系統(tǒng)不會干擾自身。普遍上講,在接收機和發(fā)射機之間將頻率以較大的頻點隔離開是必須的,就像本章隨后強調(diào)的“系統(tǒng)的最終檢查”過程,以及本手冊中題為“干擾和頻率協(xié)調(diào)”的小節(jié)一樣。

    頻率協(xié)調(diào)

    勿庸置疑,對任何多于4或5個通道的多通道系統(tǒng)來講應該加以認真設計。具有10個或更多頻率的大型系統(tǒng)可能存在各種互調(diào)、串話干擾以及噪音等問題。在設計大型系統(tǒng)時使用計算機程序時必須的,這就如同對任何多通道無線系統(tǒng)執(zhí)行完全檢查之前提供一個“起始點”。在高端無線市場中扮演重要角色的每一個制造商都會擁有和使用一套計算機程序來預測在多通道系統(tǒng)中的頻率兼容性。許多經(jīng)銷商和專業(yè)咨詢公司也可以完成頻率協(xié)調(diào)。由于適當?shù)囊?guī)劃往往需要數(shù)千次的計算和大量時間,有時對這類服務會收取一定的費用。

    混合不同品牌的設備

    在大型多通道系統(tǒng)中,即使使用型號全部一致的接收機和發(fā)射機來試圖取得頻率兼容都是相當困難的事情,當各種不同型號和品牌的設備在一起使用時,情況會變得更加復雜。計算機化的頻率協(xié)調(diào)程序包括各種計算,這需要考慮IF頻率、振蕩器基本原理、諧波以及發(fā)射機和接收機設計的其它方面。把不同品牌和型號的設備混合在一起,想要預測所有的信號組合幾乎不太可能。

   天線電纜的長度問題

    距離很長的天線電纜將帶來的主要問題就是電纜中的衰減會造成射頻信號的丟失。通常,最好將天線電纜長度降至一個最小限度。然而,在某些安裝情況下,為了使天線位于適當?shù)木嚯x“空間”內(nèi)(參見上一段的“操作范圍”),需要把天線放置在較遠的地方。不同類型的同軸電纜表現(xiàn)出不同的衰減量。查看你計劃使用的電纜的詳細說明,它會告訴你信號的損失量。

    把天線放置在距發(fā)射機較近的地方,較強的射頻信號可以在天線的接收端獲得?墒,額外獲得的信號可能會在電纜衰減中丟失,所以天線不是距離發(fā)射機越近越好。事實上,當電纜的長度增加過長時,在電纜中衰減的信號強度要比你縮短天線與發(fā)射機之間的距離所獲得的額外增益還要多,反而得不償失。

    例如,RG-8或RG-213是兩種普遍用于UHF頻率的同軸電纜,其信號衰減量為每100英尺7dB。如果天線離表演者有25英尺,天線上的信號強度平均會為-30dBm。如果在天線和接收機之間使用¼英里長的電纜,那么接收機上的信號強度將會少于93分貝或者-123dBm。這甚至比需要檢測的信號都少,更不用說可用了。

    比較起來,如果我們只在發(fā)射機和接收機的傳輸中使用電纜的話,那么隨著每一次距離的成倍增長,將會有6dB的損失,F(xiàn)在,位于¼英里處的信號會比25英尺處的低36dB。接收機上的信號平均為-66dBm,接受效果相當不錯。再做一個荒謬的比較,一英里長的RG8電纜會有369分貝的衰減損失,在電纜的天線末端需要457萬億、萬億瓦的功率進行放大以產(chǎn)生足夠的可用信號供給接收機。這么大的功率會在眨眼之間完全耗盡一節(jié)9V電池。

    短期看來,同軸電纜可以在接收端提供若干性能改進。例如,100英尺長的電纜比在空中廣播要好。在空中傳播時,到達接收機的信號為-42dBm,而使用電纜時接收機端的信號則為-37dBm,也就是說,使用電纜有5dBm的提高。可是,有時必須使用電纜,比如當接收機安裝在金屬支架上時,或者放置在屏蔽良好的控制室中。該討論的目的在于說明使用長電纜線傳輸方式中的一些缺陷。

    來自Lectrosonics的獨特設備可用于處理長電纜線的傳輸過程中的問題。UFM50濾波器/放大器是一種小型的設備,它包括陶瓷諧振前級過濾器和內(nèi)嵌設備中的高品質(zhì)射頻信號放大器(帶有可調(diào)制的增益設置以補償發(fā)生在長距離同軸電纜上的丟失)。

圖2

圖2

 

    UFM50可通過外殼上的接口由外部DC電源供電,或由高品質(zhì)、機架式天線分配器上BNC輸出插孔進行直流供電。

    用作天線分配器的UFM50

    當與高質(zhì)量的無源分頻器一起使用時,可以利用UFM50來實現(xiàn)高性能、小型天線分配。將UFM50的輸入連接到天線,而輸出則連接到分頻器的輸入接口上。高質(zhì)量的無源分頻器,比如此處顯示的這個,是一種少數(shù)公司提供的專業(yè)設備,不過它們可以容易地從無線電通訊公司,當然還有Lectrosonics公司獲得。

UFM50

UFM50

 

    天線帶寬

    當使用單個天線為射頻分配系統(tǒng)提供信號時,天線的頻率帶寬成為一個需要考慮的因素。主要關注的是連接到天線的接收機必須在天線帶寬范圍內(nèi)進行工作。即使接收機的工作頻率接近于天線帶寬的邊緣會造成輕微的信號損失(3到6dB左右),射頻信號的少量遺失通常不是個問題。當無線系統(tǒng)總是工作在接近臨界點或者復雜的多通道情況下工作時,不管用什么方法,最好采集盡可能多的射頻信號。在這種情況下,盡量將電纜傳輸中信號的損失降到最低限度往往成為了一個系統(tǒng)能否工作的關鍵指標。

    最終系統(tǒng)核查

    在“干擾”一章所強調(diào)的核查過程對于多通道無線系統(tǒng)來說應該是一項標準的例行公事。該過程首先檢查接收機在開與關的狀況下是否有串話干擾。然后將發(fā)射機依次打開,檢查二次互調(diào)。接下來,打開所有的發(fā)射機,并且將它們依次關閉以檢查三次互調(diào)諧波問題。

    最后,將所有的設備打開,依次監(jiān)視每一個系統(tǒng)的音頻輸出以檢查電纜是否有損壞、強度設置、間斷連接等等。當兩個或多個無線系統(tǒng)在同一個房間中同時操作時,要在任何時間遵循此核查過程。

  接收機天線分配器

    ------普通的天線分配器類型

    由于在各種應用中對更多通道無線話筒的需求不斷增長,為了滿足需求并簡化實現(xiàn)方法,現(xiàn)在有許多可用的高性能天線分配器,它可以把多臺接收機組合成一個便利的集成系統(tǒng)。天線分配器有各種不同的配置以便提供射頻分配、射頻和電源分配、以及完整的系統(tǒng)(提供射頻、電源分配和安裝接收機的機械裝配套件)。

    機架式8路分集射頻信號天線分配器

機架式8路分集射頻信號天線分配器

機架式8路分集射頻信號天線分配器

 

    對于高端錄音室和舞臺應用,許多公司為了使8個接收機可以共享一根天線從而引進了天線分配器。高品質(zhì)的天線分配器,比如下面這個,通常只有射頻信號分配,它提供110到240VAC或DC供電、前級過濾、高過載射頻信號放大器和高隔離射頻信號輸出。此處照片中顯示的設備具有帶寬為50MHz的陶瓷諧振濾波器,以及傳輸線路(“條形直線”)隔離器/分離器。

    4通道機架式射頻信號/電源分配器

4通道機架式射頻信號/電源 分配器

4通道機架式射頻信號/電源 分配器

 

    與各種小型VHF和UHF接收機的使用,Lectrosonics為小型接收機提供了多樣的UHF和VHF機架式天線分配器,這包括射頻和電源分配以及一個19”機架式機械裝配套件。

    UHFQuadPak射頻/電源分配器

UHF Quad Pak 射頻/電源 分配器

UHF Quad Pak 射頻/電源 分配器

 

    這是一種特殊類型的天線分配器,主要與小型接收機用在現(xiàn)場錄音的電影制作中。為分集接收機提供兩個分配模塊,一個模塊包括電源分配和電池充電線路,另一個只用射頻信號分配。一個內(nèi)置的、高容量、可充電電池組為每次充電提供將近12個小時的電量,或者可以通過外部DC給系統(tǒng)供電。

    在分配模塊中的天線分配器提供50MHz帶寬的前級過濾、高過載閥值的射頻信號放大器和傳輸線路(“條形直線”)分頻器。

    可將分配模塊移走而單獨使用,比如背包式系統(tǒng)或錄音車。模塊靠12到16伏的直流電供電。

    主分配模塊包括一個高質(zhì)量的射頻信號天線分配器和帶有離散式自動重啟復合保險絲的DC電源分配,為4臺接收機進行供電。

主分配模塊

主分配模塊

 

    在現(xiàn)場制作時,“附屬”模塊也可以作為一個高品質(zhì)的小型射頻信號天線分配器而獨立使用。

,“附屬”模塊

“附屬”模塊

信噪比

   ------

    當發(fā)射機在周圍移動時,接收機天線上的射頻信號強度會大范圍的地變化,絕大多數(shù)是因為發(fā)射機到接收機的多路徑傳輸和整體距離的變化所造成的。環(huán)境中的背景射頻信號噪音也會發(fā)生波動。射頻信號噪音或干擾信號會產(chǎn)生各種雜音。

    通常,系統(tǒng)中的背景噪音足夠低,并且音頻信號可以很好地將其掩蓋,但是當接收機的射頻信號強度降至很低或背景噪音很大時,噪音是可以被聽見的。此外,還有影響無線系統(tǒng)信噪比的其它幾種不同的因素。

    下面任何一種因素都可能導致跑頻或噪音:

    1.發(fā)射機輸入增益太低

    2.發(fā)射機到接收機的距離(操作距離)太大

    3.在接收機天線附近的環(huán)境射頻信號噪音

    4.在接收機天線上的多路徑傳輸信號相位抵消

    5.發(fā)射機和接收機天線之間通路上的障礙物。

level

圖1

 

    發(fā)射機到接收機的距離

    發(fā)射機到接收機的距離會對無線系統(tǒng)的信噪比產(chǎn)生重要影響。當把發(fā)射機移到距接收機較遠的地方時,整體信噪比變得更差,接收機信號也變得更微弱。當系統(tǒng)接近其操作范圍的限度時,失真變得更加頻繁,因而你會聽到逐步形成的背景噪音。

    就靜默斜率來講,各種接收機的設計會有明顯差異。靜默斜率是衡量接收機在微弱射頻信號強度時可以獲得全部信噪比的能力。當天線上只剩幾個微伏的射頻信號時,一個高品質(zhì)、窄頻段的接收機才開始靜默啞音。而低成本、寬頻段的設計的接收機,即使在天線上還有很高強度的時候,就已經(jīng)開始靜默處理了。當然,在接收機設計中將有許多因素會影響到靜默能力,我們先不考慮這些因素,一個窄頻段接收機有其特有的優(yōu)勢,因為在窄頻段的設計中敏銳的過濾功能可以避免從周圍環(huán)境中收集太多的噪音。

    發(fā)射機輸入增益

    為了確保無線話筒系統(tǒng)能有一個最優(yōu)信噪比輸出,調(diào)節(jié)發(fā)射機的輸入增益是最為重要的單一調(diào)整因素。接收機輸出的音頻信噪比永遠不會比它在發(fā)射機輸入處強。如果在發(fā)射機上輸入信號十分吵雜,要把信號恢復到其最初的質(zhì)量,我們也無能為力了。使用發(fā)射機上的增益控制來調(diào)節(jié)音頻強度,同時觀察安裝在發(fā)射機和接收機上的表頭顯示。

    在調(diào)節(jié)發(fā)射機輸入增益時往往遇到的最困難的地方在于,在實際表演或使用之前,如何盡可能精確地復制使用者的聲音強度來進行預演。顯然,為了正確地設置發(fā)射機的輸入增益,你需要某種測量表頭或指示燈來盡可能精確地設置。表頭或者指示燈必須指明發(fā)射機中無線電信號的調(diào)制強度和壓縮限幅程度。通常在接收機上設置有表頭或者指示燈,但是發(fā)射機段安裝指示燈總是更實用,因為在調(diào)試設備期間佩戴發(fā)射機的測試人員或許不能接近或看到接收機上的顯示數(shù)據(jù)。

圖2

圖2

 

    其它引發(fā)噪音和失真的原因

    在發(fā)射機和接收機之間的通路上,任何障礙物都會增加可聽到的背景噪音。當操作范圍加大時,發(fā)射機和接收機天線直接路徑上的障礙物也會產(chǎn)生同樣的效果。

    接收機天線上的多路徑傳輸相位抵消會產(chǎn)生可聽到的短暫背景噪音。這就是一種跑頻現(xiàn)象,將在題為“分集接收”的章節(jié)中予以詳細討論。當接收機天線上直接和反射到達的射頻信號之間發(fā)生相位抵消時,來自發(fā)射機的音頻信號或許不能強到足以淹沒背景噪音的地步。此問題又叫做“噪音增強”。

    接收機天線附近的環(huán)境射頻信號噪音源是另外一種影響接收機信噪比輸出的原因。數(shù)字切換設備、電源等等,能夠輻射寬頻段射頻信號噪音。如果像這樣的噪音源位于接收機的天線附近,射頻信號噪音量會提升噪音本底。換句話講,增加的射頻信號噪音降低了無線系統(tǒng)的信噪比。

    如何擺放接收機天線以獲得可靠的射頻鏈路

    監(jiān)控音頻信號強度相當簡單,可是,射頻信號強度卻很難測量和評估。除此之外,射頻信號總在不斷變化中?傮w來說,除了來自發(fā)射機的單一信號之外,還有更多的其他射頻信號同時也會到達接收機天線。許多這樣的射頻信號幾乎不可能預測。

    某些接收機有射頻信號強度顯示的功能,這在決定總體射頻信號強度時非常有用。你可以進行一個實際場地的走動測試,同時觀察射頻信號強度顯示的數(shù)值。當發(fā)射機在某個特殊位置時,如果射頻信號強度降低了,重新調(diào)換接收機天線的位置,以使得天線所在的新位置距失真發(fā)生的地點至少幾英尺遠。

    能夠得到最強射頻信號強度的天線所在位置并不一定是可以產(chǎn)生最佳信噪比的地方。這是因為,在某些安裝中或許天線放置在了距離射頻信號噪音源很近的位置(頻率合成器、切換電源、計算機等等),由射頻信號強度測量表顯示的額外信號強度可能包含大量的射頻信號噪音。我們認為,走動測試的同時認真聆聽接收機輸出的音頻信號才能證明哪一個地點才是最佳的接收點。

    即使你可以使用一些非常昂貴的射頻信號測試設備來評估系統(tǒng)所處的環(huán)境,想要預測隨后可能發(fā)生的、來自外部信號的射頻信號干擾仍然是不太可能的事情。防止干擾問題最保險的方法就是對任何重要應用時永遠只使用高品質(zhì)、高選擇性的接收機。

解讀無線話筒的指標的意義

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    任何產(chǎn)品的規(guī)格說明總是受到產(chǎn)品所售市場中所流行的主要技術指標的影響。每一個制造商都在“規(guī)格說明策略”上做文章。并沒有嚴格地控制尺度,所需遵循的標準更是少之又少,因此在做有意義的比較之前,你通常需要限定或說明一套特殊的指標。

    解釋并比較傳統(tǒng)音頻設備的指標已經(jīng)是比較困難的事情,而無線話筒系統(tǒng)則更加復雜。甚至,更加不可原諒的是,一些無線話筒制造商公然違反商業(yè)道德,他們出版的規(guī)格說明甚至是錯誤的。

    無線話筒系統(tǒng)的性能表現(xiàn)從試驗工作臺到實際應用會發(fā)生相當大的變化。在實驗室中將檢測設備直接連接到接收機并測量各種性能指標所產(chǎn)生的結(jié)果,與實際應用中,接收機的輸入信號是來源于幾百英尺遠的發(fā)射機所產(chǎn)生的微弱無線電信號,測量結(jié)果會有完全不同。我們可以有把握的假設,所有被出版公布的無線話筒性能指標都是在理想的射頻信號環(huán)境和發(fā)射機到接收機之間保持最小距離下所測得的。

    你應該總是對那些沒有說明測試前提條件和數(shù)據(jù)沒有完整性的任何煽動性的性能指標保持懷疑的態(tài)度。任何時候,如果一個關鍵指標離譜到無法解釋或者壓根就沒有被提及到,這通常都是由于制造商要故意掩蓋其產(chǎn)品的低劣表現(xiàn)的借口。在少數(shù)情況下,也有可能是因為制造商完全忽略了在資料出版中加上產(chǎn)品說明了。我們Lectrosonics想說,我們從不忘記像指標說明這么重要的任何東西,坦白地說我們也是人,如果你的產(chǎn)品說明中少了某些資料,請與我們聯(lián)系。我們將十分高興地告訴比你缺少的資料更多的東西。

    靈敏度

    好:20dBSINAD時1uV

    出色:20dBSINAD時0.5uV

    該指標是指為產(chǎn)生一定信噪比輸出所需要的接收機的射頻信號輸入強度。可以通過幾種方法來衡量或評價接收機的信噪比的性能,但最常用的方法是“SINAD”和“S/NRATIO.”

    此處有6個關于敏感度指標的例子,它們出自不同制造商的印刷資料中。奇怪的是,所有這些測量值都是從同一臺接收機上獲得的。

    在輸入為0.34uV時12dBSINAD

    在輸入為0.30uV時12dBquieting

    在輸入為0.27uV時12dBS/N

    在輸入為0.45uV時20dBSINAD

    在輸入為0.47uV時30dBS/N

    在輸入為1.20uV時50dBS/N

    所有這些測量指標均被稱作“靈敏度”,可是它們事實上衡量的卻是接收機性能表現(xiàn)的不同方面。顯然,當在做選擇性對照時,有必要“一個個蘋果的”進行比較。以上數(shù)據(jù)清單顯示靈敏度如何改變完全取決于測量是如何進行的。以上測量數(shù)據(jù)都是通過一個與人耳對噪音反映相接近的“A”加權濾波器而得到的。大多數(shù)制造商會使用這種濾波器,因為它能將測量值提高3dB-6dB。

    SINAD是一種測量方法,它的指標接近于可聽見的背景噪音。在帶有微弱射頻信號、最大頻偏的狀態(tài)下,測量包括信號+噪音+失真的接收機輸出的強度。于是在減去音頻信號(系統(tǒng)仍在運行)并測量剩余的噪音和失真后,二次測量就完成了。第一次和第二次的測量結(jié)果用一個比率來表示。因為它有效地從電路上去掉了壓縮擴展器的影響,SINAD在低強度射頻時可能是最穩(wěn)定靈敏度的系統(tǒng)指標。既然SINAD測量方法是系統(tǒng)在實際運行中全頻偏的情況下進行的,這比單一的信噪比測量方法更加現(xiàn)實可行。

                                信號+噪音+失真
    SINAD(信號-噪聲及失真比)=---------------
                                 噪音+失真    

    S/NRATIO是一種測量方法,當系統(tǒng)在給定射頻信號強度上運行時,它接近于在演講停頓中所聽到背景噪音。這是衡量靈敏度另一個有效的比較指標。它被定義為所需要產(chǎn)生一定S/N比例的射頻信號量,通常為50dB。50dB的S/N比率代表著最小的可用靈敏度,并且符合一般聽眾所能夠接受的程度。在全調(diào)制狀態(tài)、給定的射頻信號強度下,通過測量系統(tǒng)來決定S/NRATIO,接收機的輸出為最大值,然后關閉音頻調(diào)制并測量剩余噪音。這會產(chǎn)生所需信噪比的射頻信號強度。這樣就可以根據(jù)信噪比來對接收機的靈敏度進行評價。

    該測量方法的問題在于,壓縮擴展器將把它實際指標改良翻倍。SINAD的確是一種評價接收機的較好的方法,但是它不產(chǎn)生向S/NRATIO一樣好看的數(shù)字。

    音頻失真

    好:在1KHz時少于1%

    出色:在1KHz時少于0.5%

    通常上說,這些數(shù)字簡單明了,并且可以直接加以比較。普遍使用1KHz信號來測量失真值。由于壓縮擴展器在低頻時增加失真,而窄頻段IF濾波器會在高頻加大失真。同一系統(tǒng)在100KHz時的失真為2.5%,而在1KHz0.4%。

    動態(tài)范圍

    好:90dB

    出色:105dB

    該數(shù)字應該是簡單明了的量化尺度,但某些制造商也將限幅器的動態(tài)范圍和增益控制范圍包含進來。有時,這樣做是因為打印較好的數(shù)據(jù)要比設計一個出眾的產(chǎn)品容易,但這也會是防止其它“更好”數(shù)據(jù)的自我保護。記住,動態(tài)范圍測量時的前提是發(fā)射機和接收機盡可能的靠近。當發(fā)射機距離接收機50英尺或者更遠的時候,測試數(shù)據(jù)會明顯降低。

    調(diào)幅抑制

    好:未指定的射頻強度下50dB

    出色:在給定射頻強度范圍內(nèi)為60dB(如從20uVto50mV)

    該量化尺度表明接收機是怎樣出色地抑制由熒光燈、其它電子設備中的橋式整流器、SCR調(diào)光器以及相似的電源電路形成的射頻信號所導致的調(diào)幅干擾。如果在全部假定的情況下,通常只在一個射頻信號強度下進行測量(產(chǎn)生最佳數(shù)據(jù)的強度),但應該在更大的范圍上實施,由于現(xiàn)實環(huán)境很少能夠“簡單、友善”地為接收機提供優(yōu)化的射頻強度。

    鏡像及衍生頻率干擾抑制

    好:80dB

    出色:大于100dB

    在所有無線接收機的混頻器工作階段,都會有兩個頻率滿足設計中的IF頻點要求,只要與混頻器有關,每個頻率都是相同的。這兩個頻點相等地分列在振蕩器頻點的兩側(cè)。例如,如果接收機的IF頻點為10.7MHz,發(fā)射機的頻點(載頻信號的頻點)為179MHz,那么接收機中本地振蕩器頻點必須是168.3MHz(179.0–168.3=10.7MHz)。該接收機將會有一個為157.6MHz的鏡像及衍生頻率頻點,因為157.6和168.3的本地振蕩器之間的差頻也是10.7MHz(168.3-157.6=10.7)。如果不考慮接收機前端中的射頻信號濾波器,接收機會對157.6MHz的鏡像及衍生頻率頻點像對“正確的”179MHz頻點一樣敏感。

    由于157.6MHz的鏡像及衍生頻率位于美國“出租車服務”的頻段中,F(xiàn)CC允許出租車上的發(fā)射端采用高達75瓦(無線話筒通常只為0.05到0.10瓦)的發(fā)射功率,在該例子中的接收機必須出色的完成抑制鏡像及衍生頻率的工作,才能避免干擾。鏡像及衍生頻率干擾抑制功能是體現(xiàn)接收機前級靈敏度的一個指標并與接收機中的IF頻率相關。鏡像及衍生頻率與載波頻率之間的間距通常是IF頻率的兩倍,當采用低段注入時低于載波頻率,而當采用高段輸入?yún)⒖碱l率設計時,鏡像頻率總是高于載波頻率。IF頻率越高,鏡像及衍生頻率距離載頻信號就越遠,在前級射頻信號濾波器中就更容易過濾掉。較好的接收機設計使用IF頻點為71MHz一直到250MHz,將來甚至會更高。

    偽輻射干擾抑制

    好:80dB

    出色:大于100dB

    這與鏡像及衍生頻率干擾抑制十分相似,但這只是用于測量接收機是如何出色地抑制整個接收機工作頻率范圍內(nèi)由任何外部干擾源所導致的潛在干擾。理想狀態(tài)上,制造商將會從音頻頻率到微波頻率對接收機逐一加以檢測。該數(shù)據(jù)可以衡量第一級射頻信號部分、IF濾波器和其它部分抑制干擾信號的能力。

    三次諧波抑制

    好:-15dBm

    出色:+1dBm或更高

    對三次諧波抑制的說明就是對理想接收機的說明,因為它可以衡量接收機能如何出色地抑制由多對三次諧波抑制的說明就是對理想接收機的說明,因為它可以衡量接收機能如何出色地抑制由多重干擾頻點所造成干擾的能力。干擾頻率可能來自同一場所使用中的其它無線話筒,或者是來自外部發(fā)射機的組合。該指標就接收機如何抵制多種類型的過載給出了一個極好的評測基準。

    考慮工作頻點為A和B的兩臺發(fā)射機,以及一臺頻點為C的接收機。如果將三個頻點平均劃分,其中一臺發(fā)射機的二次諧波將會和另一臺發(fā)射機的起初頻點相混合,產(chǎn)生一個恰好和接收機頻點一樣的頻率。

    如果(Ax2)-B=Cor(Bx2)-A=C

    那么:接收機很可能會對此三次互調(diào)諧波做出響應。

    例如,考慮工作頻點為181MHz和182MHz的兩臺發(fā)射機。這將會對183MHz或180MHz的接收機產(chǎn)生三次互調(diào)諧波干擾。

    (181x2)-182=180

    或者

    (182x2)-181=183

    請注意在這個例子中,我們選擇的發(fā)射機頻率非常接近于接收機的頻率。這意味著接收機的選擇性沒有任何用處。然而,射頻信號過濾部分和混頻器的設計越好,可能產(chǎn)生的這種互調(diào)干擾就越少。當然,你可以選擇不會產(chǎn)生干擾特定接收機的發(fā)射機頻率,但是這在大型多通道系統(tǒng)中可選頻率資源的有限性會導致無法一勞永逸的按照此方法解決。另外,在某些城市地區(qū),在你周圍可能存在數(shù)以百計的高能發(fā)射機,從中你無法進行控制。接收機必須要有一個三次諧波抑制說明。

    限幅器范圍

    好:15dB

    出色:30dB或更多

    這表明在聽覺上可察覺信號失真之前,發(fā)射機能夠處理的音頻輸入過載量。一個好的限幅器可以將發(fā)射機的增益設置得更高,因為不需要太多的空間來防止音頻過載。這個重要的指標只能在少數(shù)無線系統(tǒng)中找到,并可以在聽覺上顯著提高信噪比輸出。

    電池壽命

    好:9伏堿性電池可以工作8小時(在UHF模式下5小時)

    出色:9伏堿性電池可以工作12小時(在UHF模式下8小時)

    在某些應用中,一臺發(fā)射機必須在6個小時之外或更長的時間段中工作。如果發(fā)射機在工作完成之前電量耗盡,顯然會發(fā)生問題。在大多數(shù)情況下,重新制作或表演所要花費的成本可能相當大。評估電池狀態(tài)的一些有用的方法也是非常重要的。通常提前一個小時或更長時間來發(fā)出報警信號是十分有用的。

    在其它應用中,電池的價格會使一個重要的考慮因素。如果一個星期使用發(fā)射機12小時,而電池的壽命為6小時,一年的總計額為250美元,對于某些預算來說這不是一個可以忽略的數(shù)目(使用單價為2.49美元的電池,每星期12小時)。

    偽輻射

    好:載頻信號以下50dB

    出色:載頻信號以下60dB

    一些無線發(fā)射機除了會按照設計工作頻點發(fā)射信號外,還會同時產(chǎn)生其他頻點的射頻信號。所有的晶體控制頻率的發(fā)射機以低頻晶體開始,經(jīng)過幾次倍頻相乘達到輸出頻率指標。例如,以15MHz開始的晶體控制振蕩器,下一個階段頻率將提升為三倍,即45MHz,然后是雙倍頻階段,加至90MHz,最后的倍頻輸出階段將產(chǎn)生180MHz的頻率。許多低級偽頻率是在這個過程產(chǎn)生的,但是最有可能引發(fā)問題的頻率是載頻信號的頻率加上或減去內(nèi)部晶體的基礎頻率。在所給的例子中,它們將會是280MHz加或減15MHz。由該例子產(chǎn)生的偽輻射波為165MHz和195MHz的兩個頻率。如果在同一場所存在另一個頻率為195MHz的接收機,它很可能會接收到此偽輻射頻率的信號。

    發(fā)射機輸出功率

    好:VHF和UHF模式時,30mW

    出色:VHF模式時,50mW;UHF模式時,100mW

    如果統(tǒng)計一下哪個單一技術指標最為經(jīng)常地被濫用,那么射頻功率一定是名列前茅。50mW(0.05Watts)是FCC允許使用在VHF無線話筒中的最大輸出功率。UHF發(fā)射機所允許的最大輸出功率一直到250mW,但是在該功率強度下,電池的耗電量變成另外一個重要的考慮因素了。

    發(fā)射機輻射的功率越高,受到干擾的幾率越小,操作范圍越大。然而,在輸出功率和電池壽命之間存在一種適當?shù)臋嗪狻R恍┤藗兪煜さ钠放频腢HF發(fā)射機在輸出功率卻只有區(qū)區(qū)10mW。因此當你在比較來自不同制造商的產(chǎn)品規(guī)格說明時,同時查看輸出功率和電池壽命是明智之舉。

    通常在某些特殊發(fā)射機的出版說明中的技術列表表明發(fā)射功率小于FCC的最大值,或者簡單地聲明在FCC允許值之內(nèi),這實際上是無意義的。所有正規(guī)的發(fā)射機都可以達到FCC的要求,但是最佳性能表現(xiàn)是出自那些既能夠在VHF頻譜中輸出50mW、UHF頻譜中輸出100mW(或更高)的大射頻功率,同時其電池壽命也長得足以滿足特殊應用需求的無線發(fā)射機上。

評估無線話筒系統(tǒng)

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    盡管操作無線話筒系統(tǒng)有時會很復雜,但我們可以進行一些簡單的測試(而無需專用測試設備)來了解無線話筒的主要性能,非常具有實用性。

    無線話筒在定義上講仍舊是“話筒”。它唯一的設計目標就是為各種應用產(chǎn)生準確的音頻信號。話筒為“無線式”的意思就是無需附著的連接電線就可以應用。

    在你決定購買或租借使用系統(tǒng)之前,建議使用以下測試來幫助你評定特殊無線話筒系統(tǒng)的質(zhì)量。每一個測試將會對系統(tǒng)的特別類型的性能和問題進行檢查。為了獲得系統(tǒng)質(zhì)量的整體評估,最好盡可能的進行多次這樣的試驗(但不必作所有的),因為你會發(fā)現(xiàn)某些設計在某些區(qū)域表現(xiàn)不錯,而在另一個區(qū)域則會很差。只進行一兩個測試對于要獲取較好的整體評估是不夠的。

    “車鑰匙測試”

    這在高端無線制造商中是一個受歡迎的測試。此簡單的測試揭示了無線話筒如何能夠出色地處理高頻段音頻瞬變,同時能夠反應出整個系統(tǒng)中音頻處理鏈路的質(zhì)量。

    在無線系統(tǒng)中接駁一付可在非常高聲壓級時完全屏蔽嘯叫的耳機或一套音頻系統(tǒng)。最好能夠通過耳機或者音頻系統(tǒng)可以在隔離鑰匙串產(chǎn)生的原聲的情況下專心傾聽接收機的音頻輸出。按照平均的說話音量設置發(fā)射機上的輸入增益到正常值。

    靠近話筒輕輕地搖動鑰匙串使其發(fā)生叮當聲。距離話筒一英尺左右搖動鑰匙串,然后一邊搖一邊慢慢遠離話筒,直到你距話筒8到10英尺遠。傾聽從接收機中傳出的音頻。它聽起來是像鑰匙串在晃動還是被壓碎了的一包土豆片?

    接下來,在晃動鑰匙的同時讓某人在無線系統(tǒng)中講話。留心聽說話者聲音的失真。把鑰匙拿離話筒一英尺左右,然后再到8到10英尺遠的地方,留心說話者聲音上的變化效果。

    除了采用有線電纜連接的話筒外,對任何其它無線話筒而言這會是項非常困難的測試項目。你所聽到的結(jié)果會告訴你,在該設計中輸入限幅器和壓縮擴展器的啟動和延誤時間是否出色,并且讓你明白在現(xiàn)實生活中你可以從無線系統(tǒng)中獲得怎樣的音頻質(zhì)量。

    鑰匙環(huán)上松散擺動的金屬鑰匙會產(chǎn)生大量高頻瞬變聲音。未能通過此項測試的無線系統(tǒng)通常在平時的應用中也會歪曲人聲中的齒擦音。通常聽眾并沒有注意到這種高頻瞬間失真,因為齒擦音沒有特定的頻點而更像隨機噪音。歪曲的隨機噪音的聽起來仍舊像噪音,所以不容易察覺。然而,在這個鑰匙串試驗中,在很多失敗的無線話筒中輸出的音頻信號中,本來清脆的鑰匙串碰撞的聲音在接收機端卻沒有清晰的音質(zhì),而取而代之的是聽到低沉的聲音,好像某人的手放在了嘴和話筒之間。鑰匙串測試將會提醒你仔細傾聽聲音的任何失真。鑰匙串測試也會展現(xiàn)被超聲波擾亂的無線話筒的音頻電路。鑰匙發(fā)出脆響的峰值能量實際集中在30KHz,在人類聽力范圍之上。如果發(fā)射機中的電路不把超聲波過濾出去的話,壓縮擴展器將會做出錯誤的反應。因為人聲中的齒擦音也含有超音波,所以這是一個有實際意義的試驗。由于你聽不到的聲音會造成強度上下不定,超音波過載將會使齒擦音聽起來刺耳。

    低頻“敲擊測試”

    這項測試將會揭示無線系統(tǒng)的內(nèi)在信噪比和壓縮擴展器是是否能夠出色地處理低頻音頻信號的!皟(nèi)在固有信噪比”展示的是無線話筒本身在經(jīng)過壓縮擴展器優(yōu)化處理之前的信噪比指標。

    該項測試需要在一個最小背景噪音、極其安靜的環(huán)境中聆聽來測試。把發(fā)射機和話筒放在與接收機不同的房間里,或者使用高隔離耳機來監(jiān)聽接收機的音頻輸出。無論在那種情況下,總會在話筒附近聽到最小的背景噪音。足夠高強度的背景噪音將會使本項測試無效。

    以正常的聲音強度設置系統(tǒng),然后將發(fā)射機和話筒放在桌子或柜臺上。攥緊拳頭并輕輕地敲擊桌面(不要用關節(jié)敲擊)。我們希望通過這種方式在話筒周圍產(chǎn)生一個低強度、低頻“敲擊聲”,來啟動無線系統(tǒng)上的壓縮擴展器處理。

    試著用拳頭改變你敲擊桌面的程度,嘗試找到一個可以剛剛啟動壓縮擴展器處理的盡可能低的聲音強度,同時仔細聆聽接收機輸出的音頻信號。你在“敲擊”桌面時,會聽到與敲擊聲音夾雜在一起的像“嘶嘶聲”或“嗖嗖聲”的背景聲音

    我們的想法就是傾聽當“敲擊聲”發(fā)生時,有多少背景噪音釋放到無線系統(tǒng)中,并且也想知道在無線系統(tǒng)中聽到的“敲擊聲”是否與現(xiàn)實生活中的一樣。

    這個測試可以很好的顯示出單頻段壓縮擴展器和帶有DNR過濾功能的雙頻段壓縮擴展器之間十分明顯的性能差異,同時也可以揭示無線系統(tǒng)的信噪比性能表現(xiàn)。

    在測試期間把發(fā)射機增益設置成正常音量強度,你所聽到的結(jié)果將會與系統(tǒng)在實際使用中所表現(xiàn)出來非常相似。

    盡管不是一個標準測試方法,結(jié)果卻同樣有趣。首先設置發(fā)射機輸入增益調(diào)整到最小值,然后將接收機輸出調(diào)至最大值,最后再進行敲擊測試。這樣做的唯一原因就是幫助理解在正常使用中系統(tǒng)究竟壓制了有多少噪音,并同時強調(diào)調(diào)節(jié)發(fā)射機輸入增益到合適位置何等重要。

    使用大量預加重/去加重作為噪聲衰減的無線話筒系統(tǒng)設計很可能在“敲擊測試”中進行得十分順利,然而同樣的系統(tǒng)卻很可能在前面的“鑰匙串測試”中令人大失所望。

    檢查輸入限幅器工作范圍

    在這項測試中,你需要對著話筒制造點兒噪音,但要能夠在十分安靜的環(huán)境下監(jiān)視接收機的輸出。最好由兩個人來完成。這項測試的目的在于傾聽發(fā)射機輸入限幅器是否能夠出色地處理剛好在平均強度之上的音頻峰值。

    以平均的聲音強度設置好無線系統(tǒng),以使系統(tǒng)在完全調(diào)制狀態(tài)時可以達到聲音的瞬間峰值,同時話筒要距離講話者的嘴兩英尺。當說話者以均勻的語調(diào)講話時,將話筒逐漸移近他的嘴。當話筒距離嘴很近時保持話筒在嘴的一側(cè),以保證不讓急促的喘氣聲進入話筒。如果發(fā)射機的限幅器很差,或者根本沒有限幅器,信號將會越來越大,隨后當響度增強時,信號開始發(fā)生扭曲。具有較好限幅器的系統(tǒng)中,聲音將會一直上升到最大值,然后即使你把話筒拿得再近,聲音將會保持在一個適當?shù)囊袅繌姸壬稀?

    當話筒移近講話者的嘴時,由于距離的變化可能會導致聲色發(fā)生變化,但是系統(tǒng)應該在不失真的情況下能夠處理大量的過載。你也可以通過沖著話筒叫喊來測試一個限幅器,但是要記住講話者從說話到叫喊時,它們的特征將會發(fā)生變化。一些無線系統(tǒng)設計嘗試通過為使用者提供較低的話筒增益來防止過載。當射頻信號變得微弱時,這個折衷辦法將會產(chǎn)生較差的信噪比。通過拍手或者其它方式產(chǎn)生的尖銳的音頻峰值也是衡量限幅器好壞的不錯的測試方法。

  “步行測試”

    正如名字所暗示的那樣,測試中一個人邊行走邊沖著發(fā)射機講話,而另一個人傾聽接收機的輸出。

    一個無線系統(tǒng)有兩種不同的“步行測試”

    檢查最大操作范圍

    檢查近距離靜默和分集性能

    在執(zhí)行這些測試之前,無線話筒系統(tǒng)應該按照其實際應用中的情況加以設置。話筒和發(fā)射機必須與講話者實際使用中安放在身上的位置一致,接收機必須連接到實際需要連接的任何其他設備上,同時電源和天線也要同實際應用中的那樣連接和擺放。如果系統(tǒng)不按這種形式連接,步行測試的結(jié)果將不會有任何實際意義。不要將發(fā)射機或接收機上的天線移走以嘗試模擬極限操作范圍,因為這會改變某些接收機的工作方式,比如Lectrosonics某些型號上使用的SmartSquelchTM智能靜默和SmartDiversityTM智能分集接收電路。

    檢查最大工作范圍

    經(jīng)典的步行測試就是要了解在系統(tǒng)輸出的失真嚴重到無法工作之前,你能戴著發(fā)射機走多遠。你可以一直走到發(fā)生了8至10次的失真,并把當時的距離定義為范圍限度;蛘撸鶕(jù)自我估算,一直走到失真或嘶嘶聲的積累到了一個你不能容忍的地步時。當比較兩個或多個不同的無線系統(tǒng)時,對于每一個步行測試重復完全同樣的線路是非常重要的,在同一位置將接收機和發(fā)射機以相同互聯(lián)的方式安置在身體上,應用相同的標準來定義范圍限度,否則就不是一個有效的比較。

    即使系統(tǒng)的最大范圍剛剛超過你通常需要的范圍,該項測試將會揭示接收機的選擇性的好壞,以及在微弱的信號狀況下系統(tǒng)能夠進行正確地處理。

    靜默和分集接收性能的短距離測試

    “短距離”步行測試旨在檢查接收機是否能夠出色地處理發(fā)生在較近的操作范圍上、較強射頻信號接收狀態(tài)下的多路徑傳輸空值。不要將發(fā)射機或接收機上的天線去掉而使情況更加惡化,因為這會使測試的有效性變得沒有意義。

    設置與上述相同的無線系統(tǒng),但不要找多路徑反射過多的地方,比如有許多金屬文檔柜或存物柜的區(qū)域、中小型金屬建筑、金屬拖車等等。將接收機天線放置在金屬表面約幾英尺以內(nèi)來增大天線上的多路徑抵消。分集接收機上的天線各自至少需要1/2波長以取得分集接收技術的最大效益。如果在實際應用中接收機不能按照此方式加以配置,那么將天線擺放在使用時的位置。

    一邊戴著發(fā)射機在區(qū)域周圍走動,一邊講話,嘗試找到失真或靜默(音頻靜音)發(fā)生的地點。在距離金屬表面幾英尺范圍內(nèi)移動發(fā)射機或許有助于產(chǎn)生多路徑跑頻所需的條件。

    這項測試的目的就是查看系統(tǒng)是否容易跑頻,并同時尋找發(fā)生在跑頻期間是否會輸出高聲壓級的沖擊噪聲。一個有效的分集系統(tǒng)會使尋找跑頻點變得困難,這將會告訴你關于分集接收電路如何有效工作等東西。在大平均射頻信號強度情況下、萬一跑頻的確發(fā)生在接收機上,接收機應該在跑頻期間簡單地為音頻靜音并同時不允許發(fā)出任何噪音或噪音脈沖。

    在近距離的情況下,接收機中活躍的靜默處理是最佳方案,因為它將消除因跑頻所產(chǎn)生的噪音脈沖。然而,它也會縮小如先前測試中的最大操作范圍。不太活躍的靜默允許最大操作范圍,但是通常在近距離跑頻時允許噪音脈沖輸出。

    這兩個測試說明了傳統(tǒng)靜默系統(tǒng)在近距離和遠操作范圍之間無法同時兼顧的窘境,同時說明了像LectrosonicsSmartSquelchTM智能靜默系統(tǒng)的優(yōu)勢,它能夠像系統(tǒng)實際應用中的那樣,在近距離與遠操作范圍之間對自身進行自動優(yōu)化設定。

    以上兩種類型的步行測試完成后,你將會清楚的明白在實際應用中那些是可以期待的。某些系統(tǒng)或許提供出色最大范圍特性,但在近距離、多路徑情況下證明是嘈雜的。其它系統(tǒng)可能在近距離測試中表現(xiàn)良好,但在最大工作范圍的測試上卻很差。當然,理想的無線系統(tǒng)在這兩方面都會表現(xiàn)得很出色。

    通過電纜連接的A-B測試

    找兩個一樣的話筒,一個與音頻電纜連接,另外一個與無線系統(tǒng)連接,以進行傾聽測試。這樣做的竅門就在于使兩個話筒的收聽強度完全一樣。即使強度有細微的差別,人耳也無法辨別出這種聽覺差頻。

    將話筒放在離聲源或人嘴等距離的地方以使得相同信號可以進入兩個話筒。在電纜連接和無線連接之間來回切換的同時讓聽眾比較來自不同設置所發(fā)出的聲音。當然最好蒙著眼睛進行這項測試,聽眾沒有辦法識別到底監(jiān)控的是哪套設置,之后對測試結(jié)果做一下記錄。

    作為“實體檢查”,將兩個話筒互換一下,再次傾聽并查看是否話筒本身存在著與第一次比較時一樣的、可辨別的細微差異。

無線話筒術語詞匯

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    AM:調(diào)幅調(diào)制(載波信號強度發(fā)生改變)

    CARRIER:載波信號:無線系統(tǒng)的操作頻率,一個固定頻點的無線電信號隨著音頻信號內(nèi)容的變化將進行頻率(調(diào)頻)或強度(調(diào)幅)變化。

    COMPANDOR:壓縮擴展器:一個使用編碼和解碼過程的噪音衰減電路。發(fā)射機將動態(tài)音頻信號加以編碼(壓縮)而后由接收機對動態(tài)音頻信號進行解碼(擴展)。發(fā)射機中的壓縮器和接收機中的擴展器必須完全互補。

    dBi:比作等向性天線的增益分貝

    dBd:比作偶極子天線的增益分貝

    注意:dBd比dBi高3dB

    DETECTOR(DEMODULATOR):解調(diào)電路(解調(diào)器):接收機中的電路,用以從信號中恢復信息(音頻)

    DIVERSITY:分集式接收:通過使用兩個或更多的天線和接收機來減少或消除多路徑跑頻的一種方法。此最常用的方法包括雙重天線相位切換、雙重接收機音頻切換以及“比率分集”音頻組合。最有效的方法是比率分集組合。

    DROPOUT:跑頻:當發(fā)射機在房間的某個位置時,載波信號和聲音的瞬間丟失,或者是背景噪音的增強。移動發(fā)射機(即使只是幾英寸)通常會將聲音恢復到正常。

    FM:調(diào)頻(載波信號頻率發(fā)生改變)

    FRONT-END:接收前級:接收機中過濾的第一級。即跟隨在接收機天線輸入后的第一個電路。

    HIGHSIDEINJECTION:高端注入:一種變頻超外差式接收機設計,其中本地振蕩器的頻點高于載波頻點。,

    IF:中頻:是指當載波信號與振蕩器的信號混合后,超外差式接收機中所產(chǎn)生的差頻信號。

    IMPERFORMANCE:互調(diào)性能:一種衡量接收機對產(chǎn)生互調(diào)的信號的抑制能力。

    IMAGEREJECTION:鏡像及衍生頻率干擾抑制:一種衡量接收機抑制某種射頻信號的能力,這種信號由混頻器產(chǎn)生,與接收機工作頻點形成鏡像。在超外差式接收機中,鏡像及衍生頻率干擾抑制體現(xiàn)了前級過濾器的性能。

    INTERMODULATION:互調(diào):即IM.由兩個或更多的信號混合從而產(chǎn)生疊加、差頻以及諧波倍數(shù)的信號。IM通常在接收機混頻器階段之前的增益放大器中出現(xiàn),但也會出現(xiàn)在任何非線性設備中。

    ISOTROPICRADIATOR:等向性發(fā)射天線:一根完全非強指向天線(在所有方向位置上輻射平均)。此天線只作為數(shù)學概念存在,并且用作衡量天線增益的理論參考。

    LOWSIDEINJECTION:低端注入:在超外差式接收機設計中,本地振蕩器的頻點在載波信號的頻點以下。

    MIXER:混頻器:超外差式接收機中的電路或組件,用于混合振蕩器產(chǎn)生的信號與接收的載頻信號

    MULTI-PATH:多路徑:同時到達接收機天線的多路信號導致的情況。相同相位的信號會相互疊加,而不同相位的信號會互相抵消。

    OSCILLATOR:振蕩器:能夠在特定頻點產(chǎn)生信號的電子電路

    RECEIVERIMAGE:接收機鏡像及衍生頻率:超外差式接收機將會響應的一個二次頻率。鏡像及衍生頻率無論在載波頻率之上還是以下都是IF頻率的兩倍,這取決于接收機設計是“低段”還是“高段”注入。一個以接收機“鏡像及衍生頻率”頻點工作的射頻信號將會在混頻器中產(chǎn)生差頻信號,這與載波信號與振蕩器相混合而產(chǎn)生預期的IF信號一樣有效。

    RECEIVER:接收機:從發(fā)射機拾取無線電信號的設備,并將其轉(zhuǎn)換成音頻信號,再提供給音頻系統(tǒng)或錄音設備

    RFNOISE:射頻噪音:不是由發(fā)射機產(chǎn)生的無線電信號。通常聽起來像嘶嘶聲、靜態(tài)噪音或雜亂信號。射頻信號(無線電頻率干擾)即可為AM也可為FM調(diào)制的,它或是改變音頻信號,或是在音頻信號中加入背景噪音。

    RF:射頻:無線電頻率信號。也普遍用來指由無線發(fā)射機產(chǎn)生的無線電信號,或是被無線接收機拾取的其它信息源發(fā)射的能量。

    RadioFrequencyInterference射頻頻率干擾:使無線系統(tǒng)或音頻系統(tǒng)中產(chǎn)生噪音或跑頻的無線電干擾信號。多種多樣的信息源都可以產(chǎn)生射頻信號,這其中包括電子元件、計算機、切換電源、廣播的無線電信號以及戶外無線電設備。無線電信號能量可以進入音頻系統(tǒng)的組件中或改變電纜中的音頻信號,產(chǎn)生令人厭惡的噪音。適當?shù)钠帘魏推胶庖纛l電纜是預防射頻信號I問題出現(xiàn)在音頻系統(tǒng)中的最佳辦法。高品質(zhì)的接收機是防范無線話筒系統(tǒng)中射頻信號I出現(xiàn)的最佳解決方案。

    SELECTIVITY:選擇性:接收機對接近于理想載頻信號頻點上干擾信號的抑制能力

    SENSITIVITY:靈敏性:接收機能夠在極弱的射頻信號強度下正常工作的能力

    SQUELCH:靜默:接收機中啞音的現(xiàn)象。當來自發(fā)射機的無線電信號太弱以至無法產(chǎn)生音頻信號時,接收機將會切斷或進入“靜默”狀態(tài)!办o默”也是指擁有音頻啞音功能的接收機電路。

    SUPERHET:超外差法:這是“super-heterodyne.”的簡略形式,即兩個信號的混合而產(chǎn)生第三個信號。無線話筒接收機(與幾乎其它所有的接收機)都使用一個本地振蕩器產(chǎn)生一個參考信號,該參考信號與來自接收機天線的無線電信號混合從而生成另一個低頻信號(IF信號)

    SUPERSONICNOISESQUELCH:超聲波噪聲靜默:當超聲波噪音達到事先調(diào)整的強度時,將接收機音頻輸出啞音的方法十分普遍。在音頻頻帶(20到30KHz)之上的傳輸噪音的增強,通常暗示著系統(tǒng)信噪比不能產(chǎn)生足夠的可用音頻信號。

    THIRDORDERINTERCEPT:三次諧波抑制:對接收機如何可以出色地抑制由多重信號引發(fā)干擾的一種衡量標準。此指標說明了接收機如何能很好地抑制各種過載。這與射頻信號壓縮強度有直接關系。

    TRANSMITTER:發(fā)射機:使用者佩戴的設備,用于從話筒向接收機發(fā)送或“傳輸”音頻。實際上,發(fā)射機是將來自話筒的電子信號轉(zhuǎn)變成無線電信號,然后通過某種天線“傳輸”出去。

    UHF:超高頻(通常為300MHz至3000MHz)

    VHF:甚高頻:(通常為30至300MHz)

    高頻段無線系統(tǒng)通常為150到216MHz

    低頻段無線系統(tǒng)通常為30到50MHz

 

無線話筒應用(終結(jié)篇)

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無線話筒應用

 

    自由音頻、視頻制作人

    在美國有數(shù)以千計的“自由”攝影制作者。他們絕大多數(shù)是以個人為單位的,直接與電視制作公司、廣播網(wǎng)、廣告公司或者需要視頻音頻制作服務的企業(yè)客戶取得聯(lián)系。大多數(shù)“自由”攝影制作者更適合場地制作,很少提供后期制作服務。

    一種特殊類型的多通道無線音頻系統(tǒng)已經(jīng)在自由制作人當中使用起來,該系統(tǒng)經(jīng)常被稱作“背包式系統(tǒng)”。這是一個肩背式便攜裝備箱,里面有幾個無線接收機、一個便攜式調(diào)音臺、一至兩個連接到調(diào)音臺輸出的無線發(fā)射機、帶話筒和電線的話筒桿、各種各樣的音頻適配器、對講機、錄音機以及為攝像師準備的備用電池。這個十分繁雜的工具包,對于無線話筒系統(tǒng)而言使用環(huán)境來說很糟糕。

    調(diào)音臺的音頻輸出為一至兩臺發(fā)射機提供信號,發(fā)射機把信號送回攝像機的接收機,因此整個視頻/音頻裝備都是便攜式的。這項技術大量應用在場地中的電視紀錄片的制作上。

    背包系統(tǒng)中無線操作的最大挑戰(zhàn)在于背包中調(diào)音臺輸出發(fā)射機總是在接收機幾英寸的范圍內(nèi)。在任何多通道無線系統(tǒng)中把發(fā)射機和接收機擺放得如此之近決不是一個好的做法,可是,在場地制作中沒有其他的選擇可以取得做到像背包系統(tǒng)一樣輕便。為了確保系統(tǒng)可靠運行,在這本手冊的干擾一節(jié)中強調(diào)的檢驗過程是必須的。

    由于采用背包系統(tǒng)的最終目的就是其便攜性,也可以說系統(tǒng)時常在出現(xiàn)在不同的區(qū)域,比如從一個城市到另一個城市。因而,來自電視廣播信號和數(shù)不勝數(shù)的其它信息源的干擾是不能預測的。這就意味著唯一可以使這樣的裝備可靠地運行的方法就是使用具有極好選擇性和IM性能的高品質(zhì)接收機,并且養(yǎng)成在每個新區(qū)域徹底檢驗系統(tǒng)的好習慣。盡管不容易,但它就是這樣。

    廣播新聞采集

    新聞采集場合通常會在短時間內(nèi)擁擠進大量無規(guī)律的、分屬不同品牌和所有者的無線設備,這種場合下功能差的無線系統(tǒng)將無法勝任。安裝在攝像機上的接收機必須小巧且便于攜帶,而發(fā)射機也必須足夠結(jié)實以經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗。因為根本沒有時間重新召集每一個人并且重新拍攝,所以要求射頻信號鏈路在第一次測試時必須可以正常工作。這或許可以解釋為什么很少有公司有能力制造可以為ENG提供可靠操作的無線系統(tǒng)。

    大多數(shù)ENG工作人員在任何時刻只使用一或兩個無線系統(tǒng),這略微減小了運行無線系統(tǒng)的復雜性?墒牵麄兒苌儆袝r間進行任何檢驗過程,因此只有最佳選擇的、高品質(zhì)的接收機才能夠可靠地工作。

    由于外接插式發(fā)射機具備的多功能性可以滿足每個場景拍攝對話筒的需求,它們是專業(yè)ENG工作人員的首選。最佳的設計可以與各種各樣領夾式、手持式以及強指向話筒一起使用,并且?guī)в幸粋容易使用的輸入連接器,該連接器必須可以保證牢固連接。

    由于攝影機變小了,可以直接安裝到攝影機的接收機的尺寸也要求變小,F(xiàn)在的攝影機(尤其是數(shù)字的)輻射射頻信號噪音,這也會影響對安裝在攝影機上的接收機的選擇。只有具備很高選擇性的接收機才能夠抑制來自攝影機的射頻信號并同時保留可用的操作范圍。我們再一次說,接收機的選擇性是最最重要的。

    教堂

    僅在美國就有超過450,000個教堂,這也許是無線話筒系統(tǒng)最大的市場了。雖然各種教堂提供的禮拜形式多種多樣,但是他們使用無線話筒的方式卻是一樣的。教堂無線系統(tǒng)應用領夾式或手持式發(fā)射機會使各禮拜儀式更加有效。

    教堂是“可預知的”使用場合,因為禮拜儀式通常在相同的場所且固定的時間舉行;槎Y、葬禮儀式以及其它類型的聚會都可能在不同時間出現(xiàn),但絕大多數(shù)是提前預定好的。一些教堂關心用于無線發(fā)射機的電池價格,而其它則更關心電池是否會在使用中電量耗盡,從而造成儀式的中斷。然而無論在哪種情況下,用法仍舊是可預知的,并且要提前做好計劃。這和一些其他應用形成對比,例如新聞采集中無線應用幾乎沒有人注意而且總是在變換使用位置。

    大多數(shù)教堂的環(huán)境通常十分安靜,有專心致志的聽眾,還普遍擁有高品質(zhì)的音頻系統(tǒng)。這使得無線系統(tǒng)中的微妙變化也會使聽眾感覺很明顯。這就要求選擇一個具有高信噪比輸出、音頻質(zhì)量出色以及對干擾和失真問題又良好抑制性的無線系統(tǒng)。

    在某些儀式中,如果電子樂器廣泛使用,射頻信號環(huán)境可能會變得很復雜。許多不同類型的電子頻率合成器、風琴以及其它電子樂器可以發(fā)出強大的射頻信號能量,從而產(chǎn)生足夠的噪音以引發(fā)跑頻和無線話筒系統(tǒng)中操作范圍等問題。

    預算和價格因素經(jīng)常是教堂所關心的事情。在價格和必要的性能表現(xiàn)之間找到最佳的平衡并不難,開始設計時只需思量一下即可。在預算允許范圍內(nèi)安裝質(zhì)量最好的無線話筒是最實際的做法,盡管這可能意味著需要購買時較長的等待時間。

   電影制作

    電影制作是對無線話筒系統(tǒng)產(chǎn)生最富聲譽的又極其苛刻的有挑戰(zhàn)性的應用之一。用于影片錄制音頻的技術在幾年前就發(fā)生了改變。現(xiàn)在采用現(xiàn)場實況錄音,后期制作中再將其“變得悅耳”或進行必要的修改,然后在合成中與圖像同步。在過去的年代里,在后期制作中最終的音頻經(jīng)常配到原帶上,使用在攝影棚錄制的音頻制作為錄音的參考。

    隨著高品質(zhì)無線話筒系統(tǒng)的出現(xiàn),在后期制作中無須將演員的對白配到原聲帶上。在拍攝期間捕捉的音頻作為最終的音軌,這迫切要求無線系統(tǒng)能夠提供出色的音頻質(zhì)量。

    電影行業(yè)需要高品質(zhì)無線話筒系統(tǒng)的原因之一就是重新拍攝一個場景時要付出的昂貴費用。只有幾秒鐘的單一鏡頭很可能要花幾千美元。如果無線話筒系統(tǒng)發(fā)生跑頻,該鏡頭不得不重新拍攝,或者在后期制作中再把音頻配到原聲帶上時,這可能會十分昂貴。另外一個對高品質(zhì)、高可靠性無線話筒系統(tǒng)需求的原因是現(xiàn)代影劇院配備有高品質(zhì)的音頻還音系統(tǒng)。現(xiàn)在大多數(shù)人在自己的房間中安裝高品質(zhì)音頻系統(tǒng),經(jīng)常帶有數(shù)字信息源。消費者或電影迷就習慣性的要求享受更高質(zhì)量的音頻效果。

    在過去幾年中隨著信號處理能力的提高,許多后期制作工程師強烈要求在現(xiàn)場中采用近距離拾音技術(盡可能近的將話筒安放到演員嘴邊),然后修改音頻使之“符合于”圖像。一個人的聲變化完全取決于混音中有多少周圍噪音、回聲和回響。例如,通過簡單地傾聽背景噪音和回聲量可以很容易地說出某人的嗓音是在一間大屋子中(如倉庫)還是在一間小房間中?梢院苋菀椎赝ㄟ^均衡和增加額外的背景噪音、回聲和回響使某人的嗓音聽起來像是在屋外、大屋子等等中發(fā)出的,但要消除背景噪音或回聲事很困難的,甚至是不可能的。無線話筒系統(tǒng)在電影制作中廣泛地使用,由于它們使近距離拾音技術很容易實現(xiàn)。在某種情況下,現(xiàn)場音頻調(diào)音臺或許會把背景噪音加進情景中以使聲音較好地“符合于”圖像。

    無線話筒系統(tǒng)在電影制作場景必須與多種類型的其它設備配合使用。例如,與無線發(fā)射機一起使用的魚桿式話筒比使用電纜的話筒更節(jié)省時間。制作用的音頻調(diào)音臺對不同的應用和聲音類型需要各種不同類型的話筒,并且可根據(jù)個人愛好選擇最佳的話筒頭。因而,使電影制作的無線系統(tǒng)能夠與所有常用類型的話筒頭兼容是勢在必行的。當看不見接收機時,發(fā)射機上精確的輸入增益調(diào)整功能就十分方便。

    劇院

    表演藝術涵蓋了無線話筒系統(tǒng)的不同應用。劇院就是一個最好的例子,通常它是一個多通道無線系統(tǒng)的應用。舞臺表演會提前進行排練,這有助于檢驗無線系統(tǒng),但實際上實況演出是要在觀眾面前進行的,因此無線系統(tǒng)可靠的性能表現(xiàn)與錄制活動比較起來總是顯得更加關鍵。實質(zhì)上,一些劇院無線系統(tǒng)的應用都是固定的安裝,經(jīng)常使用同樣的設備進行制作。其它劇院表演則可能在全國巡回舉行,這使得運行一個多通道無線系統(tǒng)更加復雜。某些大型流動劇院巡回表演時會雇傭全職員工搭建并操作無線話筒系統(tǒng)。

    最有效、最實用的劇院無線接收機系統(tǒng)為一種機架式的裝配組合,它使用天線和功率分配系統(tǒng)。在任何多通道無線應用中頻率協(xié)調(diào)是必須的,但在巡回表演中這總是個問題。我們所關心的經(jīng)常是無線系統(tǒng)自身之間的互調(diào),通?梢酝ㄟ^適當?shù)念l率協(xié)調(diào)和仔細的安裝避免或?qū)⑵浣档椭磷钚∠薅取H欢,如果進行巡回表演,那么來自外部信息源的干擾幾乎不可避免。唯一可應用在劇院的無線系統(tǒng)類型就是使用高選擇性接收機的高性能系統(tǒng)。

    舞臺演出

    在公眾眼中,在眾多無線系統(tǒng)的應用中,“擴聲音響公司”或者稱作“巡演公司”只占一小部分市場,但他們卻是無線話筒系統(tǒng)中重要的客戶。由于大型的巡演公司經(jīng)常制作全國性的表演和主要音樂節(jié)目,因而總是受到觀眾的矚目。無線系統(tǒng)在該市場上的應用范圍從演唱用的手持式發(fā)射機到樂器用的腰包式發(fā)射機。

    巡演公司在國家或世界地區(qū)做巡回表演時經(jīng)常被頻率協(xié)調(diào)問題所困擾。而區(qū)域性巡演公司可能不會碰到太多的頻率協(xié)調(diào)或可靠性等問題,但是音質(zhì)與電視廣播或音樂會同等重要重要。

    在音頻舞臺上,接收機天線通常擺放在發(fā)射機附近。這有助于防止跑頻,甚至能夠減少臨近的外部干擾,但是舞臺上由射頻信號噪音(數(shù)字樂器和信號處理)產(chǎn)生的問題依然嚴重。

    所有大型制作開始之前要進行認真的頻率協(xié)調(diào)和測試。制作場地不僅在舞臺上使用無線話筒,還會使用許多無線電設備一起工作。在大型制作上總是使用無線電通訊和內(nèi)部無線通訊系統(tǒng)。在我們有理由確信所有系統(tǒng)都可以安全可靠地運行之前,必須考慮所有無線電設備的操作頻率和互調(diào)。高選擇性的接收機在此種類型的應用中是必不可少的。

    大多數(shù)擴音應用包含一種“音樂形式”。以下簡單描述,適用于幾種基本類型的場所中。

    音樂會

    在現(xiàn)場音樂會中,有大批觀眾在場,并且經(jīng)常進行直播。由于根本不可能重排某個場景,所以無線系統(tǒng)的可靠性就顯得尤為重要。音頻系統(tǒng)由人工進行操作,當某個的無線系統(tǒng)閑置不用時可通過控制臺手動進行靜音,因而接收機的自動靜默能力通常不太重要。大多數(shù)音樂會都有多通道無線系統(tǒng),這就要求接收機必須具備出色的選擇性和互調(diào)性能。這通常使用專業(yè)天線,天線分配器以及其他一些多通道系統(tǒng)設備。另外,無線系統(tǒng)的計算機界面有助于遙控和監(jiān)控控制,界面通常是遠離接收機機架的。

    接收機為高輸出的PA系統(tǒng)提供音頻信號,這使得系統(tǒng)的信噪比變成設計中一個需要重要考慮的因素。由于系統(tǒng)通常用于歌唱和樂器,發(fā)射機的輸入過載能力也就顯得十分重要。

    巡演公司制作音樂會時,會遇到的一種最難以解決的情況就是對頻率的選擇和協(xié)調(diào)。由于音樂會幾乎總是“一次成形”,演出開始后,幾乎沒有機會重新協(xié)調(diào)頻率;フ{(diào)是十分復雜的,節(jié)目開始后在有問題的系統(tǒng)上嘗試切換頻率實在荒唐。在一個系統(tǒng)上通過切換頻率來解決射頻信號問題極易引發(fā)其它無線系統(tǒng)上新問題。可切換頻率接收機和發(fā)射機在演出開始后不能起到幫助或根本無能為力。

    在沒有考慮系統(tǒng)會對其它無線系統(tǒng)產(chǎn)生影響時,決不能改變一個無線系統(tǒng)的頻率。只可以在不同場次的演出之間進行頻率的改變,這時你會有充分的時間設計整體頻率協(xié)調(diào)的解決方案/只有在來兩場之間進行總體頻率調(diào)整時,才有時間改變頻率。大型巡演公司通常準備了“備用”無線系統(tǒng)頻率表,以備不時之需。

    夜總會

    夜總會中的音頻質(zhì)量一點也不比音樂會中的低,但夜總會有一個明顯的優(yōu)勢。假如夜總會與同一樂隊或音頻公司簽訂合同,讓他們在隨后的幾天或幾個星期在同樣的舞臺上進行相似的演出時,因為不同場次的演出總是在同樣的地點進行,因此可預知的無線系統(tǒng)的潛在問題并輕松的解決。

    巡回樂隊

    無線系統(tǒng)在音頻加強方面的另外一個應用與旅行傳教士有關。通常,這種場合中的應用包括講話時用的領夾式系統(tǒng),唱歌用的手持系統(tǒng)以及樂器用的腰包式系統(tǒng)。

    經(jīng)常使用10個通道的多通道無線系統(tǒng)。舞臺上通常有各種樂器,比如頻率合成器、MIDI控制鍵盤、打擊樂器、電吉他、功率放大器、監(jiān)聽音箱等等。許多情況下,一個音頻公司就像與樂隊簽訂合同一樣,與巡回樂隊簽訂在大型場所做流動演出的合約。

    在舞臺制作使用的設備上,巡回樂隊的音樂制作通常與音樂會相同。音頻系統(tǒng)通常為高輸出的PA系統(tǒng),制作當場進行,許多還進行實況直播或者為隨后的轉(zhuǎn)播錄像。在這種應用中無線話筒系統(tǒng)的要求與任何大規(guī)模的音樂會一樣,射頻信號環(huán)境也會困難一些。

   企業(yè)應用

    企業(yè)廣播電視的制作

    在許多大中型公司中有些部門的唯一職責就是為廣告或培訓生產(chǎn)錄像帶。在公司內(nèi)部生產(chǎn)錄像帶與外包雇人制作的成本相當,加上購買使用高質(zhì)量音頻設備的費用越來越低廉,使得許多制作計劃在企業(yè)內(nèi)部進行。企業(yè)用戶或者租借無線系統(tǒng),或者購買,這完全取決于他們使用無線系統(tǒng)的頻繁性。

    企業(yè)視頻制作用戶使用無線話筒系統(tǒng)來創(chuàng)作錄制題材。因為有問題時每一個場景時常需要多次拍攝,這使無線系統(tǒng)可靠性的意義降低了,但重新拍攝場景所帶來的不便仍略高于高品質(zhì)的無線系統(tǒng)的成本。

    企業(yè)培訓人員

    在企業(yè)市場中,流動培訓員總是需要使用無線話筒系統(tǒng)。這些人或者是公司雇員,或者是聘用的專家,他們走訪不同的地區(qū)或國家,為20到30人的小組或幾百人的大型團體提供講課或培訓。無線系統(tǒng)的應用(也可以借助其它直觀教具)已經(jīng)成為一種標準需求。

    旅行培訓員用的無線系統(tǒng)必須適用于各種地理環(huán)境下的工作而免受干擾。通常,系統(tǒng)中的接收機必須提供足夠的音頻輸出以同時容納音頻系統(tǒng)和收錄機的輸入信號。由于培訓員需要到處走動,符合他們需要的接收機的大小和重量也成為選擇系統(tǒng)的主要因素。電源供電的接收機總是十分便利的,從而使演講者能夠把接收機放在房間音頻系統(tǒng)的音頻輸入插座附近,而不必設置較長的電源線或者在旅行時隨身攜帶較長的音頻線。同樣,通常用在現(xiàn)場制作的小型的接收機,對旅行演講者和公眾演說者都是非常有用的。

    婚禮和典禮攝像師

    對婚禮進行現(xiàn)場錄像已經(jīng)變得和婚禮拍照一樣普遍了。雖然攝像師在婚禮中加進視頻制作看起來符合邏輯,但事實卻并非如此。這意味著,在婚禮上視頻公司和攝影師經(jīng)常會同時在場進行工作。視頻制作也必須包含音頻,而音頻的加入可能會給攝影師帶來些麻煩,比如話筒線,夾式話筒等等。一個無線話筒系統(tǒng)不但能提高音頻質(zhì)量,也會讓視頻人員和攝影師在一起輕松地工作(比如,地面上沒有電纜等等)。腰包式發(fā)射機幾乎可以和任何類型的話筒頭匹配使用,這樣可以使用一些極小體積、易于隱藏的領夾話筒頭。

    大多數(shù)初級水平的婚禮攝像師也開始提供大眾層次的視頻服務。這么做主要是因為設備的價位不同,另外一個事實是許多婚禮攝像師只在業(yè)余時間拍攝婚禮,而正式工作在其他地方工作。另外,真正高品質(zhì)的婚禮視頻制作成本(多個攝像機和單獨音頻調(diào)音臺)對于大多數(shù)婚禮預算來講是不實際的。攝影師很少能對他們所提供的專業(yè)和廣播級設備的服務收取足夠的費用。這便產(chǎn)生了一個奇怪的矛盾。一方面,由于他們不可能對場景重新進行拍攝,所以婚禮中要求真正高品質(zhì)的無線系統(tǒng)。然而,在另一方面,由于有限的婚禮預算,使用廣播級設備進行拍攝經(jīng)常使攝影師入不敷出。。

    在婚禮上,由于無線問題而造成的音頻丟失很難恢復。即使在理論上雙方的婚禮宣誓可以重新進行,但新娘、新郎或任何一位家庭成員自然會對制作人產(chǎn)生不好的印象。這說明做好預先計劃和使用高品質(zhì)無線系統(tǒng)是十分重要的。由于大多數(shù)婚禮會在教堂舉行,協(xié)調(diào)用于視頻拍攝的無線系統(tǒng)和教堂使用的設備也是非常關鍵的。這包括在典禮開始之前進行徹底的步行測試和檢驗,將所有的無線系統(tǒng)按實際使用位置放好,并打開進行測試。

    使用多個攝像機的制作中,在每個攝像機上使用一個發(fā)射機和一個匹配的接收機是很合理的。大多數(shù)先進的制作中,需要合理安排無線話筒系統(tǒng)的位置,并將為音頻調(diào)音臺提供信號的接收機置于中央位置,。將調(diào)音臺的輸出信號再傳送給一個或多個無線發(fā)射機并通過無線電信號將混合的音頻傳送回各自的攝像機。當然,同其它多通道無線系統(tǒng)一樣這種類型的設置需要進行預先設置和檢驗。如果在典禮舉行期間向攝像機發(fā)送的無線信號出現(xiàn)了問題,也可以在調(diào)音臺的位置使用一個錄音機,用它來記錄備份音頻資料。

    其它特殊的應用

    無線話筒系統(tǒng)的其它應用包括:

    拍賣人廣泛地使用無線話筒系統(tǒng),因為他們經(jīng)常需要來回地走動(無線系統(tǒng)的移動性)。銷售給拍賣市場的大多數(shù)無線系統(tǒng)只是完整的便攜式音頻系統(tǒng)的一部分,為了免提使用,通常需要與頭戴式話筒配合使用。

    樂隊指揮在樂隊行進排練和現(xiàn)場表演期間使用無線話筒系統(tǒng)。排練用的無線系統(tǒng)通常與一些便攜式音頻系統(tǒng)結(jié)合使用。在表演期間使用的無線發(fā)射機范圍從安裝在樂器上的腰包式發(fā)射機到手持式發(fā)射機(它為直接安裝在房間或體育場館的音頻系統(tǒng)中的接收機提供信號)而種類繁多。

    無線話筒系統(tǒng)在魔術表演中的應用只占一小部分市場,但確引人關注。在多數(shù)情況下,魔術師會把話筒隱藏在各種不同的服裝里,這意味著,多功能發(fā)射機能夠適應各種各樣的話筒。另外,魔術師經(jīng)常參加不同類型的活動,因此他們所關心的是接收機的尺寸和射頻信號性能表現(xiàn)。很多魔術師喜歡“輕裝上路”,那么小型接收機將是最好的選擇。旅行者們也總是關心干擾問題,所以接收機的選擇性和互調(diào)壓制性能都是重要的考慮因素。

    賭場的經(jīng)營成本通常幾百萬美金,其預算足可以承擔無線系統(tǒng)的支出。賭場為工作人員配備無線話筒,游戲結(jié)束后他們會在各個樓層上檢查BINGO卡。一般地說,一個賭場需要多個發(fā)射機,但每次從不需要同時操作兩個發(fā)射機。對賭場來講,最經(jīng)濟的無線系統(tǒng)就是一個接收機和多個“一按即通”的發(fā)射機。

    通過以上十五篇文章,我給您詳細介紹了無線話筒的各方面知識,希望會對您有所幫助,相關問題可以瀏覽我們的網(wǎng)站www.dingrun.com!

 標簽:麥克風 技術介紹
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