3. Analoog en digitaal – theoretische basis

U bent de termen "analoog" en "digitaal" waarschijnlijk al tegengekomen tijdens het zoeken naar draadloze microfoons. Dit hoofdstuk gaat over hoe radiotransmissie in principe werkt, wat het verschil is tussen analoge en digitale systemen en welke voor- en nadelen zich in de praktijk voordoen.

Hoe zenders werken

Radiotransmissie is gebaseerd op elektromagnetische golven in het frequentiebereik van radiogolven. In tegenstelling tot geluidsgolven hebben elektromagnetische golven geen draagmedium nodig en vereisen ze een fractie van de geluidskracht voor hetzelfde bereik. Ze verspreiden zich ook veel sneller met de snelheid van het licht. In feite zijn radiogolven vergelijkbaar met zichtbaar licht, ze liggen alleen in een lager frequentiespectrum en bieden daarom voordeligere eigenschappen op het gebied van schaduwwerpen en objectpenetratie.

Het is echter niet voldoende om breedbandaudiosignalen om te zetten in elektromagnetische golven. Als je dat zou doen, zou het zijn alsof iedereen tegelijkertijd de kamer in schreeuwt. Je begrijpt iemand die je echt wilt begrijpen niet meer. Om ervoor te zorgen dat een verzonden signaal de juiste ontvanger bereikt, wordt gebruik gemaakt van een truc: het te verzenden signaal (analoog of digitaal) wordt als modulator meegelift op een hoogfrequente sinusgolf, de zogenaamde draaggolffrequentie. De bijbehorende ontvanger, die precies op deze draaggolffrequentie is ingesteld, ontvangt nu alleen dit signaal en hoeft dit alleen maar te demoduleren. De omweg via specifieke draaggolffrequenties is daarom in de eerste plaats de sleutel tot meerkanaals radiotransmissie.

Zenden en ontvangen op verschillende frequenties.

Analoge Systemen en het geluid

Analoge zenders gebruiken altijd het principe van Frequentiemodulatie (FM).

principe van Frequentiemodulatie. (FM)

In dit geval moduleert het laagfrequente audiosignaal een hoogfrequente draaggolffrequentie zodanig dat de frequentie van de draaggolf voortdurend minimaal verandert afhankelijk van het audiosignaal. Je stelt dus een bepaalde frequentie in MHz in op de zender, maar in werkelijkheid varieert deze frequentie enigszins en neemt dus ook een deel van het aangrenzende frequentiespectrum in beslag. Om de invloed van de aangrenzende frequenties binnen de perken te houden, is er een beperking van de maximale afbuiging. Deze zogenaamde frequentieafwijking mag bij goedgekeurde draadloze microfoons niet hoger zijn dan ±50 kHz. En dat is het sonische knelpunt. Door deze beperking wordt de over te dragen dynamiek dermate beperkt dat veeleisende audio-overdracht alleen mogelijk is als het signaal eerst wordt gecomprimeerd en aan de ontvangerzijde weer wordt geëxpandeerd. De zogenaamde compander (compressor/expander) komt hier in beeld.

Frequentiehub rond ±50 kHz

Bovendien worden we bijna overal omringd door elektromagnetische stoorsignalen, die ongehinderd op het analoge radiosignaal overgaan, het luidruchtig maken en uiteindelijk met toenemende afstand de overhand krijgen. De knowhow van de fabrikanten en de kwaliteit van de filters en companders zijn doorslaggevend om ervoor te zorgen dat geluidshinder, pompeffecten en geluidsstaarten zo klein mogelijk zijn. Deze effecten kunnen nooit volledig worden vermeden. Toch is het altijd verbazingwekkend hoe nauwkeurig hoogwaardige analoge systemen het audiosignaal ondanks de ongunstige omstandigheden kunnen doorgeven. Niet zelden wordt de kwaliteit echter weerspiegeld in de prijs.

Digitale Systemeen en de latency

Bij digitale radiosystemen worden de audiosignalen in de zender gedigitaliseerd, de hoeveelheid gegevens in het onhoorbare bereik (vergelijkbaar met MP3) verkleind en vervolgens op een hoogfrequente draaggolf gemoduleerd. Hoewel er verschillende modulatiemethoden bestaan ​​op basis van amplitude, frequentie of fase, hebben ze één ding gemeen: het knelpunt van de "compander" wordt geëlimineerd.

Amplitude / Frequency / Phase Shift Keying, Modulatie van de Amplitude, Frequentie of Fase

Het ontvangen signaal komt voor 100% overeen met het verzonden signaal. Er zijn nog steeds storingsbronnen, deze kunnen ook het bereik verkleinen, maar hebben geen invloed op het geluid. De digitale nullen en enen komen aan of ze komen niet aan. Naarmate de afstand tussen zender en ontvanger groter wordt, zal het signaal uiteindelijk stil, maar niet sissend, worden afgebroken. Omdat digitale ontvangers ook de draaggolffrequenties kunnen onderscheiden van intermodulatie, is het mogelijk om aanzienlijk meer kanalen in één frequentieband te huisvesten dan met analoge systemen mogelijk zou zijn.

Ondanks de verliesvrije radiotransmissie zijn er ook kleine geluidsverliezen in digitale systemen. Deze ontstaan ​​niet bij de radioverbinding zelf, maar ervoor en erna door analoge componenten en de AD/DA-conversie. De verliezen zijn echter relatief klein tot op zijn best onhoorbaar. Vooral in het goedkope segment kan een analoog systeem de frequentierespons en de toonzuiverheid van een digitaal systeem niet evenaren. Digitale systemen zelf verschillen o.a. in het coderingsproces, in het frequentiebeheer en in de kwaliteit van de componenten, wat tot uiting komt in verschillende niveaus van betrouwbaarheid, maximaal aantal en zeker ook een beetje in de klank.

Een ander voordeel dat alleen digitale systemen kunnen bieden, is de mogelijkheid om het signaal te versleutelen. Met deze functie moet rekening worden gehouden bij monitoringgevoelige toepassingen.

Alle digitale radiosystemen hebben echter één nadeel: latentie.

Latency

Afhankelijk van het merk en de verzendmodus verstrijkt er een tijd van ongeveer drie tot zeven milliseconden tussen de ingang bij de zender en de uitgang bij de ontvanger. Om een ​​gevoel te krijgen voor deze korte tijd: dat komt overeen met de vleugelslag van een honingbij, de twintigste oogknipper of ongeveer de tijd die het geluid van een vloermonitor nodig heeft om je oor te bereiken. Een latentie van minder dan 10 ms wordt door de meeste mensen als onmerkbaar beschouwd. De vertraging kan echter snel een kritische waarde overschrijden als verdere latenties, b.v. B. door digitale mengpanelen en luidsprekercontrollers.

Hadden we het maar over één nadeel? Er is een tweede. Dit geldt echter niet voor alle digitale systemen over de hele linie, maar alleen voor systemen die uitzenden op de typische WLAN-frequenties van 2,4 GHz en 5 GHz. Deze frequenties zijn populair en helaas gevoelig voor interferentie. Professionele digitale systemen gebruiken dezelfde frequentiebereiken als hun analoge tegenhangers.

Samenvattend

Simpel gezegd zou je kunnen zeggen dat digitale systemen beter klinken en, afgezien van latentie, vrijwel niets anders dan voordelen bieden. Het grootste nadeel is de storingsgevoeligheid van de goedkopere systemen in de GHz-frequenties. Digitale systemen bieden het beste van twee werelden in het VHF- of lagere UHF-spectrum. Dat brengt ons bij de perfecte overgang naar de volgende pagina. Omdat alles draait om radiofrequenties.