Профессиональные беспроводные микрофоны и внутриушные мониторы уже давно стали стандартом для живых музыкальных выступлений и необходимым условием для впечатляющих сценических шоу, которые поражают зрителей по всему миру. В этой высокопрофессиональной среде инженеры и исполнители должны иметь возможность полностью положиться на сочетание надежной беспроводной передачи и превосходного качества звука с низкой задержкой.

Несмотря на то что протоколы и стандарты беспроводной передачи данных за последние годы усовершенствовались, современные стандарты, такие как 4G LTE, 5G NR, Bluetooth и WiFi, не могут удовлетворить строгие требования, предъявляемые к профессиональным аудиоприложениям. Поэтому профессиональные аудиосистемы по-прежнему полагаются на устаревшие узкополосные стандарты, в которых микрофон непрерывно передает сигнал на выделенной частоте, используя полосу пропускания радиочастотного канала 200 кГц, а стационарный приемник в стойке настроен на ту же частоту для приема сигнала микрофона. Такая топология системы «один на один» подвержена воздействию помех как от внешних устройств, так и от многолучевых эффектов, вызванных планировкой и структурой помещения.

Чтобы решить эти проблемы и обеспечить превосходный опыт для своих клиентов, использующих профессиональные аудиосистемы, компания Sennheiser уже много лет инвестирует в разработку технологий беспроводной передачи данных, ориентированных на конкретного производителя. С помощью экосистемы Spectera на базе WMAS компания Sennheiser продвигается вперед в области профессионального беспроводного аудио, достигая новых уровней производительности и надежности беспроводной связи, поддерживаемых новейшей интегрированной технологией приемопередатчиков от Analog Devices, Inc.

После нескольких лет исследовательской деятельности и работы по стандартизации компании Sennheiser удалось добиться включения беспроводных многоканальных аудиосистем (WMAS) в стандарт ETSI в 2017 году. Переход от аналоговых схем передачи с частотной модуляцией (FM) к полностью цифровым решениям произошел в индустрии профессионального живого звука довольно давно, но современные схемы множественного доступа и дуплексные схемы все еще не были доступны для профессиональных беспроводных приложений живого звука — до тех пор, пока в 2025 году не начались поставки двунаправленной широкополосной беспроводной экосистемы Spectera от Sennheiser. Spectera, работающая в соответствии с нормативным режимом WMAS, представляет собой следующий эволюционный шаг в индустрии профессионального аудио: переход от симплексной, ориентированной на каналы связи, без соединений и одноканальной схемы передачи к — в лучшем случае — полнодуплексной, ориентированной на соединения, многоканальной широкополосной системе.

При создании Spectera пришлось отказаться от устоявшихся архитектур, таких как дискретные супергетеродинные приемники, в пользу двунаправленной связи на основе высокоинтегрированных приемопередающих решений, таких как семейство микросхем ADRV9002 RF-трансиверов от Analog Devices, Inc (ADI).

Семейство микросхем ADRV9002, представляющее собой систему-на-кристалле, которая заменяет до 20 высокопроизводительных дискретных компонентов и поддерживает работу в радиочастотном диапазоне от 30 МГц до 6 ГГц, способно обрабатывать узкополосные и/или широкополосные сигналы от 12 кГц до 40 МГц. Сотрудничество ADI и Sennheiser доказало, что этот чип отвечает строгим требованиям, предъявляемым к профессиональным беспроводным аудиоприложениям.

Требования к чипу приемопередатчика ADI для профессионального аудио

Блокировка радиочастот: Мобильные устройства, такие как поясные приемники, особенно часто сталкиваются со сценариями сильного блокирования до 10 дБм в соседних каналах, когда артисты поют дуэтом, а антенны встречаются в непосредственной близости от поля.

Задержка: Профессиональные приложения для живого звука требуют задержки в 1 мс для непрерывной передачи аудиопотока с типичной скоростью передачи данных 250 кБит/с. Чтобы представить ситуацию в перспективе, длительность всего 250 бит уже эквивалентна пределу задержки. Ни одна стандартная, «готовая» беспроводная технология не способна обеспечить столь низкую задержку в надежных условиях для многоканальных аудиоприложений. Именно поэтому требуются собственные радиочастотные решения, ориентированные на профессиональное аудио.

Надежность: Профессиональные беспроводные микрофоны и системы внутриушного мониторинга находятся в самом начале цепочки производства звука, поэтому ошибки исключены. Такие технологии, как автоматический повторный запрос (ARQ), избегаются по причинам задержки. Поэтому требования к стабильности физического уровня высоки.

Время работы и размер: Типичные профессиональные приложения для беспроводных микрофонов и внутриушного мониторинга требуют не менее пяти часов непрерывной передачи и приема звука. Это время работы должно быть достигнуто в небольшом форм-факторе поясного или ручного рюкзака, что ограничивает доступную емкость аккумулятора. Двунаправленная работа в сочетании с малым форм-фактором делает обязательным использование высокоинтегрированных ВЧ-приемопередатчиков.Частотные ресурсы:

Частотные ресурсы, ранее выделенные для телевещания и профессионального беспроводного аудио, были перераспределены (например, диапазоны 800 МГц и 700 МГц, в США дополнительно диапазон 600 МГц), а спрос на спектр в то же время растет из-за увеличения количества мероприятий повышенной сложности и крупных инсталляций. Поэтому индустрия профессионального аудио ищет новые пути решения проблемы сокращения частотных ресурсов, совершенствуя технологии для обеспечения новых рабочих процессов и доступа к частотным диапазонам выше 1 ГГц. Одним из ключевых моментов является использование настраиваемого QoS с учетом конкретных потребностей талантливых артистов на сцене. Другой ключевой момент — развертывание альтернативных частотных диапазонов. Для того чтобы предлагать такие решения, профессиональная аудиоиндустрия должна иметь интегрированное, частотно-устойчивое решение для радиочастотных приемопередатчиков.

Решение — микросхема трансивера Analog Devices ADRV9003

Высокоинтегрированные приемопередатчики семейства ADRV9002 от Analog Devices позволили компании Sennheiser разработать профессиональную аудиосистему, отвечающую всем необходимым требованиям даже в сложных радиосредах. Обеспечивая динамический диапазон более 150 дБ, ADRV9003 идеально подходит для профессиональных и концертных аудиосистем, даже с сильно перегруженным радиочастотным спектром, поскольку он может одновременно принимать как блокирующие, так и желаемые сигналы.

Оценочная плата Analog Devices ADRV9002

В сочетании с превосходными показателями линейности (IIP3=22 дБм при G=30 дБ и NF=12 дБ, линейность улучшается по мере уменьшения усиления) и встроенными генераторами с низким уровнем фазового шума ADRV9003 уменьшает потенциальные компоненты взаимного смешения, тем самым снижая загрязнение интересующего сигнала блокирующим сигналом. Наконец, программируемые цифровые фильтры высокого порядка точно изолируют интересующий сигнал, чтобы он мог быть передан в системный процессор. Благодаря такому сочетанию аналоговых характеристик и интегрированной цифровой обработки сигналов ADRV9003 эффективно решает проблему радиочастотного блокирования.

ADRV9003 является сердцем РЧ-подсистемы в схеме множественного доступа с ортогональным частотным разделением (OFDM), основанной на множественном доступе с временным разделением (TDMA).

Уникальные характеристики РЧ-протокола Sennheiser требуют очень гибкой работы РЧ-фронта. ADRV9003 с его внутренними блоками оптимизирован для детерминированной и динамической работы и способен удовлетворить высокие требования данного приложения. Переключение между приемом и передачей данных осуществляется за 4 мкс, что позволяет удовлетворить жесткие требования к задержкам.

Надежная работа радиочастотного фронтэнда имеет решающее значение для приложений WMAS. Использование проверенной технологии приемопередатчиков ADI помогает обеспечить стабильность физического уровня. Упрощение спецификации материалов повышает надежность и снижает нагрузку на цепочку поставок. Базирование решения на однокристальном трансивере, который проходит строгие этапы производственного тестирования, помогает обеспечить общую согласованность системы. Программируемость приемопередатчика позволяет в будущем обновлять программное обеспечение для решения потенциальных проблем или предоставления новых функций и улучшения пользовательского опыта.

Благодаря архитектуре приемника, которая опирается на внутренний высокий динамический диапазон, ограничения, которые обычно накладываются на фильтрацию радиочастот, значительно ослабляются. Это позволяет реализовать гибкое и программируемое радиочастотное решение для создания одного универсального оборудования, которое охватывает радиочастотные диапазоны от 30 МГц до 6 ГГц.

Для обеспечения требований к энергосбережению ADRV9003 предлагает возможность динамического отключения питания своих внутренних блоков. При использовании одного из этих режимов пробуждение тракта данных приемника или передатчика вместе со связанным с ним источником LO может быть выполнено за 40 мкс.

И последнее, но не менее важное: возможность конфигурирования и гибкость ADRV9003 позволяет Sennheiser защитить свою экосистему на будущее, поскольку чип способен работать с новыми диапазонами частот, которые могут появиться в будущем.

Поясной рюкзак Sennheiser Spectera с микросхемой Analog Devices ADRV9003

Заключение

Будучи ведущим производителем профессиональных беспроводных микрофонов и IEM, компания Sennheiser с 2013 года является пионером концепции беспроводных многоканальных аудиосистем (WMAS), глубоко исследуя эту технологию и основывая свои прототипы на интегрированных приемопередатчиках от Analog Devices. ADRV9003, относящийся к последнему поколению программно-определяемых радиоприемопередатчиков ADI, позволил Sennheiser и всей отрасли сделать WMAS реальностью.

Экосистема Sennheiser Spectera на базе WMAS позволяет конечным пользователям значительно сократить занимаемую площадь спектра, если и где это необходимо, обеспечивая развертывание профессиональных беспроводных аудиорешений даже в условиях очень ограниченной доступности ТВ-УВЧ спектра. В то же время Spectera обеспечивает значительную добавленную стоимость, предлагая непревзойденную системную интеграцию, исключительное качество звука, передачу со сверхнизкой задержкой, комплексное дистанционное управление и гибкость для широкого спектра приложений и производств, включая доступ к дополнительным частотным диапазонам выше 1 ГГц (в соответствии с национальным регулированием), чтобы компенсировать растущий спрос на спектр.