Introduzione alla tecnologia radiomicrofonica digitale
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www.sonybiz.net/go-digital Introduzione alla tecnologia radiomicrofonica digitale 03 Perché Sony ha sviluppato la tecnologia radiomicrofonica digitale 04 04 04 05 Sistema di trasmissione wireless di audio digitale Presentazione Trasmettitore Ricevitore 06 06 06 07 Tecnologie chiave: audio CODEC Presentazione Caratteristiche Applicazioni 08 Tecnologie chiave: modulatore e demodulatore digitale 08 Presentazione 08 Caratteristiche 10 Applicazioni 11 Il futuro della tecnologia radiomicrofonica digitale 03 Introduzione Gli esordi di Sony nel settore della microfonia wireless risalgono al 1974, con l'introduzione del sistema VHF a 40 MHz, a cui fece seguito nel 1983 il primo sistema VHF a sintesi PLL. Continuando a migliorare la sua linea di sistemi microfonici wireless, Sony presentò al NAB 1991 un rivoluzionario sistema radiomicrofonico UHF PLL a 800 MHz. In quest'arco di tempo, Sony è stata all'avanguardia della tecnologia, proponendo, tra l'altro, il primo sistema radiomicrofonico a sintesi UHF PLL con 282 canali selezionabili, un sistema di ricezione RF Diversity e un sistema con 42 canali operativi a 36 MHz. Tutte queste tecnologie sono alla base dell'intera gamma di sistemi microfonici wireless Sony oggi disponibili. I sistemi microfonici wireless Sony, che garantiscono prestazioni audio eccellenti, versatilità operativa ed estrema affidabilità, hanno trovato largo impiego in un'ampia gamma di applicazioni audio professionali, come produzioni televisive, performance teatrali, spettacoli e conferenze. Nello sviluppo di questi sistemi, Sony è rimasta fedele a tre obiettivi: > Prestazioni audio eccellenti con ampio range dinamico > Estrema stabilità nella trasmissione del segnale > Funzionamento simultaneo multicanale I sistemi microfonici wireless Sony hanno introdotto enormi innovazioni nel settore audio professionale. Tuttavia, la crescente esigenza di creare contenuti nativi in Alta Definizione (HD) e di registrare e trasmettere audio digitale hanno fatto emergere la richiesta di sistemi microfonici multicanale su larga scala in grado di assicurare una migliore qualità del suono. In risposta a queste esigenze, Sony ha sviluppato una tecnologia di trasmissione wireless dell'audio digitale in grado di rivaleggiare per qualità e prestazioni con la tradizionale tecnologia di trasmissione cablata, aumentando al tempo stesso il numero di canali utilizzabili simultaneamente. Sin dall'introduzione della prima tecnologia di trasmissione wireless dell'audio digitale, Sony ha continuato a farsi promotrice di innovazioni tecniche che hanno aperto la strada a una nuova era per l'audio professionale. Il nostro obiettivo è quello di estendere la connettività wireless a una gamma più ampia di sistemi audio. 04 Sistema di trasmissione wireless di audio digitale PRESENTAZIONE Quando si parla di trasmissione wireless digitale ci si riferisce ai metodi utilizzati per gestire i segnali audio dopo che essi sono stati convertiti da analogici a digitali da un convertitore A/D. soggetti alla variabilità delle prestazioni delle parti che li compongono, i sistemi analogici richiedono l'impiego di tecniche avanzate per mantenere livelli di prestazione costanti. I sistemi wireless analogici convenzionali utilizzano un compander (un dispositivo di compressione/ espansione di dinamica) per ampliare il range dinamico della trasmissione. La qualità dell'audio e le caratteristiche di risposta dipendono dai complessi circuiti analogici da cui è formato il compander. Dal momento che tali circuiti analogici sono intrinsecamente Il sistema wireless digitale, al contrario, non necessita di un compander, e non risente quindi di queste fluttuazioni. La trasmissione wireless digitaIe è quindi il metodo ottimale per trasmettere segnali audio di alta qualità senza deterioramento. TRASMETTITORE In un sistema di trasmissione wireless digitale il trasmettitore digitalizza i segnali audio analogici ricevuti da microfoni e mixer per poi trasmetterli in modalità wireless come segnali digitali. Esaminiamo ora i processi che avvengono all'interno del trasmettitore. Un segnale audio analogico viene dapprima amplificato nell'amplificatore e quindi digitalizzato nel convertitore A/D. Nel processore DSP (Digital Signal Processing) avvengono tre diversi processi di elaborazione: codifica digitale nel CODEC, codifica del canale nel codificatore di canale e generazione del segnale modulato nel modulatore digitale. Nel CODEC, il segnale audio digitale proveniente dal convertitore A/D viene compresso e convertito in un flusso digitale a bassa velocità di trasferimento. Successivamente, il codificatore di canale aggiunge i dati di sincronizzazione e di gestione dell'errore necessari per la trasmissione wireless e quindi codifica i dati. A questo punto, il modulatore digitale elabora il flusso digitale codificato per canale generando un segnale modulato PI/4 QPSK per la trasmissione wireless digitale. Questo segnale modulato è convertito in segnale analogico dal convertitore D/A e trasmesso al blocco RF. Nel blocco RF la portante modulata viene infine amplificata fino a una potenza di trasmissione adeguata e trasmessa al ricevitore. Elaborazione digitale Microfono Amplificatore CODEC A/D Codificatore di canale Modulatore digitale 24bit 48kHz Mixer Modulazione digitale Blocco RF 05 RICEVITORE Dopo aver ricevuto la portante modulata dal trasmettitore, il ricevitore riproduce il segnale audio digitale e lo invia sotto forma di segnale analogico o digitale ad un'apparecchiatura audio, ad esempio un mixer o un amplificatore. Esaminiamo ora i principali processi che hanno luogo nel ricevitore. Nel blocco RF, il segnale ricevuto viene digitalizzato dal convertitore A/D. Analogamente a quanto avviene nel trasmettitore, il DSP svolge tre operazioni principali: demodulazione digitale nel demodulatore digitale, decodifica del canale nel decodificatore di canale e decodifica digitale nel CODEC. Dopo aver ricevuto il segnale RF digitalizzato, il demodulatore digitale riproduce il flusso digitale che era stato codificato per canale nel trasmettitore. Il decodificatore di canale esegue quindi i processi di sincronizzazione, decodifica ed estrazione dei dati audio. Successivamente, il CODEC decomprime il segnale audio compresso a bassa velocità di trasferimento ricevuto dal trasmettitore e rigenera il segnale audio digitale. Il segnale audio digitale viene infine inviato all'apparecchiatura audio, sotto forma di segnale analogico o digitale. Nel caso di apparecchiature audio dotate di un'interfaccia digitale come AES/EBU, il ricevitore può emettere in uscita direttamente il segnale audio digitale. Al contrario, se l'apparecchiatura dispone soltanto di un'interfaccia analogica, il segnale audio digitale viene convertito in analogico, amplificato ed emesso come segnale audio analogico. Mixer Modulatore digitale ad elaborazione completamente digitale Modulatore Codificatore CODEC digitale di canale Blocco RF D/A Amplificatore 24bit 48kHz AES/EBU Camcorder Tecnologie chiave L'audio CODEC e il modulatore/demodulatore digitale sono tecnologie DSP di base utilizzate nei sistemi di trasmissione wireless digitali. La sezione che segue illustra brevemente queste due importanti tecnologie. AUDIO CODEC PRESENTAZIONE CARATTERISTICHE In un sistema wireless, la trasmissione dei segnali audio avviene all'interno di una banda wireless limitata. Assicurare la migliore qualità audio possibile in queste condizioni è una delle sfide principali nello sviluppo di sistemi microfonici wireless, insieme all'esigenza di una bassa latenza nella trasmissione. Eccellente qualità audio Sony si è impegnata a sviluppare una tecnologia audio CODEC in grado di fornire un audio di altissima qualità. Per ovviare ai problemi posti dalla limitata larghezza della banda, ha sviluppato un sistema di trasmissione wireless digitale basato sull'audio CODEC digitale Sony, che assicura al contempo un'eccellente qualità audio e una bassa latenza. L'audio CODEC digitale Sony presenta tre caratteristiche principali: > Eccellente qualità audio nel campionamento a 24 bit/48 kHz > Bassa latenza > Trasmissione sicura L'audio CODEC digitale Sony rappresenta un ottimo equilibrio tra qualità del suono, bit-rate e latenza, assicurando al contempo la ridondanza necessaria per la trasmissione wireless. Garantire un'elevata qualità dell'audio è l'aspetto più importante per un CODEC. Un alto livello qualitativo dell'audio è il risultato di un ampio range dinamico, di una risposta di frequenza ampia e di eccellenti prestazioni in termini di risposta transitoria, fattori che sono indispensabili per le applicazioni di broadcast e amplificazione audio (SR) in cui la qualità è un fattore essenziale. Un sistema analogico utilizza un compander integrato per fornire un ampio range dinamico. Ma anche se i sistemi compander sono migliorati nel corso del tempo, possono risultare inadeguati a risolvere il problema delle prestazioni della risposta transitoria. L'audio CODEC digitale Sony è stato sviluppato per migliorare radicalmente le prestazioni in termini di risposta transitoria, con un conseguente e ulteriore miglioramento della qualità dell'audio. Impiega il campionamento digitale a 24 bit/48 kHz e fornisce: > Ampio range dinamico di oltre 106 dB > Ampia risposta di frequenza: da 20 Hz a 20 kHz > Eccellenti prestazioni in termini di risposta transitoria Grazie all'elaborazione digitale dei segnali audio, l'audio CODEC Sony fornisce un'accuratezza di risposta difficile da ottenere in un circuito analogico. Risposta di frequenza Trasmettitore Risposta [dB] Modulatore digitale Codifica del canale 192 kb/s CODEC Down-sampling e compressione 24 bit a una frequenza di 48 kHz 1152 kb/s RF A/D AF 20 Hz to 20 kHz Frequenza [kHz] Risposta dinamica Ricevitore RF D/A 24 bit a una frequenza di 48 kHz 1152 kb/s CODEC Up-sampling e compressione Decodifica del canale 192 kb/s AF Demodulatore digitale 06 Sistema analogico Sistema digitale Ampio range dinamico: 106 dB Ampia risposta di frequenza: da 20 Hz a 20 kHz Eccellente risposta dinamica Trasmissione audio a bassa latenza Il secondo fattore chiave per un audio CODEC è la sua bassa latenza. In un dispositivo digitale possono spesso verificarsi ritardi del segnale dovuti ai processi di campionamento, sincronizzazione e calcolo. Tuttavia, la bassa latenza è una caratteristica essenziale, soprattutto nei sistemi microfonici per voce/parlato. Nei CODEC più diffusi, come ad esempio MPEG AAC, la sola decodifica richiede oltre 20 ms. L'audio CODEC digitale Sony riesce invece a garantire una latenza di 1,5 ms sia per la codifica che per la decodifica, ottimizzando l'equilibrio tra l'assegnazione di bit ridondanti necessaria per la sincronizzazione della trasmissione wireless e l'elaborazione del CODEC. Il risultato è un tempo di latenza estremamente basso: appena 3,6 ms dal convertitore A/D del trasmettitore al convertitore D/A del ricevitore. In termini di distanza spaziale, ciò equivale a una latenza di appena 1,2 m. Trasmissione audio a bassa latenza 07 Trasmissione audio sicura Trasmettitore Sistema analogico Segnale audio modulato FM Ricevitore Tempo di latenza totale (da A/D a D/A): 3,6 msec. Trasmissione audio sicura Rischio di essere interrotti dal ricevitore di un sistema esterno Sistema digitale Garantire la sicurezza delle trasmissioni è un altro problema importante per l'audio CODEC. In un sistema di trasmissione wireless analogico, il segnale audio trasmesso potrebbe essere intercettato dal ricevitore di un sistema esterno. I segnali audio modulati FM possono infatti essere demodulati da qualsiasi ricevitore. Il sistema di trasmissione wireless digitale, tuttavia, trasmette dati modulati e cifrati in modo digitale, il che riduce il rischio di intercettazioni e garantisce la sicurezza della trasmissione anche nelle applicazioni più critiche. Audio codificato a modulazione digitale 1.2 m Ritardo del CODEC MPEG AAC: da 20 a 350 msec. Cifratura dei dati APPLICAZIONI La combinazione delle tecnologie dell'audio CODEC digitale e della trasmissione wireless digitale rende possibile trasmettere in wireless i segnali audio digitali utilizzati in una vasta gamma di applicazioni. Il sistema di trasmissione wireless di audio digitale si presta ad essere utilizzato nelle applicazioni che richiedono un audio di alta qualità, per le quali finora i sistemi analogici si sono rivelati inadatti. La tecnologia di trasmissione wireless digitale Sony estende la connettività wireless ad apparecchiature audio di ogni tipo,come microfoni, processori audio o altoparlanti. 24 bit a una frequenza di 48 kHz su RF Wireless digitale Sistema principale Palco AES / EBU Processore audio, amplificatore e altoparlanti AES / EBU Monitor AES / EBU AES / EBU Wireless digitale Processore audio Amplificatore e altoparlanti 08 Tecnologie chiave MODULATORE E DEMODULATORE DIGITALE PRESENTAZIONE estremamente stabile anche quando si utilizzano più canali simultaneamente. Il nuovo modulatore/ demodulatore digitale a chip singolo sviluppato da Sony consente il funzionamento simultaneo di un massimo di 16 canali all'interno di una banda di appena 8 MHz. Questo dispositivo IC a chip singolo, che utilizza un algoritmo unico ottimizzato per le applicazioni microfoniche wireless, è sufficientemente piccolo da poter essere integrato in un DSP di dimensioni relativamente ridotte per l'impiego nei dispositivi portatili. Il funzionamento multicanale su larga scala è un requisito essenziale nei sistemi audio wireless. Consapevole di questa esigenza, Sony ha sviluppato un modulatore/demodulatore digitale a chip singolo che consente di utilizzare simultaneamente un numero maggiore di canali. Frutto di una lunga esperienza nella tecnologia RF, maturata nei sistemi di trasmissione wireless analogici, il sistema di trasmissione wireless digitale incorpora inoltre un sistema di modulazione digitale che è meno vulnerabile alle interferenze delle onde radio. Queste tecnologie rendono possibile una trasmissione wireless Trasmettitore Modulatore digitale sull'IC a chip singolo Segnale modulato Filtro I Filtro Q Mappatura DATI Modulazione QPSK Modulatore digitale sull'IC a chip singolo Ricevitore I RF Demodulatore Q Rilevatore DATI CARATTERISTICHE Funzionamento simultaneo multicanale ampliato Un'accurata progettazione del blocco RF è essenziale per consentire il funzionamento simultaneo multicanale. Nei sistemi wireless a più canali, l'intermodulazione che si genera nell'amplificatore RF del trasmettitore/ricevitore causa spesso interferenze tra i canali wireless. Di conseguenza, l'eliminazione dell'intermodulazione è uno Spettro RF CH 1 dei requisiti principali di cui si tiene conto nella progettazione del blocco RF di un sistema wireless analogico. Tuttavia, se il blocco RF è composto da circuiti analogici, limitare l'intermodulazione risulta impossibile, tanto in un sistema analogico quanto in un sistema digitale. CH 2 Si riscontreranno segnali di intermodulazione del terzo ordine a 799.000 MHz e a 801.000 MHz CH1: 800.000 MHz CH2: 800.500 MHz CH 1 Segnali di intermodulazione del terzo ordine Il canale wireless non può essere assegnato a causa del rumore causato dall'intermodulazione CH 1 & 3 CH 2 & 3 CH 1 & 2 CH 2 CH 3 Tecnologie chiave Modulazione FM Modulazione digitale CH 1 CH 1 Un sistema analogico in genere richiede D/U > 40 dB Desiderato D/U > 20 dB Assenza di errore Indesiderato Spettro CH 2 CH 3 CH 4 Desiderato Indesiderato Spettro *Rapporto D/U: segnale desiderato/segnale indesiderato Perché i sistemi digitali rappresentano un vantaggio per il funzionamento simultaneo multicanale? Come si vede nel grafico qui sopra, il rapporto D/U (segnale desiderato/segnale indesiderato) equivale al rapporto S/N (segnale/rumore) del segnale audio demodulato nel sistema analogico. Più è alto il livello del segnale indesiderato, maggiore sarà il rumore nel segnale modulato. Tipicamente, un sistema analogico richiede un rapporto S/N di 40 dB. Nel sistema wireless digitale Sony, un rapporto D/U superiore a 20 dB non genera errori. In particolare, nel sistema digitale il segnale audio non subisce alcun deterioramento fino a quando il rapporto D/U raggiunge almeno 20 dB, anche nei casi in cui il livello del segnale indesiderato sia forte. Il sistema digitale ha quindi una maggiore tolleranza al segnale indesiderato rispetto a un sistema di trasmissione analogico (più di 40 dB), il che rappresenta un vantaggio rispetto al rischio di interferenze dovute all'intermodulazione. Sistema di modulazione FM Intermodulazione causata da dispositivi RF non lineari. Canali non utilizzabili.. su banda 8 MHz (un canale TV) La maggiore tolleranza al segnale indesiderato permette l'attivazione simultanea di un numero molto maggiore di canali. La figura in basso a sinistra mostra come vengono allocati i canali in un sistema analogico convenzionale. Come si vede, nell'assegnazione dei canali è necessario "saltare" quelli inutilizzabili in quanto soggetti a intermodulazione. La figura in basso a destra mostra invece come vengono assegnati i canali in un sistema a modulazione digitale. Rispetto al sistema analogico, l'effetto del segnale indesiderato viene ridotto a meno di 20 dB. L'abbinamento tra un sistema a modulazione digitale e un eccellente circuito RF consente di assegnare e utilizzare anche i canali intermodulati. In altri termini, è possibile assegnare canali equidistanti senza doversi preoccupare dell'intermodulazione. In Europa, ad esempio, questo significa poter utilizzare simultaneamente un numero di canali 1,6 volte maggiore rispetto a un sistema analogico. Sistema di modulazione digitale Canali utilizzabili su banda 8 MHz (un canale TV) 09 10 Tecnologie chiave MODULATORE E DEMODULATORE DIGITALE (CONT.) APPLICAZIONI L'esempio che segue mostra un sistema multicanale utilizzato nella produzione di un reality show televisivo nel Regno Unito. Nel sistema analogico, è possibile attivare simultaneamente 10 canali su una singola banda televisiva. Questo consente di configurare un sistema a 10 canali per ciascun canale televisivo disponibile. Il sistema digitale, d'altro canto, consente di rendere simultaneamente operativi fino a 16 canali su una singola banda televisiva, rendendo così possibile configurare sistemi su scala più ampia sulla gamma di canali televisivi disponibili. Analogico TV69 3ch 2ch 10 canali TTL 2 sistemi camcorder 3ch 2ch Assegnazione di canali liberi da intermodulazione 60% di canali in più Digitale TV69 4ch 2ch 16 canali TTL 3 sistemi camcorder 3ch 3ch 2ch CH 1 CH 2 CH 3 CH 4 CH 1 CH 2 CH 3 2ch Intervalli regolari tra i canali Semplicità nell'assegnazione dei canali CH 4 Il futuro dei sistemi di trasmissione wireless di audio digitale La tecnologia utilizzata nel sistema di trasmissione wireless digitale Sony offre una qualità audio eccellente e consente operazioni multicanale su larga scala. Oltre che nei sistemi radiomicrofonici, trova applicazione anche nella trasmissione wireless di audio digitale da e verso una vasta gamma di apparecchiature audio professionali. Questa tecnologia potrà inoltre beneficiare di ogni futuro sviluppo del settore da un incremento della potenza di calcolo del processore DSP a una diminuzione nelle dimensioni o nei consumi dei componenti - migliorando così le prestazioni del sistema nel suo complesso. Inoltre, la capacità multiplex audio e dati integrata consente di trasmettere in wireless non solo segnali audio ma anche altri tipi di informazioni, con ulteriori benefici dal punto di vista della flessibilità operativa. Incorporando queste tecnologie avanzate, Sony continuerà a migliorare il proprio sistema di trasmissione wireless di audio digitale, aprendo le porte a una vasta gamma di nuove applicazioni audio. La brochure Sistema radiomicrofonico digitale è ora disponibile. Contattate il vostro riferimento commerciale Sony per richiederne una copia o scaricate la versione PDF da www.sonybiz.net/go-digital Servizi Sony Servizi Sony: con voi e per voi. Tenendo presente che ogni azienda ha esigenze e problematiche specifiche, desideriamo offrire ai nostri clienti una gamma di servizi completa comprensiva di consulenza, pianificazione, finanziamento, implementazione, formazione, riparazione, manutenzione e assistenza tecnica. 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