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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.
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