Juhtmevaba mikrofon

Allikas: Vikipeedia

Juhtmevaba mikrofon on, nagu nimigi viitab, mikrofon ilma kaablita, mis ühendaks mikrofoni otse helisalvestus- või võimendusseadme külge.

Juhtmevabal mikrofonil, laialdasemalt tuntud kui raadiomikrofon, on mitmeid erinevaid standardeid, sagedusi ja signaaliedastuse tehnoloogiaid, mille abil asendatakse mikrofoni kaabel ja saadakse juhtmevaba mikrofon. Selline seade suudab signaale edastada näiteks läbi raadiolainete, kasutades UHF või VHF sagedusi, FM, AM või erinevaid digitaalseid modulatsioone. Mõned odavama hinnaklassi seadmed kasutavad infrapunakiirgust. Infrapunakiirgust kasutavad mikrofonid vajavad toimimiseks takistustevaba tsooni mikrofoni ja vastuvõtja vahel, samas kallimatel raadiosagedusi kasutavatel juhtmevabadel mikrofonidel seda kitsendust pole.

Mõned seadmed töötavad ühel kindlal sagedusel, kallimad lasevad kasutajal ise valida, millisel sagedusel töötada - nii hoitakse ära olukord, kus teised seadmed võivad mikrofoni signaali segama hakata. Samuti saab ise sagedusi valides samal ajal mitu juhtmevaba mikrofoni kasutada.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mitmed eraisikud ja organisatsioonid väidavad, et on juhtmevaba mikrofoni loojad.

Reg Moores konstrueeris raadiomikrofoni, mida kasutati esimest korda 1949. aastal muusikalis "Aladdin on Ice".

John F. Stephens konstrueeris FM tehnoloogiat kasutava juhtmevaba mikrofoni 1951. aastal USA merejalaväe Memphise baasis toimuva muusikali tarvis. Igal peaosatäitjal oli oma mikrofon/saatja. Seade jäi silma USA salateenistusele (United States Secret Service), mis lasi Stephensil oma leiutist muuta, nii et seda saaks kasutada pealtkuulamisoperatsioonide läbiviimiseks.

Herbert "Mac" McClelland, McClelland Soundi asutaja Wichitas, Kansases, kohaldas 1951. aastal juhtmevaba mikrofoni USA pesapalli meistriliiga MLB kohtunikele kandmiseks Lawrence-Dumont Stadiumil. Kohtunikud kandsid seadme saatjat seljakinnitusena.[1] Organisatsioon Shure Incorporated väidab, et nende Vagabondi süsteem aastast 1953 oli esimene juhtmevaba mikrofon.

Aastal 1957 demonstreeris Saksa helitehnikatootja Sennheiser, mis kandis sel ajal nime Lab W, koostöös Saksa ringhäälinguga Norddeutscher Rundfunk (NDR) juhtmevaba mikrofoni süsteemi. Alates 1958. aastast turustati seda süsteemi läbi Telefunkeni Mikroporti nime all.

Esimese jäädvustatud patenditaotluse esitas Raymond A. Litke, ameeriklasest elektriinsener, koos ühenduse Educational Media Resourcesiga ja San Jose State College’iga, kes leiutas juhtmevaba mikrofoni 1957. aastal, et tulla vastu televisiooni, raadio ja õppesüsteemide kasvanud multimeedia nõudlusele. Tema Ameerika Ühendriikide patendinumber oli 3134074 ja see esitati algselt 8. jaanuaril 1960 ning patent anti välja 19. mail 1964. aastal. See on esimesena patent kaasaskantavale ja praktilisele juhtmeta mikrofonile. Lõpuks oli olemas töökindel ja juhtmevaba mikrofon selge helituvastuse ning ulatusega, mis oli praktiliselt sama hea kui juhtmeid/kaableid kasutades. Sellest seadmest tehti tarbijale 1959. aastaks kaks varianti: käeshoitav ja „käed vabad” (’’lavalier’’ mikrofon) versioon. [2] Litke tuli välja mõistega “lavalier mikrofon” ja kaasas selle termini ka oma patenditaotlusse. Peamine saatjamoodul oli sigarisuurune seadeldis, mis kaalus ligikaudu 0,2 kg. Föderaalne Kommunikatsioonide Komisjon (FCC) andis Litke juhtmevabale mikrofonile kasutada 12 sagedust.

Lavalier käed vabad tüüpi mikrofon.

Vega Electronics andis oma 1959. aastal toodetud miniseadmele nimeks Vega-Mike. See leidis esmakordset kasutust USA televisiooni poolt 1960. aastal Demokraatide ja Vabariiklaste Rahvuslikul Konventsioonil (Democratic and Republican National Convention). Seade võimaldas telereporteritel vabalt mööda ruumi ringi liikuda, samal ajal osalejaid intervjueerides. Presidendikandidaadid Kennedy ja Nixon olid esimesed kuulsused, kes kasutasid juhtmevaba mikrofoni. USA telejaam American Broadcasting Company (ABC) lõpetas selle seadme testimise enne konventsiooni, aastal 1959. Uudisteankur John Daly ei hoidnud 1960. aasta juulikuu uudistesaates kiidusõnu selle leiutise aadressil tagasi. Seda juhtmevaba mikrofoni katsetati esimest korda Stanfordi Ülikooli olümpiamängudele pääsemise katsevõistlustel aastal 1959.

Litke väidab ise, et sai leiutise jaoks inspiratsiooni mesilaste omavahelisest tiibadega suhtlemisest.[3]

Järjekordne Saksa tehnikatootja, Beyerdynamic, väidab, et esimese juhtmevaba mikrofoni leiutas Hung C. Lin. Seadeldise nimi oli Transistophone ja tootmine algas 1962. aastal. Samuti väidetakse, et esimest korda kasutas juhtmeta mikrofoni filmi tegemisel Rex Harrison 1964. aasta linateoses Minu veetlev leedi.

Tänapäeva juhtmevaba mikrofoni tehnoloogia, mis pakkus esimest korda juhtmega mikrofoni helikvaliteeti ja dünaamilist ulatust, kaasnes kompressor-ekspanderi tutvustamisega Nady Systems, Inc’i poolt. Todd Rundgren ja The Rolling Stones olid esimesed populaarsed muusikud, kes sellist süsteemi oma ’’live’’ kontserdi ajal kasutasid. Nady systems, Inc sai ka selle tehnoloogilise saavutuse eest 1996. aastal Emmy auhinna.

Eelised ja puudused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Eelised:

  • Suurem liikumisvabadus artistile või kõnelejale.
  • Pole kaablite pideval liigutamisel ja kurnamisel esinevaid probleeme.
  • Vähenenud oht kaablite otsa komistada.

Puudused:

  • Piiratud tegutsemisraadius, umbes 100 meetrit. Kallimad süsteemid võivad seda raadiust ületada, samas odavamatel võib olla veel väiksem raadius.
  • Potentsiaalne signaalide interferents, mis võib olla põhjustatud teistest raadiolainetel töötavatest seadmetest, sh teistest juhtmevabadest raadiomikrofonidest. Tänapäeval on olemas küllalt seadmed, mis võimaldavad juba erinevaid sagedusi valida ja on kuluefektiivsed, hoides ära selle probleemi.
  • Tööaeg on piiratud aku kestvusega; tavalistel seadmetel on aku tööaeg lühem saatja elektriringi spetsifikatsiooni tõttu ja seadme lisafunktsioonide tõttu juhul, kui neid on.
  • Müra või surnud kohad (kohad, kus seade ei tööta, eriti ühe antenniga süsteemides).
  • Piiratud arv samal ajal ja kohas töötavaid mikrofone, mis tuleneb raadiokanalite (sageduste) piiratud arvust.

Efektiivsuse parandamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Professionaalsed seadmed edastavad signaale VHF või UHF raadiosagedustel ja neil on kaks eraldi vastuvõtja moodulit, mõlemal oma antenn. Selline seadistus kõrvaldab surnud kohad (kaks faasi nullivad teineteist) ja vead, mis põhjustatud raadiolainete peegeldumisest erinevatelt pindadelt.

Teine viis, millega võimalik helikvaliteeti tõsta (õigemini dünaamilist raadiust), on companding. Nady Systems, Inc oli esimene, kes juba 1976. aastal sellist tehnoloogiat pakkus. Tehnoloogia põhines patendil, mille sai firma asutaja John Nady.

Mõnedel mudelitel on signaalitugevuse muutmise seade mikrofoni küljes, et suuta vastu võtta erinevate tasemete heliallikaid; näiteks valjud instrumendid või tasased hääled. Reguleeritav tugevus aitab ära hoida ülevõimendamist.

Mõnedel mudelitel on reguleeritav squelch, mis vaigistab väljundi, kui vastuvõtja ei saa mikrofonilt tugevat või kvaliteetset signaali, selle asemel, et lihtsalt müra väljundisse lasta.

Tooted[muuda | redigeeri lähteteksti]

Juhtmevaba mikrofoni esimene tootja oli Vega Electronics Corporation. AKG Acoustics, Audio Ltd, Audio-Technica, Electro-Voice, Lectrosonics, MIPRO, Nady Systems, Inc, Samson Technologies, Sennheiser, Shure, Sony ja Zaxcom on kõik suuremad juhtmevabade mikrofonisüsteemide tootjad. Nad on teinud märkimisväärseid täiustusi tulemaks toime eelpool mainitud puudustega. Näiteks, kuigi nendel mikrofonidel on piiratud sagedusala, milles nad töötavad, võimaldavad mitu kallima klassi süsteemi üle 100 erineva mikrofoni üheaegset töötamist. Samas paljude mikrofonide samaaegsel töötamisel tõuseb sellise süsteemi hind komponentide spetsifikatsiooni ja konstruktsiooni tõttu. See on üheks põhjuseks, miks erinevatel juhtmevabadel süsteemidel on suhteliselt suured erinevused hinnas.

Üldiselt eristatakse kolme tüüpi juhtmevabu mikrofone: käeshoitav, plug-in ja bodypack:

  • Käeshoitav näeb välja nagu tavaline juhtmega mikrofon, aga tal võivad olla suuremad seadme gabariidid, et saatja ja akud ära mahuksid.
  • Plug-in, plug-on, slot-in või kuubikustiilis saatjad kinnitatakse tavalise mikrofoni alla, seejärel muudetakse see juhtmevabaks seadmeks.
  • Bodypack on väike pakk, mis hoiab endas saatjat ja akusid, aga mitte mikrofoni ennast. Bodypacki saab kinnitada vööle või mujale ning sealt väljub juhe kõrvaklappidesse ja käed vabad (hands-free) mikrofoni.
”Shotgun” juhtmeta mikrofon, mida kasutatakse telestuudiotes.

Mitmed tootjad, mille hulgas on Sennheiser, AKG, Nady Systems, Lectrosonics ja Zaxcom pakuvad plug-in-tüüpi saatjat olemasolevale juhtmega mikrofonile, mis pannakse mikrofoni XLR väljundisse ja seejärel edastab signaale tootja standardvastuvõtjale. Selline konstruktsioon pakub mitmeid integreeritud süsteemide hüvesid ja võimaldab juhtmeta kasutada selliseid mikrofone, millele ei pruugi juhtmevaba ekvivalenti olla. Näiteks võib plug-in saatjat kasutada televisiooni või filmi helitöötlusinsener, et võimaldada „shotgun”-tüüpi mikrofonil muutmist juhtmevabaks, mis omakorda hoiab ära ohtlikud olukorrad kaablitega ning samal ajal lubab suuremat liikumisvabadust. Plug-in saatjad võimaldavad ka väga vanadest mikrofonidest teha juhtmevabad mikrofonid. See on kasulik siis, kui kunstilistel või muudel visuaalsetel põhjustel kasutatakse vanu mikrofone. Juhtmete puudus võimaldab antud juhul kiireid stseenide vahetusi ja vähendab ohtu, et keegi juhtmete otsa komistaks. Mõnedel juhtudel võivad sellised plug-in saatjad anda 48 voldist fantoom voolu, mis võimaldab kasutada condenser mikrofonide tüüpe.

Juhtmevaba Sennheiser 5212 saatja.

Vastuvõtjad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Vastuvõtjaid on eri tüüpe. True Diversity vastuvõtjatel on kaks raadiomoodulit ja kaks antenni. Diversity vastuvõtjatel on üks raadiomoodul ja kaks antenni, kuigi mõnikord ei pruugi teine antenn nähtav olla. Non-diversity vastuvõtjatel on ainult üks antenn.

Tavaliselt hoitakse vastuvõtjaid poolräki (half-rack) konfiguratsioonis, nii et need kaks saaks ühte räkisüsteemi paigaldada. Mõningates muusikalide lavastustes võib ühes räkis olla üle 40 raadiomikrofoni.

Videokaamerates kasutatavad vastuvõtjad kinnitatakse sageli bodypack konfiguratsioonis, tavaliselt kaamera välgukinga peale. Väikseid true diversity vastuvõtjaid, mis käivad paljude professionaalsete videokaamerate kinnitusse, toodavad Sennheiser, Lectrosonics ja Sony. Vähemnõudliku või odavama videotehnika puhul kasutatakse tavaliselt non-diversity vastuvõtjaid, sest kasutades seda piisavalt väikse kauguse korral saatjast, on tulemus rahuldav.

Ribalaius ja spekter[muuda | redigeeri lähteteksti]

Peaaegu kõik juhtmevabad mikrofonid kasutavad lairiba FM modulatsiooni, mille jaoks on tarvis 200 kHz-i ribalaiust. Kuna ribalaiuse kasutus on suhteliselt suur, piiratakse juhtmevabu mikrofone kasutama sagedusi alates VHF-st.

Paljud vanemad juhtmevaba mikrofonide süsteemide tööala on VHF-i sagedusala elektromagnetilises spektris. Selles sagedusalas töötavaid süsteeme juhitakse sageli kristalli kaudu ja seega töötavad nad vaid ühel sagedusel. Juhul, kui see sagedus on õigesti valitud, võib süsteem aastaid ilma tõrgeteta töötada.

Enamik tänapäevastest juhtmevaba mikrofonisüsteemidest kasutavad UHF televisiooni sagedusala; USA-s ulatub see vahemikus 470 MHz-st 698 MHz-ni. Aastal 2010 väljastas USA Föderaalne Kommunikatsioonide Komisjon (Federal Communication Commission) TV-sagedusala kasutatavatele seadmetele uued määrused. Ka teistel riikidel on sarnased piirangud, näiteks Suurbritannias UHF TV-sagedusala vahemik on piiratud 470 MHz-st 854 MHz-ni. Tavaliselt töötavad juhtmevabad mikrofonid kasutamata TV-kanalitel, milles on ruumi ühele-kahele mikrofonile iga megahertsi kohta sagedusspektris.

Intermodulatsioon (IM) on suureks probleemiks, kui ühes kohas on töös mitu süsteemi. IM esineb siis, kui kaks või enam RF signaali segunevad mittelineaarse mikroskeemiga, nagu näiteks ostsillaatori või mixeriga. Sellisel juhul võivad tekkida teatavad sageduste kombinatsioonid. Näiteks kombinatsioonid 2A-B, 2B-A ja A+B-C, kus A, B ja C on hetkel kasutatavad sagedused. Kui üks nendest kombinatsioonidest on sarnane teise süsteemi sagedusega (või algse A, B või C sagedusega), siis sellel kanalil tekivad signaalihäired. Selle probleemi saab lahendada arvutades kõik võimalikud kombinatsioonid ise või programmi abil.

Digitaalsed juhtmevabad hübriidsüsteemid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Digitaalsed hübriidsüsteemid kasutavad analoog FM signaaliedastust koos digitaalse signaalitöötlusega (DSP), mis võimendab süsteemi. DSP kasutamine võimaldab selliseid töövõtteid, mis on analoogsignaali puhul võimatud, näiteks ennustusalgoritme, millega saavutatakse väiksem amplituud sageduslikus spektris, lisaks vähendatakse müra ja teisi soovimatuid artefakte.

Teine lähenemisviis on kasutada DSP-d analoog compandingi skeemide emuleerimiseks, mis tagab vanemate analoogsüsteemide ühildavuse uuemate süsteemidega.

Digitaalsed süsteemid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Digitaalseid juhtmevaba mikrofonide süsteeme on palju ning neile on ka erinevaid digitaalseid modulatsiooniskeeme võimalik rakendada. Digitaalheli andmetihendust kasutatakse tavaliselt eesmärgiga vähendada kasutusel olevat RF ribalaiust. Ribalaiuse efektiivse kasutamise olulisus ilmneb ka sellest, et tihendamata heli edastamist professionaalsetes süsteemides püütakse üldiselt hoiduda.

Zaxcom, Lectrosonics 700, AKG ja MIPRO on arendanud süsteeme, mis kasutavad näiteks 200 kHz-st kitsasriba UHF ülekande sagedusi digitaalsete signaalide kindlal bitikiirusel, need on samad UHF sagedused, mida kasutavad analoog FM süsteemid. Need süsteemid kodeerivad RF signaalikandjasse ühe või kaks digitaalse heli kanalit. Sellise süsteemi eelised on madal müratase ja moonutuste hulk, võimalus signaali krüpteerida, ja suurendatud andmeedastuse töökindlus.

Täisdigitaalseid süsteeme on mitmesuguseid. Osad süsteemid kasutavad sagedushüpitamisega spektrilaotuse (Frequency-Hopping Spread Spectrum) tehnoloogiat, mis on sarnane juhtmeta telefonide tööpõhimõttega. Kuna see võib vajada lairiba FM signaalist rohkem ribalaiust, siis sellised mikrofonid töötavad tavaliselt 900 MHz, 2.4 GHz või 6 GHz-s litsentseerimata (reguleerimata) sagedustel. 900 MHz-ne sagedusala töötab ainult USA ja Kanada territooriumil, sest enamikes teistes riikides kasutab sama sagedusala GSM mobiilivõrk. 2.4 GHz-ne sagedusala ähvardab üha enam ummistumine, sest seda mõjutavad paljud süsteemid, kaasaarvatud WiFi (juhtmevaba kohtvõrk, standarditega 802.11b/g/n), Bluetooth ja mikrolaineahjude “leke“. 6 GHz-sel sagedusalal on probleeme leviulatusega (vajab takistamata vaatevälja), sest kasutab ülekandeks väga lühikesi signaalikandja lainepikkusi.

Digitaalseid raadiomikrofone on tavalise raadioskänneriga raske pealt kuulata, sest sellised seadmed suudavad ainult tavapäraseid analoogmodulatsioone, nagu näiteks FM ja AM, demoduleerida. Siiski võivad mõned juhtmevabade mikrofonide süsteemid kasutada kodeeringu tehnoloogiat, et ennetada tõsisemat signaalide pealtkuulamist, mis võib põhjustada kriitilise tähtsusega info lekkimist.[4][5]

Digitaalsete juhtmevaba mikrofonide tootjate hulka kuuluvad AKG-Acoustics, Audio-Technica, Lectrosonics, Line 6, MIPRO, Sony ja Zaxcom.


White Space seadmed (USA-s)[muuda | redigeeri lähteteksti]

On olemas liikumine, mille eesmärgiks on isiklike litsentseerimata lairiba kasutavate seadmete lubamine USA UHF televisiooni sagedusspektris. Neid seadmeid toetavad firmad, kes soovivad selliseid seadmeid arendada ja võimalikult kiiresti turule tuua. Sellistel White Space seadmetel (WSD-d) on kohustuslik GPS-i olemasolu ja ligipääs asukoha andmebaasile, et seadmed ei segaks teisi seda sagedusala tarbivaid kasutajaid. White Space seadmete arendustöö toimub paljudes riikides.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. McClelland Sound History: 1940–1950. Retrieved on January 14, 2010.
  2. Mall:US patent
  3. Litke interviews appeared in both the San Jose News of Sept. 10, 1960, and The Alma Signal-Enterprise (KS) dated Nov. 10, 1969 and Feb. 26, 1981.
  4. Telex SAFE-1000 wireless microphone
  5. Lectrosonics UDR700 Encrypted wireless receiver

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]