Почему прерывается сигнал на радиомикрофонах? От чего зависит дальность работы радиосистемы. Обзор аналоговой радиосистемы Feidu FM40 с петличным микрофоном

Сегодня будем говорить о радиосистемах, в частности о том, почему за последние несколько лет радиосистемы превратились в устройства, которые работают только в зоне прямой видимости. Почему Rode Wireless go или большое количество разных двухканальный систем, как например Synco G1, просто теряют связь, если вы поворачиваетесь и перекрываете их своим корпусом. Также сегодня я расскажу вам об основных отличиях цифровых радиосистем от аналоговых, которые до сих пор еще используются, даже при создании контента на ютуб каналах-миллионниках. Также расскажу о том, какие радиосистемы в абсолюте выбрал бы себе я, если бы я хотел идеальную бесперебойную работу. 

Я уже делал до этого такие технические видео, где мы разбирали разного рода технологии, а также я по первому высшему образованию инженер радиоэлектроники, поэтому я действительно понимаю как это все работает. 

Радиосистема Feidu FD FM40: на AliExpress на Amazon

Основное отличие цифровых радиосистемы от аналоговых для конечного пользователя заключается в том, что сигнал не может передаться вам с помехами. На приемнике вы получаете ровно тот сигнал, который отправил вам передатчик. Конечно, это не избавляет вас от тех помех, которые попали в тракт передатчика еще до того, как сигнал был упакован в биты и отправлен на расстояние. Например на камере DJI Pocket 2 (у меня комбо набор в комплекте с радиопередатчиком), если вы используете собственный микрофон, который встроен в передатчик, то вы получаете на входе камеры какой-то неприятный фон, дребезг, причем он то появляется, то исчезает. Но при этом, если вы подключите к этому передатчику обычный петличный микрофон, наводка пропадает. Я не знаю, чем вызваны проблемы именно со встроенным микрофоном в этот передатчик. Может, неправильно рассчитали схематехнику. Может, это вовсе не наводка от каких-то реактивных элементов цепи - а просто неправильно работает предусилитель микрофона. И, если он цифровой, то DJI смогут избавиться от этого в прошивках. DJI знают проблему. Об этом много пишут на форумах. У меня на сайте появится об этом отдельное видео. Я делал обзор на DJI Pocket 2 - мне эта камера очень понравилась. 

Если у вас с микрофоном проблема, то на входе вашей камеры или на приемнике, если вы используете такую радиосистему, будут помехи. Но непосредственно между двумя этими устройствами помеха не может появиться никаким образом. В этом случае просто пропадает сигнал. Если вы используете аналоговую систему, которая работает точно также, как радио в вашем автомобиле (обычное УКВ радио, которе принято называть FM), такое может быть, а на цифровых системах, если теряется связь, просто отрубается линк вообще. Поэтому на цифровых системах вы не слышите помех, высушите так называемые затыки сигнала (сигнал прерывается). 

Почему же до сих пор некоторые блогеры, например, Дудь, у которых точно есть бюджеты на системы подороже, все равно используют аналоговые системы? Дело в том, что аналоговые радиосистемы более надежны. И иногда лучше записать сигнал с какой-то незначительной помехой, чем не записать его вообще из-за срыва связи. Есть профессиональные цифровые системы, которые лишены этих недостатков.

Дальность передачи сигнала

Неверное, вы можете подумать, что ничего не мешает производителю увеличивать мощность передатчика и тем самым увеличивать дальность. Технически в этом, конечно, нет никаких проблем, но есть такое понятие, как сертификация. И наверняка, если вы сталкивались с квадрокоптерами, знаете, что для США модель дрона FCC, а для Европы - CE. Это тот самый сертификационных центр, который сертифицирует не только коптеры, но и абсолютно все электронные устройства, начиная от айфона, заканчивая пульсоксиметром. По ситуации с пульсоксиметрами я понял, что люди часто заблуждаются насчет того, чем именно занимается сертификация. Когда я приобретал этот пульсоксиметр себе, я видел много запросов о том, есть ли у этого пульсоксиметра сертификат. Наличие сертификата не говорит о том, что прибор выдает максимально приближенные к реальным  показания. Сертификация FCC или CE говорит только о том, что это устройство безвредно для вас. Если мы говорим о сертификации смартфонов, то главной задачей у сертифицирования является проверить не превышает ли нормы излучение этого смартфона в разных режимах, на разных частотах, устновленные законодательствам нормам.

Возвращаясь к нашему вопросу, производитель не может просто так взять и повысить модность передатчика. Поэтому большинство таких цифровых передатчиков работают с выходной мощностью около 10 мВт. Именно этим обусловленна невысокая дальность работы этих устройств. 

Задачей большинства инженеров всего мира, которые производят именно ту электронику, которая работает тем или иным способом по воздуху, является втиснуть свои амбиции и свои возможности в существующие стандарты. Оставаться в этом маленьком коридоре допустимой мощности излучения, но при этом работать максимально эффективно - именно в этом состоит главная задача радиоинженера. 

Почему при одинаковой мощности излучения аналоговые радиосистемы работают на большие расстояния?

Все дело в длине волны. Дело в том, что аналоговые радиосистемы работают в UHF диапазоне Ultra High frequency - ультра высокая частота. Эти радиосистемы работают в диапазоне от 500 МГц до 800 МГц. Для каждого региона есть определенный диапазон частот, поэтому производитель выпускает свою модель радиомикрофонов для США, для Европы, для Японии, для Китая. Все это регламентировано местными стандартами. Есть любительские радиосистемы, которые работают в диапазоне VHF Very High frequency. Как правило, это самые дешевые модели, и у большинства брендов, выпускающих именно профессиональное оборудование таких как Sennheiser, Rode, Shure вы не найдете устройств, работающих на такой частоте. Из-за чего так происходит? Чем выше ваша несущая частота, тем больше вы можете сделать полосу пропусканий, т.е. Вы можете передавать более широкий Спектор сигнала. Если меня смотрят радиоинженеры, они мне возразят. Для того, чтобы передать эффективный спектр для звукового сигнала до 20 кГц, мы можем спокойно использовать VHF-диапазон. Но тут возникает другой вопрос. При профессиональном использовании нам нужно, чтобы у нас работало много подобных устройств, т.е. много подобных радиосистем. И VHF диапазон не даст нам разместить 30 каналов, 30 спектров сигнала на разных несущих частотах. Не забывайте, мы не можем делать отступ по несущей частоте, равный ширине спектра передаваемого сигнала. Для того, чтобы это все более или менее нормально работало, для того чтобы обеспечить хорошую избирательность контура, нам нужно разносить несущие частоты на расстояния как минимум в три раза больше, чем спектор, который передается. Именно поэтому любительские аналоговые системы не имеют возможности работать на множестве каналов (максимум 3 канала, кто-то 5 воткнет). Также в VHF диапазоне работает большое количество других устройств, например, рации. Т.е. этот диапазон частот является достаточно грязным, поэтом использовать его для профессиональной передачи высококачественного аудио точно не стоит.

Если мы возьмем какую-нибудь профессиональную аналоговую радиосистему, она будет работать на частоте 650 МГц (абстрактная цифра), а эти любительские цифровые радиосистемы работают в диапазоне 2.4 ГГц, но возможно, в скором времени будут работать в 5 ГГц-овом диапазоне и дальность работы еще больше уменьшится. Есть правило: чем длиннее радиоволна, тем лучше она пробивает разного рода препятствия, чем короче волна, тем, соответственно, она лучше поглощается телом человека. Именно поэтому при переходе на сотовые сети 5G, которые также могут работать в диапазоне около 30 ГГц, придется ставить вышки сотовой связи чуть ли не на каждом доме (ну или в пределах одного квартала, если это низкоэтажная застройка), т.к. чем короче волна, тем хуже она пробивает препятствия на своем пути. Вы можете проверить это дома на своем домашнем роутере. Если на вашем роутере развернута сеть 2.4ГГц и развернута сеть 5ГГц - 5ГГц еще кое-как ловит через 1 стену,  через 2 - уже практически не ловит. А 2.4ГГц работает по всей квартире. 

Длину волны можно рассчитать, зная частоту и скорость света. Длина волны аналогового передатчика в 4 раза больше, чем длина волны цифрового. Это не означает, что аналоговая радиосистемы будет работать в 4 раза дальше, но то, что сигнал с цифровой радиосистемы будет поглощаться телом человека гораздо сильнее - это факт. 

Еще один нюанс, касающийся цифровых радиосистем. Поскольку они работают в общедоступном wi-fi диапазоне наряду с вашими смартфонами и прочей техникой, то естественно, если вы приезжаете на выставку или какое-либо другое мероприятие, где много людей снимают, то у вас возникают проблемы, и уже, буквально на 5 метрах начинается пребывание сигнала.

Почему современные новые аналоговые радиосистемы работают хуже, чем старые?

Почему когда выходят современные новые аналоговые радиосистемы от тех же брендов, которые выпускают любительские консьюмерские устройства, например, Saramonic, Comica, Boya, почему они работают хуже, чем старые аналоговые радиосистемы, но производства более именитых брендов. Вопрос в том, каким образом инженеры решают вопрос качественного приема сигнала при невозможности увеличивать мощность передатчика. И для этого используют множество способов, именно в сфере цифровых радиосистем. Я не имею ввиду именно микрофонные радиосистемы. Радиосистемы - это все системы, которые работают в радиочастотном диапазоне - те же самые видеосендеры или средства для передачи телеметрии в сигнализациях. В цифровых радиосистемах можно на физическом уровне можно играться с модуляцией, делать очень сложные системы модуляции. Также если мы говорим о системах с невысокой пропускной способностью возможно помимо частотного разделения канала использовать временное разделение канала, т.е. передавать информацию по разным таймслотам. На программном уровне можно с основным сигналом передавать сигнал с коррекцией ошибок, например, этот сигнал передается в HDMI кабелях (работает не по воздуху). Коррекция ошибок применяется достаточно давно и уже есть в большинстве цифровых систем). Самым простым, самым эффективным и самым известным является разнесенный прием.

Это видео я решил вам записать, потому что мне на обзор приехала недорогая радиосистема Feidu FD FM40. Сначала я подумал, что это аналоговая копия Rode Wireless Go. На коробке я прочитал: с использованием разнесенного приема. 

Разнесенный прием - простейшее схемотехническое решение, очень сильно влияет на стабильность сигнала и отсутствие прерываний. 

Любая антенна для подобных устройств - это кусок провода. На других моделях она прячется непосредственно в сам корпус, выполненный из пластика, который является радиопрозрачным материалом. Эта антенна не имеет никакой направленности. От нее во все стороны разлетается радиосигнал. Прерывания могут происходить, когда на приемнике встречаются волны в противогазе и гасят друг друга (прямая и перетруженная волна). Для такого эффекта “запирания сигнала” более подвержены именно цифровые радиосистемы. Более короткие волны хуже пробивают препятствие, но при этом гораздо лучше переотражаются. Кстати, сети 5G которые сейчас проектируется, они основаны именно на том, чтобы работать с переотраженным сигналом. Если вы находитесь за углом дома, вышки сотовой связи пошлют сигнал не напрямую к вам, они пошлют сигнал так, чтобы отразившись от других препятствий, попал на вас. Цифровые любительские радиосисистемы максимально подвержены прерыванию сигнала. 

Как бороться с прерываниями? Давным давно был придуман разнесенный прием. Несмотря на то, что  радиосистема Feidu FD FM40 одноканальная, у нее 2 антенны.

Виды разнесенного приема, которые,  как правило, используются: 2 антенны, разнесенные друг от друга на определенное расстояние. В идеале сделать это расстояние как можно больше. Для чего нужны 2 антенны? Вероятность того, что одновременно на двух антеннах произойдет эффект запирания сигнала, когда на каждую антенну придет сигнал с определенной фазой и придет еще переотраженный сигнал в противофазе. Для двух антенн вероятность этого крайне мала. Естественно, если их разнести на большее расстояние, эта вероятность будет стремиться к нулю.

Именно поэтому на любом профессиональном оборудовании вы можете увидеть 2 антенны на приемнике. Хотя микрофон к нему подключается всего один. Цифровые ресиверы с этой системой. Потому что не имеет отношение цифровой у вас сигнал или аналоговый. 

Так почему же раньше аналоговые системы работали на большие расстояния, чем современные. Потому что в старых системах использовался разнесенный прием. А в новых - нет. Дело в том, что сейчас пошла мода на двухканальные радиосистемы. Когда делают блок ресивера с двумя независимыми блоками, то просто ставят по одной антенне на один канал. По-хорошему должно было быть 4 антенны, тогда бы сигнал был стабильным. Конечно, это увеличит стоимость, т.к. измениться схемотехника. А в любительском сегменте вряд ли будут платить более высокую цену. 

В инструкции к радиосистеме Feidu FD FM40 указано, что если вы хотите чтобы у вас был лучшей сигнал, нужно размещать антенны под углом 90 градусов. 

Почему на цифровых системах вы нет внешних антенн? Антенны просто встроены в корпус. Чем выше частота, тем короче длина волны и тем короче нужна длина антенны. 

В новых радиоэлектронных устройства, которые работают на все более и более высоких частотах, внешних антенн мы уже не увидим.  

Если сравнить размеры радиосистемы Feidu FD FM40 с Rode Wireless Go, то по лицевой части они практически одинаковые, а вот по толщине  Rode Wireless Go компактнее. 

Комплектация

В комплекте 2 кабеля Type-C для зарядки, 2 кабеля для подключения к камере и к смартфону, петличный микрофон. Для смартфона используется TRRS 4-пиновый, а для камеры TRS-TRS.

На корпусе есть выход на наушники, можете мониторить ваш сигнал.  Возможно независимо регулировать громкость сигнала как на передатчике, так и на приемнике. Материал корпуса софт-тач пластик. Немного не хватает подсветки экрана.

Технические характеристики 

57 каналов. Производитель заявляет продолжительность работы передатчика 3.5 часа, приемник - 5 часов, от -10 до 45 градусов Цельсия.

Результаты тестов петличного микрофона послушайте в видео.

Рекомендации

Если у вас не стоит вопрос в бюджете, чтобы я порекомендовал вам купить. Мой ответ Sennheiser AVX. Это цифровая система. Работает она в диапазоне 1.9 ГГц. Как минимум отпадают проблемы с интерференцией, связанные с большим количеством устройств, работающих в Wi-Fi диапазоне. Здесь используется не разнесенный прием в виде двух антенн  - а TDMA (Time Division Multiple Access - множественный доступ с временным разделением). Т.е. определенные пакеты информации передаются разделением по времени. Такой прием используется в сетях GSM, когда большая плотность абонентской базы, но нет физических ресурсов предоставить каждому устройству отдельную частоту. Поэтому применяется временное разделение каналов. Т.е. на одной частоте можно принимать сразу нескольких абонентов, разделяя их пакеты по времени. 

Цена на радиосистему Sennheiser AVX Цена на Amazon Цена на Adorama

Когда Sennheiser AVX сравнивали с Sennheiser G4 аналоговой системой, Sennheiser G4 показал работу на большие дистанции и он лучше работает, когда вы перекрываете сигнал своим телом.

Выводы

Из-за жестких сертификаций и стандартов в цифровых радиосистемах мощность настолько маленькая, что качественно и стабильно работать в сложных условиях они не могут. Поэтому до сих пор многие телеканалы и большие продакшены все равно работают с проверенными временем аналоговыми радиосистемами. Такие радиосистемы не лизины помех, которые связаны с другим оборудованием, которое работает на этих частотах, но тем не менее сигнал с небольшой помехой лучше, чем прерванный сигнал. 

Тест дальности обязательно посмотрите в видео.