Radiotecnica per tecnici audio - Parte 6

di Enrico ”Flynt” Mambella

Uno dei problemi che più di frequente si presentano quando si configura un sistema di radiomicrofoni per la realizzazione di un concerto o un evento è quello dell’intermodulazione.

Le interferenze dovute a intermodulazione solitamente si generano quando almeno due trasmettitori si trovano a lavorare vicino all’antenna ricevente, introducendo segnali molto forti nel ricevitore.

Questi due segnali formano prodotti di intermodulazione nei punti di non linearità del ricevitore, come transistor o altri semiconduttori, ad esempio nel mixer, dove vengono combinate la frequenza ricevuta dall’antenna e quella generata dall’oscillatore locale.

Si producono quindi segnali indesiderati che possono interferire con le frequenze del sistema configurato; l’intensità dei prodotti di intermodulazione aumenta con il diminuire delle distanze tra le antenne riceventi e trasmittenti.

Segnali di intermodulazione si producono anche quando due o più trasmettitori operano molto vicini gli uni con gli altri. Dalla combinazione di entrambi i segnali, si generano prodotti risultanti che possono interferire con le frequenze comprese nel nostro range operativo.

I prodotti di intermodulazione che si trovano entro questa banda possono interferire con la frequenza di ricezione di un canale o con l’intero sistema e possono persino renderlo inutilizzabile. 

“Chopping noise” o soffio in sottofondo sono le indicazioni udibili che alcune frequenze sono interferite da prodotti di IMD.

In un sistema preso come esempio che ha due portanti:
f₁ = 800 MHz e f₂ = 801 MHz, devono essere determinati i prodotti di intermodulazione risultanti che si trovano entro la larghezza di banda usata. 

Esistono delle armoniche delle frequenze fondamentali e delle frequenze che sono generate dalla loro somma e differenza. Le armoniche non interferiscono, dato che ricadono al di fuori del range di ricezione e saranno efficacemente eliminate dai filtri d’ingresso del ricevitore:

2f₁ = 2 × 800 MHz = 1600 MHz (seconda armonica)

2f₂ = 2 × 801 MHz = 1602 MHz (seconda armonica)

3f₁ = 3 × 800 MHz = 2400 MHz (terza armonica)

3f₂ = 3 × 801 MHz = 2403 MHz (terza armonica)

Anche le semplici frequenze derivanti dalla somma e dalla differenza possono essere ignorate, dato che anch’esse si trovano al di fuori dal range di ricezione e saranno, dunque, efficacemente eliminate dai filtri d’ingresso del ricevitore:

f₁ + f₂ = 800 MHz + 801 MHz = 1601 MHz

f₂ − f₁ = 801 MHz − 800 MHz = 1 MHz

Viceversa, non possono essere ignorati i prodotti di IM che sono generati da fenomeni più complessi, quali i battimenti tra le armoniche e somma e differenza di esse, che potrebbero ricadere sulla frequenza di ricezione selezionata da un terzo ricevitore del nostro sistema:

IM 3 = 2f₁ − f₂ = 1600 − 801 = 799 MHz

IM 3 = 2f₂ − f₁ = 1602 − 800 = 802 MHz

IM 5 = 3f₁ − 2f₂ = 2400 − 1602 = 798 MHz

IM 5 = 3f₂ − 2f₁ = 2403 − 1600 = 802 MHz

IM 7 = 4f₁ − 3f₂ = 3200 − 2403 = 797 MHz

IM 7 = 4f₂ − 3f₁ = 3204 − 2400 = 804 MHz

Anche qui, le intermodulazioni create dalle differenze sono quelle che interessano, perché quelle create dalle somme risultano all’esterno della banda. Tranne in casi particolari, i prodotti dell’intermodulazione di 5° e 7° ordine possono essere generalmente ignorati. L’ampiezza delle IMD è direttamente proporzionale alla potenza dei TX ed inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra gli stessi.

In uno show medio-grande, si arriva facilmente a 35-40 sistemi utilizzati ed è evidente che il problema delle interferenze e dell’intermodulazione assume un’importanza fondamentale. La scelta più sbagliata è quella di scegliere canali equidistanti fra loro.

Poiché nei sistemi multicanale si produce una grande quantità di prodotti di IMD, la giusta scelta delle frequenze richiede un’attenta pianificazione che può essere efficacemente svolta solo con l’utilizzo di software che tengano conto delle innumerevoli variabili in gioco.

Formula Generale Intermodulazione

mf₁ ± nf₂ 

in cui:

f₁ = frequenza 1

f₂ = frequenza 2

m, n = numeri interi

m + n = numero d’ordine IMD

Scanner e software

Per realizzare un buon coordinamento utilizzando software appositi, questi hanno bisogno di importare una scansione RF della location dove si svolge lo show, da cui nasce l’esigenza di avere uno scanner, che analizzi lo spettro RF da/a una certa frequenza. 

I nostri sistemi, come tutti sappiamo, lavorano nel range da 470 a 790 MHz, a sua volta ulteriormente suddiviso in bande. Questo fino al 2022 (si spera!), quando perderemo l’intera banda dei 700 MHz, che sarà utilizzata dal nuovo servizio LTE 5G. Quindi saremo costretti a operare da 470 a 698 MHz, con annessi canali TV (un MUX TV ha una larghezza di banda di 8 MHz). 

Lo scanner più diffuso è RF Explorer, di Seeed Studio, di cui esistono varie versioni. Per il nostro campo ora c’è il modello Slim, che copre, con due schede e due antenne separate, il range da 50 kHz a 960 MHz e da 2,3 a 2,5 GHz. Dispone di un attenuatore interno da 30 dB e di un LNA inseribile di 25 dB.

Fino a poco tempo fa c’era anche il modello 3G Combo, che copre, sempre con due schede e due antenne, il range da 240 MHz a 960 MHz e da 15 MHz a 2700 MHz.

La versione base invece era WSUB1G, che di default gestiva il range da 240 MHz a 960 MHz, ma che tramite la scheda elettronica opzionale RFEM WSUB3G Module poteva essere espansa da 15 MHz a 2700 MHz, con l’aggiunta di una seconda presa SMA per l’antenna per la banda dei 2,4 GHz.

L’attuale modello “Slim” viene venduto con un’antenna telescopica wide-band e con una seconda antennina per la banda dei 2,4 GHz. Ha in dotazione il suo software Client, che però non permette di scegliere la RBV (Resolution Bandwith) ma la imposta automaticamente in funzione dello Span. Ovviamene esporta la scansione in formato .cvs. 

È abbastanza robusto, dotato di una batteria interna al litio e di una presa mini USB 2.0 per il collegamento al computer e la ricarica della batteria.

I software con cui lavora RF Explorer sono Touchstone, Rational Waves e Clear Waves (quest’ultimo può gestire anche il coordinamento delle frequenze). Questi funzionano sia con Mac OS sia con Windows e sono prodotti da Nutsaboutnets.

Touchstone

Hanno tutti delle buone RBV selezionabili e naturalmente esportano la scansione in formato .cvs.

Solo per Mac OS c’è anche Vantage di RF Venue.

Vantage

Per chi vuole prestazioni superiori, maggiore dinamica e sensibilità, non possiamo non citare WINRADIO G33WSM,: un vero e proprio ricevitore stand alone, che si connette al computer con un cavo dedicato e ha bisogno di alimentazione esterna. Il software a corredo comprende un preciso S-Meter, che ci dà l’intensità del segnale ricevuto, consente infiniti marker, (da cui si seleziona la portante da ascoltare) e soprattutto demodula (tramite scheda audio del PC) la maggior parte delle modulazioni analogiche. Inoltre dispone di un registratore integrato e di un ottimo analizzatore di spettro con varie opzioni, ed esporta in .cvs. Il range di frequenza va da 30 MHz a 1000 MHz.

Una caratteristica interessante di questo scanner è che il sopracitato modello viene rilevato direttamente dal software Shure Wireless WorkBench (WWB) come unità di scansione. 

Andando avanti con la nostra panoramica, RF VENUE propone il suo scanner RackPRO™ in formato 1U rack. È dotato di un suo display per la visualizzazione dello spettro e ha un range di scansione da 240 MHz a 960 MHz. Ha anche un proprio software di gestione molto completo che comunica con un computer via USB 2.0. 

Esiste infine l’analizzatore di spettro ATX 600 di SHURE, veramente ottimo sotto tutti i punti di vista (dinamica, sensibilità, RBV ecc). Fa parte del sistema proprietario AXIENT (sia analogico sia digitale), ma essendo ovviamente visto da Workbench come unità di scansione, nulla ci vieta di usarlo anche in modalità stand alone, anche se il suo massimo potenziale lo offre abbinato al sopracitato sistema. 

Copre il range da 470 MHz a 925 MHz, ha una RBV a Steep di 25-200-1000 kHz (1 MHz). Anche esso demodula (solo in FM-Wide) il segnale ricevuto, ha una propria uscita audio monitor e una presa cuffie sul pannello frontale.

Per quanto riguarda le antenne da usare con questi scanner, possiamo utilizzare le loro telescopiche wide-band, o collegare un’antenna esterna omnidirezionale o direttiva passiva (LPDA). Ovviamente una omnidirezionale ci darà una “visuale” più a 360° dello spettro RF.

Un altro ottimo sistema è quello di collegarci a un’uscita libera dello splitter o al cascade out di un ricevitore e usare proprio una delle due antenne che andremo ad usare per lo show.

Nota bene: se usiamo quest’ultimo sistema, accertiamoci che l’ingresso dello scanner sia protetto internamente dalla tensione di polarizzazione (12-13,8 V), che spesso viaggia sui cavi per alimentare le antenne LPDA attive. Altrimenti bisognerà ricorrere ad un “DC-Block”, sotto forma di barilotto BNC o SMA (in pratica un condensatore che blocca la corrente continua).

Una buona RBV da impostare per le nostre scansioni è di 25 kHz; se ne usiamo una più bassa la scansione sarà più lenta ma avremo un maggior dettaglio e risoluzione.

Una volta eseguita ed esportata in formato .cvs, dobbiamo importarla in un software di coordinamento, in modo da calcolare le frequenze libere da intermodulazioni, inserendole, a seconda della banda dei nostri sistemi, negli spazi liberi dello spettro RF.

Il software più conosciuto e usato è l’ottimo e completo Shure WWB (Wireless Workbench), totalmente free. Ovviamente ne esistono altri, come WSM di Sennheiser ed il già citato Clear Waves o IAS di ProfessionalWireless, questi ultimi due a pagamento.

Wireless Workbench, oltre ad effettuare un coordinamento di tutti i nostri sistemi, ci offre anche la possibilità di mettere in rete tutte le macchine Shure, visualizzare i livelli AF e RF, lo stato delle batterie, inserire frequenze di backup, ecc.

Per quanto riguarda le macchine Sennheiser, l’equivalente di WWB è il già citato WSM (Wireless Systems Manager), che permette di monitorare molti parametri delle macchine presenti in rete.

Generalmente si effettua il calcolo di tutte le frequenze libere da IMD, tramite appositi profili, sia dei sistemi Shure o Sennheiser con WWB o WSM, poi eventualmente si inseriscono manualmente le frequenze delle macchine non riconosciute automaticamente.

Ovviamente WWB gestisce e coordina anche profili di sistemi di altre marche, come Wysicom, Beyerdynamic ecc.