Die Zukunft ist digital

Das zur Verfügung stehende Frequenzspektrum für drahtlose Mikrofone schrumpft zusehends. Daher setzen viele Mikrofonhersteller (darunter auch Shure) auf digitale Funkübertragung, um diesem immer größer werdenden Problem zu trotzen. Wie aber unterscheiden sich die digitalen von den analogen Systemen? Welche Vorteile bieten sie für professionelle Nutzer?

Das freie Frequenzspektrum schrumpft

Zunächst eine kurze Rückblende: Es ist seit einiger Zeit bekannt, dass das freie Frequenzspektrum, das für drahtlose Mikrofone und In-Ear Monitoring zur Verfügung steht, zunehmend weniger wird. Vor etwa 10 Jahren standen in Deutschland noch ganze 6 TV Kanäle (was immerhin 48 MHz entspricht) zur Verfügung, auf denen ausschließlich Funkmikrofone genutzt werden durften – und zwar anmeldefrei. Inzwischen ist dieser anmeldefreie Bereich auf gerade mal 11 MHz zusammen geschrumpft (LTE Mittenlücke 823 - 832 MHz und das harmonisierte Band 863 -865 MHz). Als kleiner Ausgleich wurde zumindest das fast in Vergessenheit geratene VHF Band (174 - 230 MHz) wieder für Funkmikrofone geöffnet.

Der größte Bereich (in etwa 470 - 820 MHz) ist nur mit einer kostenpflichtigen Anmeldung legal nutzbar. Dieser Bereich muss allerdings mit anderen Diensten wie dem digitalem Fernsehen (DVB-T) oder mobilem Internet (LTE) geteilt werden. Dieser relative große Frequenzbereich steht zwar theoretisch zur Verfügung, ist vor Ort jedoch immer unterschiedlich eingeschränkt.

Kurz: Die Industrie ersteigert immer mehr Frequenzbänder, in denen mobile Endgeräte und Co. genutzt werden können, die unser digitales Leben angenehmer gestalten sollen. Dadurch wird der Raum für Funkmikrofone immer kleiner.

Dieser gestiegene Frequenzbedarf hat viele Hersteller dazu bewegt, umzudenken und neue Technologien zu entwickeln, die auch unter anspruchsvollen Bedingungen funktionieren.

Die Vorteile von digitalen Drahtlossystemen

Mit digitalen Drahtlossystemen lassen sich höhere Kanalzahlen in einem reduzierten Spektrum realisieren. Dies ermöglicht eine effizientere Nutzung der digitalen Funksignale im Vergleich zu frequenzmodulierten analogen Signalen. Im Umkehrschluss führt dies zu einer engeren Kanalbelegung. In vielen Fällen können digitale Systeme doppelt so viele Kanäle im gleichen Frequenzband unterbringen, wie ihre analogen Verwandten. Systeme sind jedoch nicht nur deswegen effizienter, weil sie digital sind. Ein wichtiger Faktor bei der Spektrumseffizienz besteht in der Linearität der Sender und in der  Zuverlässigkeit der Filter im Empfänger. Des Weiteren sind in den meisten Fällen die Systeme im hochpreisigen Bereich auch diejenigen mit der besseren Leistung. Zu guter Letzt sorgen eine durchdachte Frequenzkoordination und regelmäßige Anpassung dafür, dass die Umsetzung von mehrkanaligen Drahtlossystemen ein voller Erfolg wird.

Mit dem immer kleiner werdenden freien Frequenzspektrum und dem stetig zunehmenden Bedarf an drahtlosen Mikrofonen und In-Ear Monitoring, spielt die digitale Funkübertragung eine wichtige Rolle dabei, die Zukunft von Funkmikrofonen bei wichtigen Veranstaltungen zu sichern. Der Bedarf für digitale Systeme in Bezug auf das Spektrum ist also klar ersichtlich. Wie steht es jedoch um den Klang? Wie klingen digitale Systeme im Vergleich zu den analogen?

Digital oder Analog?

Die Diskussion darüber, was nun besser ist – digital oder analog – gestaltet sich schwierig. Während das Fazit bei den meisten Geräten eher zugunsten der digitalen Variante ausfällt (z.B. bei Mischpulten, beim Processing etc.), gestaltet sich das bei drahtlosen Mikrofonen schwieriger. Hier besteht der Hauptunterschied zwischen analog und digital darin, dass wir den HF-Träger modulieren. Die meisten analogen Drahtlossysteme verwenden Frequenzmodulation (FM) und obwohl sich diese Art der Übertragung als zuverlässig und erfolgreich herausgestellt hat, gibt es Einschränkungen. Sowohl der Übertragungsbereich, als auch die Dynamik sind durch die analoge FM eingeschränkt und externe Störungen können sich durch Knacken, Rauschen oder Artefakte bemerkbar machen. Digitale Systeme hingegen sind in der Lage, auch in problematischen Umgebungen eine zuverlässige Übertragung zu gewährleisten. Das bedeutet, dass wir selbst in hart umkämpften HF-Umgebungen ein klares Audiosignal bekommen.

Um einen hohen Dynamikumfang zu ermöglichen, verwenden analoge Systeme einen Vorgang, der sich Companding nennt. Dabei wird das Audiosignal im Sender komprimiert, um den limitierten Dynamikumfang von FM auszuschöpfen. Beim Empfänger wird dies dann wieder umgekehrt. Dieser Prozess, der bei professionellen analogen Systemen kaum hörbar ist, kann bei anderen Systemen zu Artefakten, wie einem "Pumpen" führen. Digitale Drahtlossysteme wandeln analoge in digitale Signale um, wobei der Träger in einzelne Abschnitte aufgespaltet wird (binäre Darstellung mit Nullen und Einsen). Da die Übertragung eines digitalen Audiosignals ohne Companding auskommt, ist es möglich, Audio ohne Kompressionsartefakte und mit einem absolut linearen Frequenzgang zu übertragen. Mit anderen Worten: Das digitale Audiosignal landet beim Empfänger, ohne beeinflusst zu werden.

Spektrumseffizienz und ein klares Audiosignal sind die Hauptvorteile bei digitalen Drahtlossystemen. Aber die Vorteile hören damit noch lange nicht auf. Die Nutzer von digitalen Funkstrecken profitieren zudem von einer längeren Batterielaufzeit oder auch von einem besseren Übertragungsschutz dank Verschlüsselung – gerade bei wichtigen Versammlungen oder im Corporate-Bereich ein entscheidender Aspekt.

Fazit

Die zahlreichen Vorteile der heutigen digitalen Drahtlostechnologie ermöglichen es dem Anwender, die Herausforderungen der modernen HF-Umgebungen zu meistern. Obwohl die analogen Systeme keine Latenz aufweisen, ist dieser kleine Minuspunkt, der bei den digitalen Shure Systemen weniger als drei Millisekunden ausmacht, nicht ausreichend, um mit den großen Vorteilen in Konkurrenz zu treten. Es ist nicht absehbar, dass sich die Frequenzsituation verbessern wird. Die mobile Kommunikation nimmt einen immer wichtigeren Stellenwert ein, Consumer nutzen immer mehr und häufiger mobile Endgeräte. Wir begegnen diesen schwierigen Bedingungen damit, dass wir nicht aufhören werden weiterhin spektrumseffiziente, digitale Drahtlossysteme zu entwickeln, die auch zukünftig eine zuverlässige Performance bieten.

Weitere Informationen zur Frequenzsituation in Deutschland

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Tuomo Tolonen

Tuomo is Pro Audio Group Manager at Shure UK. He has a great interest in all things RF and often is on-site at events to assist with RF co-ordination. In his spare time Tuomo still talks about RF and recently entered the Guinness Book of Records for talking about wireless for 72 hours straight.

Being from Finland but having lived in Germany, the U.S. and now the U.K. Tuomo is an Arsenal and Bayern Munich fan, and switches his support throughout the season. In addition he is German during world cups, Finnish during Winter Olympics, and English between June and September when the weather is good.

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