Die Zukunft ist digital

Tuomo Tolonen | December 31, 2018

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.

Tuomo Tolonen

Tuomo ist Pro Audio Group Manager bei Shure UK und interessiert sich für alles, was mit HF-Technik zu tun hat. Bei Veranstaltungen ist er oft vor Ort dabei, um die HF-Koordinierung zu unterstützen. Auch in seiner Freizeit redet Tuomo gern über HF-Technik. Vor Kurzem hat er es sogar zu einem Eintrag ins Guinness-Buch der Rekorde geschafft, indem er 72 Stunden am Stück über Drahtlostechnologie sprach. Tuomo stammt aus Finnland und lebt nach Stationen in Deutschland und den USA nun im Vereinigten Königreich. Er ist Fan von Arsenal und Bayern-München mit im Saisonverlauf wechselnden Loyalitäten. Bei Fußballweltmeisterschaften ist er Deutscher, bei Olympischen Winterspielen Finne und bei brauchbarem Wetter von Juni bis September Engländer.