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El mundo del RF (I)

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Presentamos algunos tips necesarios para tener en cuenta dentro de un canal de TV y cómo todos los micrófonos, apuntadores (sistemas de monitoreo), intercoms entre otros, deben funcionar adecuadamente.

Juan Moreno*

Para nadie es un secreto que la tecnología cada vez está avanzando más y más a pasos agigantados, la implementación de nuevos sistemas de transmisión análogos o digitales y la facilidad en la que hoy en día podemos adquirir un sistema inalámbrico, ha generado un despertar en los ingenieros de sonido enfocados en RF. Adicional a esto, el espectro de radio electromagnético se ha convertido en un desafío, debido a que el mundo profesional o aficionado desea tener menos cables durante sus transmisiones.

Las nuevas tecnologías de televisión digital han empeorado el panorama, dejando dentro del espectro de radio, áreas muy mínimas para operar nuestros sistemas inalámbricos o In Ears. Es por esto, que no podemos pensar que con solo encender nuestro sistema vamos a operar sin ningún tipo de interferencia o interacción con otros sistemas inalámbricos, TV digital o análoga que se encuentren en el ambiente espectral.

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El objetivo de este artículo es proveer los tips necesarios que debemos tener en cuenta dentro de un canal de tv y como todos nuestros micrófonos, apuntadores (sistemas de monitoreo), intercoms entre otros, deben funcionar adecuadamente, para esto usaremos algunos principios similares que se aplican para el manejo de ondas de audio, sin embargo, será necesario ver algunos conceptos de radio frecuencias para entender el funcionamiento de estos.

1. Reconocimiento y evaluación del lugar de trabajo
Sin importar la marca de la herramienta o software que se esté utilizando para realizar un escaneo de frecuencias, debemos empezar realizando una medición sin que nada este encendido (algunos fabricantes de sistemas inalámbricos permiten apagar la transmisión RF mientras el sistema sigue encendido) Sennheiser es uno de ellos, Luces-Pantallas-Micrófonos-In Ears-Intercoms ...etc.

Tener un panorama del espectro electromagnético en el lugar me permitirá ubicar las frecuencias (portadoras) que están en el ambiente y marcarlas mediante un nombre que me permita identificarlas durante el evento. El objetivo de este scan previo al Show me permitirá asignar frecuencias para mis sistemas sin que se presenten interferencias. Un aspecto que debemos tener en cuenta a la hora de hacer una coordinación de frecuencias es identificar los canales de televisión análoga y digital, teniendo más importancia este último ya que su ancho de banda ocupa el total de los 6MHz de ancho de banda y cambian en cantidad y ubicación según el país donde nos encontremos.

2. Inventario
Debido a la alta congestión dentro del espectro y aún más con la aparición de los canales digitales de televisión, es necesario ubicar y nombrar dentro de nuestro Scan (paso numero 1) los sistemas que vamos a utilizar en el servicio, diferenciando estos, de canales de televisión análoga, Intercoms, emisoras de radio, luces, pantallas led…etc., mediante colores, nombres, zonas y tipo de equipo. Es por esto que cada fabricante ha desarrollado un modo específico de reconocimiento que le permitirá saber el rango de frecuencias o ancho de banda donde estos operan. En ciertos softwares como el WSM será necesario tener la siguiente información con el objetivo de que nuestro analizador identifique las frecuencias que más nos convienen:
a. Fabricante (Sennheiser)
b. Referencia del equipo EJ. EW 300 G4-A …ETC
c. Rango de operación o Ancho de Banda EJ. A 470-558 MHz

Esta última información está plasmada de diferentes formas según la marca que estemos utilizando, en algunos será una letra o en otros una letra seguido de un número el cual encontraran en la parte posterior del receptor o transmisor (en el caso de un In Ear); ej. Sennheiser A, B, G…ETC. Por otra parte, brindar esta información a un software nos permitirá asegurar una transmisión y asignación de frecuencias única en cada equipo además de evitar efectos secundarios como aquellas intermodulaciones que se puedan presentar por interacción entre antenas de transmisión, tema que es muy importante a la hora de comprar un equipo o de instalar las antenas dentro de un evento el cual va a contar con una buena cantidad de sistemas inalámbricos.

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3. Antenas
Para saber qué tipo de antena hemos de utilizar, es necesario explicar los diferentes tipos de antenas, y cuál es la ubicación e instalación correcta según el sentido de su polarización, direccionalidad y ganancia.

Las antenas son de importancia fundamental para operar los sistemas inalámbricos, ya que constituyen la interfaz entre la radiación de alta frecuencia en un cable y el espacio que nos rodea. Las antenas permiten que las altas frecuencias de los circuitos se transmitan de manera controlada y luego que se recuperen en un cable que las lleva al receptor. Son estructuras tridimensionales con dos polos que conducen la electricidad. Por esta razón también se les llama dipolos. Los cables de RF tienen una impedancia de aproximadamente 50 ohm, mientras que el aire que nos rodea tiene una impedancia de 377 ohm (un físico puede calcular esto con detalle). Las antenas se usan para igualar la impedancia de la misma forma que, por ejemplo, una bocina se usa para igualar la impedancia entre el aire y el diafragma de un altavoz. Un altavoz es mucho más eficiente con una bocina unida a él.

Por otra parte, Las antenas pueden ser clasificadas por el tipo de patrón polar (direccional u omnidireccional) y también pueden ser clasificadas como activas o pasivas.

A la hora de un Show, los parámetros inicialmente mencionados serán fundamentales e indispensables para la correcta ubicación de las antenas. El patrón polar nos ayudara a focalizar el RF de tal manera, que en el caso del In Ear, no estemos ensuciando el espectro expidiendo señal de RF para todos partes, caso similar con los micrófonos inalámbricos los cuales deberán tener antenas que solo capturen la información deseada rechazando todo lo que no queramos captar.

Es por esto por lo que los fabricantes recomiendan tener una distancia prudente entre antenas de transmisión y de recepción de mínimo 3 metros, para evitar que ellas interactúen entre sí o tener una distancia de ½ onda o una onda completa entre antenas de ½ onda las cuales vienen con los receptores inalámbricos. A continuación, mostraremos algunas recomendaciones sobre el buen uso de antenas y su debida posición.

Como nota importante, debes saber que entre más antenas uses, peor se va a comportar el RF por lo que es mejor tener distribuidores para (Micrófonos) o combinadores para (In Ears), evitando al máximo que se presenten interacciones entre antenas de trasmisión las cuales pueden producir un efecto llamado intermodulación o (amplitudes de frecuencias no deseadas), caso diferente en las antenas de recepción debido a que la cercanía o proximidad podría afectar el patrón polar de captación generando algo llamado filtro de peine.

Por esta razón recomendamos invertir en sistemas que sean digitales los cuales no son tan propensos a presentar productos de intermodulación sin embargo esto no es 100% seguro (consulte con el fabricante) en el caso de Sennheiser los sistemas sistema EW-D, D6000, o la serie top de Sennheiser D9000 operaran sin problemas y sin la necesidad de bajar la potencia de transmisión, en conclusión, Son sistemas muy lineales.

Un aspecto importante a tener en cuenta es la ganancia de la antena y el tamaño de la misma. Para entender este aspecto se debe aclarar que el tamaño de la antena y la longitud de onda son directamente proporcionales, cuanto mayor sea la longitud de onda, mayor será el tamaño de la antena, y cuanto menor sea la longitud de onda menor será el tamaño de la antena.

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Existe una gran variedad de antenas con diferentes formas. Sus dimensiones dependen de la longitud de onda de la transmisión de RF. La forma más simple de antena es un pedazo de cable coaxial que ha sido dividido en dos con la cubierta protectora a la derecha y el hilo de cobre a la izquierda. Básicamente una antena/dipolo no es nada más que un capacitor abierto de un circuito resonante en serie, el cual es el circuito básico de todo transmisor/receptor. Si la longitud del hilo expuesto y la cubierta protectora corresponden aproximadamente a 2 x ¼ de la longitud de onda de RF, entonces podrá funcionar. Sin embargo, existen otras antenas que nos brindaran una mayor ganancia como el tipo Yagi, Log Periodic o de polarización circular, estas antenas brindaran una ganancia de 7 a 14 dBi mayor en comparación con las de ½ onda o ¼ de onda, ofreciendo una mayor cobertura y por ende distancia en escenarios gigantes.

Las antenas pueden enviar y recibir, incluso al mismo tiempo. Por supuesto que una antena hecha a mano como la que acabamos de describir no cumple con los requisitos de un uso regular, pero en caso de emergencia puede ser de gran ayuda. Incluso un alambre pequeño, como el de un clip colocado en el contacto de en medio de un conector BNC, ofrece características considerablemente mejores que no tener ninguna antena. Es por eso que los ingenieros han creado antenas que son eléctricamente confiables y mecánicamente robustas.

Ten en cuenta que las antenas según la información anterior pueden, operar como transmisoras o como antenas receptoras, sin embargo, solo las pasivas lograran trabajar trasmitiendo señal o recibiendo, en cambio las activas solo funcionaran como antenas receptoras.

Por otra parte, la altura a la hora de instalar las antenas es un punto importante. La distancia efectiva de una conexión inalámbrica depende de varios factores. El más importante es la línea de visión entre el transmisor y el receptor. Con una línea de visión clara y condiciones favorables es posible establecer una conexión de hasta 1 kilómetro en potencias de transmisión de 250mwts, pero si la transmisión entre el transmisor y el receptor está obstaculizada, por ejemplo, por una multitud, puede llegar a ser un problema tratar de transmitir incluso a 10 metros de distancia.

Después de décadas de experiencia, existen algunas reglas y recomendaciones sobre cómo colocar y usar los transmisores. Por ejemplo, una recomendación práctica es mantener la humedad fuera del micrófono, la antena de transmisión y el armazón del transmisor. El peor de los casos es el contacto directo de la antena de transmisión con la piel, con el que la pérdida de potencia efectiva radiada puede llegar a ser del 99%.

Por último, evita tener cables largos y de 75 Ω (típicos en MADI o video SDI) que generen una pérdida significativa en la señal que estás enviando o recibiendo, en caso de utilizar cables con una pérdida de más de 5 dB para la mayoría de los fabricantes es relevante, por lo que deberás insertar un Booster para levantar la señal y recuperar los dB perdidos.

Finalmente, vale la pena señalar que no hay requisitos de simetría en el sistema de antena. Siéntase libre de mezclar y combinar cualquier tipo de antenas para lograr la cobertura adecuada. Las longitudes de los cables de antena en los lados A y B de un receptor Diversity tampoco tienen que coincidir. Se trata de mantener la mínima pérdida.

4. Distribución de antenas
Para comenzar recordemos que instalar un sistema multiroom, requiere de varias etapas y elementos como: Cables BNC, Boosters, Distribuidores de antena, Combinadores de Antena, Antenas y una configuración del equipo en cuanto a potencias de transmisión y materiales de construcción siendo este último en la mayoría de las veces, no modificable.

Como primer paso, debemos tener un reconocimiento del lugar y si es posible un plot que nos permita ver las distancias entre cada uno de los espacios. Tener un estimado de estas distancias nos permitirá saber la cantidad de cable de antena de (50 Ohm) que requerimos y por ende la perdida que este mismo cable tendrá según el fabricante, grosor del cable, si es un cable de un solo filamento o es un cable trenzado y la frecuencia a la cual vamos a operar nuestros sistemas inalámbricos. Recordemos que a mayor frecuencia de operación mayor será la perdida cuando la información viaje por el cable

Hay dos tipos generales de combinadores de antena disponibles: pasivo o activo. La división pasiva de la antena se realiza con dispositivos en línea simples que proporcionan una adaptación de impedancia de RF para una pérdida mínima. Aun así, una sola división pasiva da como resultado una pérdida de aproximadamente 3 dB, lo que puede traducirse en una pérdida de distancia.

Para permitir la combinación de señales de antena y superar la pérdida de combinadores pasivos, se utilizan combinadores de antena activa.

Utilizar un combinador de antena el cual es usado comúnmente para In Ears nos permitirá evitar una pérdida de 3dB por cada spliter (hay que recordar que para una instalación de 4 ambientes serán necesarios 6 Spliters pasivos lo que se traduce en una pérdida de más o menos 18dB). A continuación, les mostraremos como podemos evitar esto y la importancia de utilizar combinadores de antena activos.

Ahora la pregunta será, ¿cuál debe ser mi preocupación a la hora de utilizar combinadores de antena para realizar distribución de antena para varios ambientes? Su única preocupación será compensar la pérdida que se obtiene con cables largos los cuales no superen la perdida de los 5dB. Para esto la utilización de antenas activas o la utilización de Boosters será de gran importancia a la hora de compensar pérdidas en los cables BNC. asegúrese de que los requisitos básicos de la antena estén cubiertos.

En resumen, al decidir dónde colocar las antenas, no se trata de "¿a qué distancia puedo alejar mis antenas?", Sino "¿qué tipo de cable debo usar?" Con la combinación correcta de cable y amplificadores, puedes llegar hasta allí. Simplemente agregue o reste las variables que se muestran aquí, teniendo en cuenta que debe intentar mantener la pérdida total en menos de 5 dB.

Formula de ganancia del sistema de antena: (Ganancia de la antena) + (Ganancia total del amplificador / amplificador) - (pérdida del cable) - (pérdida del Split)

Por otra parte, Algunos receptores vienen equipados con BNC en cascada incorporadas para las antenas, lo que elimina la necesidad de las distribuciones externas de antena. Por lo general, todos los receptores en cascada deben estar en el mismo rango de frecuencia, y hay un número finito de receptores que se pueden conectar en cascada. Consulte con los manuales de cada equipo Sennheiser para estas limitaciones.

Para los equipos digitales más nuevos como el D6000 use en cascada 8 sistemas y en el sistema digital D9000, use solo 4 niveles a través de sus conectores BNC.

Tenga en cuenta los siguientes tips y pruebas que debe realizar una vez terminada la instalación incluyendo todo lo anteriormente mencionado:
Una vez finalizada la instalación y la debida cobertura de antena, el usuario deberá dirigirse al primer recinto y encender el micrófono con las antenas de ese recinto desconectadas, la idea es poder visualizar mediante un software de medición llamado WSM que exista la menor cantidad de señal captada por las otras antenas las cuales están instaladas en los salones vecinos. Para esto es importante configurar una potencia de transmisión adecuada para el perímetro donde se va a utilizar. En otras palabras, en el mejor de los casos sólo dos terceras partes de la potencia producida por el transmisor son irradiadas por la antena. Así pues, desde un transmisor de 30 miliwatts sólo se irradia un máximo de 20 miliwatts. Este valor es conocido como potencia efectiva radiada (ERP, por sus siglas en inglés).

Después repetiremos este mismo paso en todos los salones (las antenas del salón donde este el micrófono deben estar desconectadas solo para hacer las pruebas, posterior a las pruebas debemos revisar que todo esté funcionando y conectado tanto en las antenas como en los receptores).

Tener un receptor recibiendo x cantidad de veces la misma información puede ser un problema por aquellas señales que están en diferente fase dando como resultado un fenómeno llamado Drop Out causado por interferencia multivia, por ejemplo, sin embargo, los sistemas True Diversity garantizan que este tipo de fenómenos no afecten el desempeño del sistema.

Tenga en cuenta que el amplificador siempre debe estar en el extremo de la antena del cable, no en el extremo del receptor donde lo que estaríamos amplificando es el ruido de piso. Es posible que algunas antenas direccionales ya tengan un amplificador integrado. ¡Nuevamente, tenga cuidado de no amplificar demasiado la señal!

Otra de las soluciones es usar múltiples receptores y antenas sintonizadas a la frecuencia de un solo transmisor. Las salidas de audio de los receptores se pueden combinar en un mezclador para permitir la captación continua de la señal desde múltiples ubicaciones. Sin embargo, debe emplearse algún tipo de control de nivel de audio ya que el nivel de audio de tal sistema aumentará en 6dB cada vez que se duplique el número de receptores activos. Es decir, si el transmisor es captado por dos receptores al mismo tiempo, el nivel de audio general será más alto en 6dB que cuando solo un receptor lo detecte. Los mezcladores automáticos pueden controlar este efecto.

• RF sobre fibra es una posible solución cuando que es costosa, pero necesaria cuando:
• Para instalaciones donde la distancia entre las antenas y los receptores causaría una pérdida inaceptable
• Para largos cables coaxiales de más de 200 m (650 pies)
• Cuando se requiere ganancia excesiva para compensar la pérdida del cable
• Planificación cuidadosa y ejecución (no plug and play)

*Juan Moreno es Business Communications Sales Manager de Sennheiser para Colombia, Ecuador y Perú. Puede contactarlo a través de juan.moreno@sennheiser.com

Richard Santa, RAVT
Author: Richard Santa, RAVT
Editor
Periodista de la Universidad de Antioquia (2010), con experiencia en temas sobre tecnología y economía. Editor de las revistas TVyVideo+Radio y AVI Latinoamérica. Coordinador académico de TecnoTelevisión&Radio.

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