Sennheiser D 9000

První digitální mikroport s nekomprimovaným přenosem zvuku na světě

V roce 1957 vytvořil prof. Fritz Sennheiser první bezdrátový mikrofon na profesionální úrovni vhodný pro televizní vysílání. Tuto světovou novinku nazval MIKROPORT. Vzhledem k všeo-becné oblibě a celosvětovém zájmu o tuto novinku a o další vylepšované modely se toto původně firemní označení stalo synonymem pro bezdrátové mikrofony obecně. Mikroport se vydal na vítězné tažení po všech hudebních pódiích, muzikálových divadlech a televizních studiích světa. Po pětapadesáti letech vývoje a výroby přichází Sennheiser opět jako první s další, zcela novou generací mikroportů. Sennheiser Digital 9000 je prvním mikroportem s digitálním přenosem signálu, který je, díky své špičkové technologické úrovní, schopen přenášet signál ve zcela nekomprimované podobě se vzorkovacím kmitočtem 96 kHz a hloubkou 24 bit.

Díky společnosti Panter, výhradnímu zastoupení Sennheiser pro Českou republiku a Slovensko, jsme měli možnost si nejen vyslechnout přednášku pana Ivana Kolomazníka, senior manager professional, v rámci odborného sympozia konaného v pražském hotelu Panorama, ale dokonce si nový mikroport osahat a vyzkoušet o den poz- ději během workshopu v prostorách firmy Panter. 

Mikroportový systém Sennheiser Digital 9000 byl oficiálně představen na letošním veletrhu IBC v Amsterdamu. Systém zahrnuje ruční mikrofony SKM 9000, bodypack (neboli kapesní vysílač) SK 9000, přijímač EM 9046 a aktivní antény A/AD 9000 s příslušenstvím. D 9000 je schopen přenášet nekomprimovaný audio signál z mikrofonů nebo hudebních nástrojů bez šumů a zkreslení s původní plnou dynamikou. Jeho další velkou výhodou je možnost umístit do podstatně užšího frekvenčního pásma větší množství zvukových kanálů než bylo dosud možné. To je dosaženo špičkovým řešením digitálního přenosu bez intermodulačních vad přenosu. Skříň EM 9046 je možno osadit až osmi přijímacími moduly a kaskádovitě propojovat až do 32 kanálů. Proto je určen pro muzikálová divadla, velké hudební projekty, především pro živá vystoupení s vysokou kvalitou zvuku, televizní společnosti a filmové produkce. Digital 9000 přináší zcela novou úroveň ve zvukovém bezdrátovém přenosu. Mimořádně spojuje dokonalou zvukovou kvalitu s bezchybným přenosem i v nejtěžších podmínkách zejména velkoměst, ve kterých jsou značné problémy při hledání volných frekvencí.

Spektrální analyzér na displeji EM 9046

Základní systém je vybaven dvěma přenosovými režimy schopnými vyhovět nejrůznějším prostředím. High Definition (HD) režim přenáší nekomprimovaný, audiofilně perfektní zvukový signál, stejně jako by bylo použito vysoce kvalitních mikrofonních kabelů. Alternativní režim Long Range (LR) byl vytvořen pro přenos signálu v mimořádně nepříznivých prostředích, v místech, kde se vyskytuje velké množství signálových zdrojů, které ruší příjem svými interferencemi. LR režim nabízí největší dosah díky speciálně vyvinutému Sennheiser digital audio kodeku. Jak nám vysvětlil pan Ivan Kolomazník, sofistikovaný kodek SeDAC (Sennheiser Digital Audio Codec) je vhodný do prostředí s velkým podílem VF rušení. V tomto prostředí zaručí maximální dosah vysílače při zachování vysoké kvality, protože SeDAC  zaručuje výrazně vyšší kvalitu signálu než analogové systémy. Právě možnost přepínat mezi těmito dvěma režimy dělá z Digital 9000 nejpřizpůsobivější digitální bezdrátový systém na světě, který je schopen se nejlépe adaptovat na všechny vysílací podmínky. 

Sennheiser Digital 9000 nabízí mnoho nových unikátních vlastností, například je intaktní vůči ostatním intermodulačním kmitočtům a je schopen dosahovat maximální linearity při přenosu z vysílače do antén a přijímačů. Přijímač EM 9046 navrhuje nejlepší přenosový režim pro konkrétní prostředí, ve kterém systém pracuje a zcela automaticky nastavuje či upravuje celý řetězec pro zamezení ztrát při přenosu včetně nastavení zisků antén, protože automaticky měří ztráty mezi přijímačem a zesilovačem. Optimální kontrolu garantuje velký displej se třemi režimy zobrazování. Systém umožňuje uložit a opakovaně využít až 10 různých nastavení. Jednotlivé kanály je možné monitorovat sluchátkovým výstupem zcela samostatně, nebo jakýkoli počet kanálů poslouchat ve vzájemné kombinaci. EM 9046 je možno osadit až osmi přijímacími moduly. Každý přijímač pracuje v celé šířce UHF pásma 470 – 798 MHz. Pro jednoduché začlenění do infrastruktury uživatele je možno skříň osadit symetrickými digitálními (AES3) i analogovými linkovými výstupy včetně konektorů Multicore 25 Sub-D. Pro vyhledávání volných kanálů je vhodné využít funkci grafického spektrálního analyzéru. Při výběru optimálního místa pro instalaci antén slouží RF Level Recorder, neboli záznam pokrytí určeného prostoru VF signálem. Přijímač také sám navrhne pro vybraný prostor vhodný přenosový režim (HD nebo LR). Anténní zesilovače mohou být řízeny z přijímače, což je užitečné u instalací vzdálených antén. Zvukové kanály jsou digitálně chráněny před neautorizovaným připojením a odposlechy.

Ruční mikrofon Sennheiser SKM 9000 je kompatibilní se všemi mikrofonními hlavami řady evolution wireless G3 a 2000 Series, včetně kapslí Neumann KK 204 a KK 205. To znamená, že zpěvák zvyklý na určitou barvu zvuku může bez problémů přejít na nový digitální systém a využít svůj oblíbený model mikrofonu. Mimo tuto možnost dostal SKM 9000 do vínku zcela nové hlavy, určené výhradně pro tuto řadu. Rock’n’rollový zvuk kardioidního MD 9235 může být zaměněn za transparentní zvuk tří alternativních polarizovaných kondenzátorových mikrofonních hlav: ME 9002 (omnipolární), ME 9004 (kardioidní) a ME 9005 (super- kardioidní). Kondenzátorové mikrofonní hlavy mají nízkou senzitivitu vhodnou pro současný zvukový projev a díky pružnému uložení kapsle v závěsu ve tvaru sněhové vločky i extrémně nízkou citlivost na dotykový hluk. 

Pohled do osazené skříně EM 9046

Drobný bodypack SK 9000 je mechanicky extrémně odolný, neboť jeho pouzdro je vyrobeno z lehké a pevné magnéziové slitiny. Vysílač může být použit s jakýmkoli klopovým nebo náhlavním mikrofonem s Lemo konektorem typu Sennheiser. Má vstup pro kytary a další hudební nástroje a také pro výstup ze zvukového pultu. Nabízí možnost volby tří různých emulací kytarových kabelů, aby byl zachován očekávaný kabelový kytarový zvuk. Systém pracuje s Li-Ion akumu- látorovými sadami, s přesnou indikací zbývající operační doby. SKM 9000 je osazen nabíjecími sadami BA 60 schopnými dodávat energii vysílači po dobu 5 a 1/2 hodiny. SK 9000 je osazen BA 61, s výdrží 6 a 1/2 hodiny. Provoz je možný také s vloženými bateriemi AA. Nabíječka L 60 nabije dvě sady BA 60 nebo BA 61 v jakékoli kombinaci. Nabití na 70 % trvá 1 hodinu a plné dobití 3 hodiny. Až čtyři nabíječky mohou být připojeny na jeden síťový zdroj, stav nabití akumulátorů je indikován tříbarevnými diodami LED.

Sečteno a podtrženo, Digital 9000 je vysoce sofistikovaný digitální mikroport, který využívá nejmodernější současné technologie. Společnost Sennheiser vyvinula během 67leté existence velké množství novátorských výrobků s jedinou myšlenkou - zajistit co nejvyšší kvalitu zvuku. Toto úsilí a hledání nových řešení vyjadřuje také současné heslo společnosti „The Pursuit of Perfect Sound“. 

Rozhovor s tvůrcem systému D 9000 - Gerritem Buhe

Hlavní konstruktér systému Digital 9000, vedoucí vývojového oddělení elektroniky a zpracování signálu ve společnosti Sennheiser, pan Gerrit Buhe, poskytl médiím tento rozhovor.

Pane Buhe, vývoj digitálních mikroportů D 9000 trval téměř 10 let. Když se ohlédnete zpět, co bylo nejobtížnější?
Náročné bylo celé zadání - vyvinout bezdrátový mikrofon s digitálním přenosem a vynikající zvukovou kvalitou znamená přiblížit se fyzikálním limitům, a když jsme se dostali na tuto hranici, složitost práce se znásobila. Pracovali jsme na obrovském množství nejrůznějších detailů a vyvíjeli mnoho dílčích řešení, abychom dosáhli vyšší kapacity přenosu dat, než je běžné.Naše analogové systémy jsou používány na představeních a koncertech, kdy je potřeba velké množství kanálů a digitální systém musel nabízet přinejmenším stejný počet! Museli jsme se pohybovat v UHF pásmu, protože to je v současné době jediná možnost pro velké multikanálové systémy. Mimoto pro schválení bezdrátového systému pro použití v UHF pásmu nesmí šířka kanálu překračovat určitou mez a to omezuje kapacitu přenosu. Navíc pro vysokokapacitní přenos je nezbytný velký odstup signál/šum. To jsou fyzikální zákony, které nemůžete obejít. Cílem bylo zajistit nejlepší možnou kapacitu přenosu, která ještě může být spolehlivě vysílána v pásmu UHF s výslednou ideální kvalitou zvuku a vysokou dynamikou. V první řadě jsme toho dosáhli přizpůsobením nejmodernějších a nejúčinnějších metod modulace pro naše potřeby. Dále jsme vyvinuli velké množství propracovaných řešení, abychom minimalizovali podíl ostatních dat mimo audio.

Myslíte si, že jste společně s vaším týmem vyvinuli ideální digitální bezdrátový mikrofon?
(Smích) Absolutně dokonalý digitální mikroport neexistuje – ale myslím, že jsme mu velmi blízko! Ale vážně, neexistuje věc jako ideální mikroport pro všechny požadavky, protože, jak jsem již zmínil, z důvodu fyzikálních limitů musí být digitální mikroport rozumným kompromisem, co se týká výdrže baterií, velikosti a hmotnosti i dosahu. Nicméně náš systém nabízí dva režimy a proto pokrývá většinu požadavků na bezdrátový systém. Ještě nikdy nebyl tak kvalitní zvuk přenášen bezdrátově v pásmu UHF – až systémem D 9000.

Hlavní konstruktér systému Digital 9000, vedoucí vývojového oddělení elektroniky a zpracování signálu ve společnosti Sennheiser, pan Gerrit Buhe

Jaké režimy vlastně systém nabízí?
HD – High Definition a LR – Long Range. HD režim poskytuje nekompromisní kvalitu zvuku bez jakékoliv komprese signálu – zvuk je stejně dokonalý, jako byste připojili mikrofon kvalitním kabelem. To otvírá možnosti pro nové využití bezdrátových mikrofonů. Například pro snímání špičkových jazzových koncertů se používaly pouze drátové mikrofony, protože systémy potlačení šumu analogových bezdrátových systémů se negativně projevovaly při přenosu tohoto druhu hudby. Digital 9000 nejenže nevyžaduje žádné šumové kompandéry, ale přenáší zvuk i bez jakékoliv komprese. Jedním slovem, na výstupu slyšíte to, co na vstupu. Žádný jiný výrobce se nepokusil nabídnout tak vysokou kvalitu, v tom jsme jedineční. LR režim je vlastně takový „pracant“ do obtížných poměrů. Nabízí vysokou odolnost v komplikovaných vysokofrekvenčních prostředích, ve kterých se nachází velké množství rušivých signálů. Tento režim používá náš vlastní kodek - Sennheiser Digital Audio Codec (SeDAC). Jsme na něj přirozeně pyšní, protože díky němu poskytujeme výjimečnou kvalitu zvuku.

Co je na tomto kodeku zvláštního?
Použitím kodeku SeDAC se LR režim stává odolnějším, než stávající špičkové analogové vysílače při zajištění lepší kvality signálu. Jako mnoho dílů celého systému D 9000 má SeDAC vlastní historii, která začala úplně normálně. Když jsme se nejprve ohlíželi po různých kodecích na trhu, zjistili jsme, že žádný z nich nesplňuje naše vysoké požadavky týkající se zpoždění, úrovně dynamiky, absence zvukových „artefaktů“ atd. Poté jsme začali intenzívně spolupracovat s vysokými školami a experty v tomto oboru, jako je například profesor Zölzer na Vysoké škole Helmuta Schmidta v Hamburku. Bohužel jsme v tomto bodě nedospěli k žádnému zásadnímu rozhodnutí, ale našli jsme důležitá řešení různých stránek projektu a současně jsme získali tolik zkušeností s kompresí zvukových dat, že jsme se rozhodli pokračovat a vyvinout kodek vlastní. A naše vytrvalost se vyplatila, kvalita SeDACu je velmi vysoká a zároveň zaručuje stabilní zpracování i pod vlivem chyb, což je nesmírně důležité pro digitální přenos, protože ten není k chybám tak shovívavý jako analogový. Abychom dosáhli této vlastnosti i u digitálního systému, vybavili jsme kodek speciální vlastností oprav chyb, která kombinuje naši metodu s metodou vyvinutou profesorem Zölzerem. Tato oprava chyb zaručuje, že audio signál je spolehlivě zachycen i na hranici pokrytí signálem. To dovoluje D 9000 pracovat lépe a delší dobu nežli ostatním systémům.

Co máte na mysli „shovívavostí“ analogového systému? A jak pracuje oprava chyb?
Jeden příklad pro přirozenou „shovívavost“ analogových systémů je to, jak se chovají při setkání s výpadkem ve VF poli. Takový náhlý pokles přijímaného signálu je způsoben všesměrovým šířením vln, což je jev, se kterým musíme počítat. V analogovém systému mají tyto výpadky za následek úměrné snížení poměru signál/šum, což z psychoakustických důvodů většinou nevadí. V digitálním systému je ale situace jiná, je nutné pomocí inteligentní diverzity a korekcí chyb zamezit výpadkům datového toku, o výpadcích audio signálu ani nemluvě. Co se týká vlastností opravného procesu, řekněme, že jsme převedli lidské chování do určitých algoritmů. V tomto systému existuje několik pevných a jeden proměnný prediktor (prediktory jsou ukazatele úspěšnosti a průběhu procesů). Tyto prediktory běží souběžně v jednom okamžiku a každý z nich předvídá, jak bude pravděpodobně vypadat další vzorek. Každý prediktor má přidělovány body za každou správ- nou odpověď, takže dojde-li k výpadku signálu vlivem interferenčního rušení, prediktor, který byl do té doby nejúspěšnější v předpovědích, opraví signál. Jedná se o výpadky kratší než jedna milisekunda. O delší výpadky signálu se stará jiný proces, který zkoumá, je-li oprava vůbec možná nebo je-li naopak lepší signál na okamžik umlčet. Všechny tyto kroky musí proběhnout bez zpoždění, což je speciální problém, se kterým jsme se potýkali.

Vedoucí vývojového oddělení elektroniky a zpracování signálu fy Sennheiser, pan Gerrit Buhe, při prezentaci digitálního mikroportu D 9000 v hotelu Maritim (Hannover)

D 9000 nepotřebuje složité výpočty frekvencí kvůli zamezení intermodulačního rušení. Proč je tomu tak?
D 9000 není pouze určitý milník ve vývoji mikroportů, ale také významné vylepšení bezdrátového přenosu jako takového. Celý systém je tak pečlivě navržen s ohledem na maximální linearitu na všech úrovních zpracování signálu, že silné intermodulační rušení, které běžně nastává mezi dvěma blízko umístěnými vysílači (mikrofony), je nyní minulostí. Jelikož D 9000 používá digitální modulaci, vysílací obvody musí pracovat lineárně, protože jinak by nebylo možné rozlišit mezi množstvím amplitud a fázových posunů, které se v každém okamžiku přenášejí. Tato linearita sice snižuje účinnost a proto i zkracuje provozní čas akumulátorů, ale na druhou stranu má, kromě neobyčejně nízkého zkreslení, výhodu v potlačení intermodulace. Navíc jsou ve vysílačích oddělovací propusti, které dovolí vysokofrekvenčnímu signálu procházet pouze ve směru vysílání, zatímco signál v opačném směru se považuje za nežádoucí a je eliminován.

Je v digitálu všechno jednodušší?
Raději bych řekl, že Digital je jedno z moderních slovíček, díky kterým se věci zdají jednodušší. To je ale ve skutečnosti dáno velkou komplexností vnitřních procesů. Jeden problém je například odolný přenos. Většinu běžných systémů, které se používají pro přenos dat, nemůžete použít pro mikrofonní signál, protože navyšují stávající zpoždění celého systému. Umělci, kteří se slyší z odposlechových monitorů, by neslyšeli ozvěnu, ale nepřijatelné zabarvení zvuku, které je způsobeno zpožděním signálu o více než 10 milisekund. Toto zabarvení je způsobeno chybějící fází u určitých kmitočtů (efekt hřebenového filtru) a je nesmírně rušivé.

Jak vlastně systém zajistí spolehlivý přenos a odolnost proti chybám, když nemohou být použity běžné metody?
Jedním z našich patentů je takzvané přizpůsobivé kódování VF kanálu podle důležitosti. Chceme dosáhnout ideální ochrany před chybovostí a současně chceme zajistit přenos co nejmenšího množství dat, protože jinak bychom přesáhli prostor určený pro audio signál. Přenášená data jsou tedy vyhodnocena a rozdělena do skupin. Mezi nimi jsou takzvaná „data nejnižší důležitosti“, u kterých má případná chyba minimální následky. Pro tyto znaky postačuje nízká úroveň ochrany proti chybám. Ta pak lineárně vzrůstá pro důležitější a více frekventovaná data. Čím více interferencí vytváří eventuální chyba, tím vyšší bude úroveň ochrany.

Chová se digitální přenosová linka jinak než analogová?
Po fyzikální stránce se jedná o stejné šíření vysokofrekvenčních vln, ale zatímco s analogovým systémem máme desetiletí praktických zkušeností, nemáme žádná teoretická data pro možnost modelování, která bychom mohli použít. Přitom pro mobilní komunikace takové údaje existují již dlouhou dobu. Jsou dostupné údaje, pomocí kterých si například nadefinuji šíření signálu v hornatém terénu při rychlosti 50 km/h. Pro náš způsob použití jsme ale museli nasbírat potřebná data. Takže jsme zkoumali a měřili různé haly, stadiony i další místa po celém světě, abychom například zjistili, jaký druh zkreslení se tam vyskytuje a jakým způsobem ho můžeme odstranit. Pak jsme toto šíření signálu namodelovali, abychom mohli optimalizovat algoritmy pře-nosových procesů. Některé z těchto algoritmů slouží k nastavení audio signálu nebo pro řízení diverzity.

Když už hovoříme o diverzitě, přijímač EM 9046 pracuje s „True-Bit Diversity“. Jak se liší od „True Diversity“ známé z analogových systémů?
V bezdrátovém přenosu se objevuje zejména úplný výpadek signálu, což je důsledek všesměrového šíření vln, jinými slovy následek odrazů od zdí, předmětů a konstrukcí. Z toho důvodu používáme dvě antény a dvě celé přijímací sekce s úplnou demodulací až na bitovou úroveň. Kromě toho přijímač vyhodnocuje spolehlivost každého demodulovaného bitu. Zatímco standardní diverzitní systémy pouze zkoumají sílu přijímaného signálu, D 9000 kontroluje kvalitu každého bitu a kombinuje bity z obou sekcí současně s vyhodnocením jejich použitelnosti. Výhodou tohoto rozpoznání a opravy chyb je možnost rekonstrukce více chybových dat. Proto jsme do naší diverzitní metody vložili mnoho úsilí a naše zaměření na všechny detaily přenosu vytvořilo systém, který skutečně posunuje digitální bezdrátový přenos výrazně kupředu.

Děkujeme za rozhovor.