舒尔无线技术百科 | 声波与频谱

henry2009

随着各国政府纷纷抛售用于无线话筒和IEM的部分频谱，音频工程师越来越需要深入了解无线话筒和IEM系统设计与配置。因此，舒尔携手Entertainment Technology Asia推出12部分的系列刊物，涵盖射频工程理论和最佳实践。目的是为读者提供成功配置和操作无线系统所需的知识。
& {8 e; |5 M, N1 L3 y　　该系列刊物涵盖各种主题，例如射频波传播、天线类型和定位准则、信号分配技术、传输线理论、噪声源和降噪技术、IEM系统混音、模拟与数字无线系统、频谱管理和频率协调。在第一期文章中，我们首先介绍电磁波和电磁谱，以及为何要调制无线传输信号。
　　电磁波由两个振荡场组成，即电场和磁场。电磁波有两个重要特征。首先，电场波形和磁场波形之间不存在相移。其次，电场和磁场极化以及传播方向正交，即互成90°。此外，电磁波传播不需要介质。与声波不同的是，电磁波在真空中能够进行最有效地传播。

7 l& Y1 K9 R) l+ k! b　　电磁波
; b" z% V2 W- ?3 R3 ]2 ^　　电磁谱只是电磁波传播的频率范围。有关电磁谱的一个有趣的事实是，不同的频率范围通常容纳不同类型的信号，其用途往往也大相径庭。例如，AM无线电通常是介于550kHz到1640kHz的广播，而FM无线电通常在88MHz到108MHz的频率范围中运行。可见光只是429THz到750THz的电磁辐射。人眼能够察觉该频率范围内的电磁辐射，所以我们才能感知光和颜色。人类还能察觉红外线范围内仅次于可见光的频率范围，因此我们能感知热量。
3 o. R0 {7 P: O　　无线话筒和IEM运行最常用的频率范围是450MHz到698MHz的UHF频段、1.9GHz的DECT频段和2.4GHz频段，但不同地区对这些范围中可以合法使用的部分可能有特定限制。还有一些VHF或UHF频谱区间可以使用，如902MHz到928MHz，但操作这些频率的合法性也因地区而异。
  g& O% x/ {, ~　　每种范围内的操作都面临独特的挑战。450MHz到698Mhz的范围通常适合高通道数系统，或所需操作范围超过约30米的系统。挑战在于这个范围通常也用于地面移动无线通信、公共安全和电视广播，而它们的发射功率通常远远超过无线话筒和IEM系统。因此，无线话筒和IEM系统必须避开这些现有的服务，而这在可用频谱有限的地区成为一大挑战。
  X) m4 v$ P" f+ @. `) A7 p  W　　最近，2.4GHz频段吸引了一些无线话筒应用。此频段的潜在优势包括使用较小的天线，没有可导致其他干扰的高功率发射装置，无需授权即可在全球大部分地区使用，政府不施加带宽和调制限制。遗憾的是，除了ISM（工业、科研和医疗）用户，这些优势也已经吸引了相当数量的蓝牙和Wi-Fi设备流量。表面看来，2.4GHz频谱似乎很适合取代450MHz到698MHz的范围；在某些应用中确实如此。但在大多数国家/地区，450MHz到698MHz的范围是最大连续块谱，因此，尽管特殊2.4GHz调制方案在一定程度上可以降低干扰风险，450MHz到698MHz的范围仍是高通道数系统的最佳选择。

　　频谱
　　现在我们已经对无线话筒和IEM运行的常用频率有了基本了解，大部分音频工程师提出的第一个问题是：为什么需要将音频信号转换为高频射频信号，然后进行无线传输？
# V6 X/ q, ?- A8 K% h, e　　有两个同等重要的原因。首先，以原有频率20Hz到20kHz传输音频信号基本不可能，因为有效传播所需的天线可能长达几英里。第二，即使天线长短不是限制因素，以20Hz到20kHz的频率传输的射频也会被干扰破坏。如果使用高频载波进行无线传输，便可以设计更小的天线，有助于避免干扰。
　　“调制”一词指将基带信息叠加到高频信号的过程，以实现有效的无线传输。例如，在IEM系统中，发射装置接收音频输入信号，将该信号调制为高频载波，然后通过天线将该信号作为电磁波传播出去。腰包式接收装置则使用相反的过程；高频电磁波被接收天线检测到之后，进行解调，恢复原始的音频信号。
4 O  w8 h! G' F$ R1 D8 U　　模拟与数字调制方案种类众多。虽然本系列教程不会详细剖析任何特定的调制方案，但会概述每种方案的利弊。

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