Introduction à la technologie des liaisons audio numériques sans fil

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1 Introduction à la technologie des liaisons audio s sans fil

2 03 Pourquoi Sony a choisi de développer des systèmes de liaisons audio s sans fil 04 Système de transmission audio sans fil 04 Présentation 04 Emetteur 05 Récepteur 06 Technologies clés - CODEC audio 06 Présentation 06 Caractéristiques 07 Applications 08 Technologies clés - Modulateur et démodulateur 08 Présentation 08 Caractéristiques 10 Applications 11 L'avenir des systèmes de liaisons audio s sans fil

3 Résumé 03 Tout commence en 1974 quand Sony se lance dans la conception de microphones sans fil en développant un système VHF 40 MHz. En 1983, le géant japonais propose un système d'avant-garde avec la mise sur le marché d'un système VHF avec synthétiseur de fréquences PLL. Sony continue à élargir sa gamme de liaisons audio sans fil et, lors du salon NAB de 1991, dévoile une solution particulièrement innovante, le système de microphone sans fil avec synthétiseur d'ultra hautes fréquences (UHF) PLL 800 MHz. Dès le départ, Sony se place à la pointe de la technologie puisque l'entreprise développe le premier microphone sans fil UHF avec synthétiseur de fréquences PLL (282 canaux sélectionnables), ainsi que le système de réception «Space Diversity» pour une réception RF stable. Sony réussit également à réunir 42 canaux opérationnels dans une largeur de bande de 36 MHz. La gamme actuelle de microphones sans fil de Sony exploite ces technologies. Leurs performances audio sans concession, leur fiabilité et leur flexibilité font de ces systèmes des incontournables aux yeux des professionnels de l'audio, dans des domaines très variés, du broadcast à la production en passant par le théâtre, le divertissement et les conférences. Les systèmes de Sony sont conçus pour répondre aux exigences suivantes : > Performances audio de qualité avec une large plage dynamique > Transmission extrêmement stable > Fonctionnement simultané sur plusieurs canaux Les microphones sans fil de Sony ont optimisé le fonctionnement des systèmes audio professionnels. Parallèlement, la popularité grandissante des transmissions et des enregistrements audio s ainsi que la création de contenu Haute Définition (HD) réclamait que soient développés des systèmes de liaisons audio sans fil multicanaux à grande échelle pour un rendu sonore optimisé. En réponse à ces nouveaux besoins, Sony a conçu une technologie de transmission sans fil capable de rivaliser avec les transmissions câblées tout en permettant l'utilisation de plusieurs canaux. Depuis le lancement de son premier système audio sans fil, Sony conçoit des systèmes innovants, qui ouvrent de nouveaux horizons aux professionnels de l'audio. Notre objectif : rendre la connectivité sans fil compatible avec un grand nombre de liaisons audio.

4 04 Système de transmission audio sans fil VUE D'ENSEMBLE Le terme «système de transmission audio sans fil» fait référence aux méthodes employées pour gérer les signaux audio après les avoir convertis de l'analogique vers le à l'aide d'un convertisseur A/N. Au sein d'un système analogique sans fil classique, le compander (ou compresseur-extenseur) est l'élément central pour la transmission avec une large bande dynamique. Un compander réunit des circuits analogiques complexes qui définissent la qualité du son et les caractéristiques de la réponse. Toutefois, ce système analogique requiert une technologie avancée pour pouvoir obtenir des niveaux de performance constants. En effet, les circuits analogiques sont par définition affectés par les variations de leurs composants. A l'inverse, les transmetteurs audio s sans fil ne sont pas soumis à de telles fluctuations, puisqu'ils n'utilisent pas de système de compression-extension. En résumé, la transmission audio sans fil est idéale pour transmettre des signaux audio haute qualité sans les altérer. EMETTEUR L'émetteur du transmetteur sans fil numérise les entrées de signal analogique depuis les microphones et les mélangeurs, puis les transmet sans fil sous la forme d'un signal. Examinons maintenant de plus près le fonctionnement de l'émetteur. Le signal audio analogique est d'abord amplifié par l'amplificateur analogique puis numérisé par le convertisseur A/N. Le DSP réalise trois opérations : encodage (via le CODEC), cryptage du canal (via le codeur de canal) et génération de signal modulé (via le modulateur ). Dans le CODEC, les données des entrées audio numérisées par le convertisseur A/N sont compressées et converties en flux bas débit. Ensuite, le codeur de canal ajoute les données nécessaires (synchronisation, gestion des erreurs) à la transmission sans fil puis procède au cryptage. Après quoi, le modulateur génère un signal de modulation PI/4 QPSK rendant possible une transmission sans fil à partir du flux crypté. Ce signal de modulation est ensuite converti en signal analogique via le convertisseur N/A puis communiqué au bloc RF. Enfin, dans le bloc RF, l'onde porteuse modulée est amplifiée jusqu'à atteindre la puissance d'émission nécessaire. Elle est ensuite transmise au récepteur. Traitement Microphone Amplificateur A/N CODEC Codeur de canal 24 bits 48kHz Modulateur Bloc RF Mélangeur Modulation

5 05 RÉCEPTEUR A réception de l'onde porteuse modulée, le récepteur restitue le signal audio et l'envoie vers l'équipement audio (ex : mélangeur audio, amplificateur de puissance), soit sous forme, soit sous forme analogique. Voici les principales étapes du processus de réception : Dans le bloc RF, le signal reçu est numérisé par le convertisseur A/N. Le DSP réalise trois opérations, comme lors de la phase d'émission : démodulation (via le démodulateur ), décryptage du canal (via le décodeur de canal) et décodage (via le CODEC). A réception du signal RF numérisé par le convertisseur A/N, le démodulateur reproduit le flux crypté par l'émetteur. Le décodeur de canal procède alors à la synchronisation, au décryptage et à l'abstraction de données. Ensuite, le CODEC décompresse le signal audio bas débit dont les données avaient été compressées par l'émetteur. Il restitue ainsi le signal audio. Enfin, ce signal est communiqué à l'équipement audio, sous forme de signal audio analogique ou. Si l'équipement audio est équipé d'une interface de type AES/EBU, le récepteur peut transférer directement le signal. A l'inverse, si l'équipement audio fonctionne uniquement avec une interface analogique, le signal audio fait l'objet d'une reconversion N/A, est amplifié et transmis à l'équipement audio sous forme de signal analogique. Mélangeur Traitement Modulateur Codeur de canal CODEC N/A Amplificateur Bloc RF 24 bits 48 khz AES/EBU Caméscope

6 06 Technologies clés Le CODEC audio et le modulateur-démodulateur sont des technologies DSP essentielles, très employées dans le cadre de la transmission audio sans fil. Cette section explique le fonctionnement général de ces deux technologies. CODEC AUDIO VUE D'ENSEMBLE Dans les systèmes sans fil, les signaux audio doivent être transmis via une bande passante limitée. Par conséquent, l'une des principales préoccupations des concepteurs de micros sans fil a trait à la qualité des données audio transmises sur cette bande passante. De plus, les applications de microphones exigent une transmission audio à faible latence. Sony conçoit des systèmes de CODEC audio qui offrent une qualité de son inégalée. Ainsi, Sony a développé un système de transmission sans fil basé sur le CODEC de Sony, dont la basse latence permet d'obtenir une qualité de son sans compromis, même avec une bande passante limitée. Le CODEC audio de Sony réunit les trois caractéristiques suivantes : > Son de haute qualité sur 24-bits/48-kHz > Faible latence > Transmission sécurisée Le CODEC audio de Sony permet d'équilibrer le qualité sonore, le débit et la latence, tout en proposant les bits de redondance nécessaires à la transmission sans fil. CARACTERISTIQUES Qualité sonore sans concession Le CODEC audio a été spécialement conçu pour fournir un son de très grande qualité. Il y parvient grâce à l'amplitude de sa plage dynamique ainsi qu'à la rapidité de sa réponse en fréquence et de sa réponse transitoire - éléments indispensables pour les programmes de sonorisation (SR) et de broadcasting, où la qualité du son est critique. Les systèmes analogiques intègrent un compander, qui favorise la transmission sur une large plage dynamique. Toutefois, même si les performances de ces systèmes de compression-extension ont considérablement évolué, il ne s'agit pas du meilleur outil pour optimiser la rapidité de la réponse transitoire. Le CODEC audio de Sony a été développé pour accélérer la rapidité de la réponse transitoire et donc améliorer la qualité du son. Il exploite une fréquence d'échantillonnage 24 bits/48-khz et offre : > Une plage dynamique de plus de 106 db > Une réponse en fréquence allant de 20 Hz à 20 khz > Une réponse transitoire très rapide Les performances du CODEC audio de Sony en matière de réponse transitoire s'expliquent par la numérisation des signaux audio ; en effet, les circuits analogiques permettent difficilement d'atteindre ce niveau d'efficacité. Emetteur Réponse en fréquence AF RF A/N fe 24-bits/48-kHz Kbit/s CODEC Down Sampling et compression de bits 192 kb/s Codage canal Modulateur Réponse [db] Réponse dynamique 20 Hz to 20 khz Fréquence [khz] Récepteur RF AF Démodulateur Décodage canal 192 Kbit/s CODEC Up Sampling et compression de bits fe 24-bits/48-kHz Kbit/s N/A Système analogique Système Plage dynamique de plus de 106 db Réponse en fréquence allant de 20 Hz à 20 khz Très bonne réponse dynamique

7 Transmission audio à faible latence Le deuxième atout majeur du CODEC audio est sa faible latence. Dans un dispositif, le signal est souvent différé à cause des processus d'échantillonnage, de synchronisation et de calcul. Une latence faible est essentielle pour bien des applications, notamment les systèmes de liaison audio sans fil. La plupart des CODECS courants, par exemple le MPEG AAC, exigent plus de 20 ms rien que pour la phase de décodage. En revanche, le CODEC audio de Sony offre un temps de latence très faible (1,5 ms) pour l'encodage ou le décodage. Pour ce faire, il optimise le rapport entre les données redondantes nécessaires aux processus de transmission sans fil et de traitement du CODEC. Résultat : une latence totale extrêmement faible (3,6 ms) du convertisseur A/N de l'émetteur au convertisseur N/A du récepteur. Si l'on traduit cette latence en distance spatiale, on obtient seulement 1,2 m. Transmission audio à faible latence Emetteur Récepteur Temps de latence total (A/N vers N/A) : 3,6 msec. Transmission audio sécurisée Système analogique Signal audio FM modulé Risque que le signal soit intercepté par un récepteur externe 07 Système Transmission audio sécurisée La sécurité des transmissions audio est un autre élément essentiel. Au cours d'une transmission analogique sans fil, le signal audio transmis est susceptible d'être intercepté par le récepteur d'un système externe. Les signaux audio FM modulés peuvent être démodulés par n'importe quel récepteur. Toutefois, les systèmes audio s transmettent des données modulées et cryptées, ce qui limite le risque que le signal soit intercepté et garantit un excellent niveau de sécurité. 1.2 m Temps de latence du MPEG AAC : 20 à 350 msec. Signal audio modulé et crypté ment Données cryptées APPLICATIONS Ensemble, les systèmes de transmission sans fil et le CODEC audio permet de transmettre sans fil des signaux audio s vers de nombreuses applications. La transmission sans fil peut être exploitée par de nombreuses applications critiques exigeant un niveau de qualité que les systèmes analogiques ne permettent pas d'atteindre. La technologie de transmission audio sans fil de Sony vous donne les moyens de créer des connexions sans fil pour toutes sortes de périphériques audio, des microphones aux processeurs audio en passant par les haut-parleurs. La qualité fe 24-bits/48-kHz sur RF Scène Sans fil Système principal AES / EBU AES / EBU AES / EBU AES / EBU Processeur audio Haut-parleur et amplificateur de puissance Système de moniteur Processeur audio Haut-parleur et amplificateur de puissance Sans fil

8 08 Technologies clés MODULATEUR ET DEMODULATEUR NUMERIQUES VUE D'ENSEMBLE Le fonctionnement simultané sur plusieurs canaux et à grande échelle est une fonctionnalité clé des systèmes audio sans fil. En réponse à la demande exprimée par la clientèle, Sony a conçu un modem (modulateur/démodulateur) à puce unique qui rend possible ce type de transmission. Outre la technologie RF utilisée sur les systèmes de transmission sans fil analogiques, le système de transmission audio sans fil intègre un système de modulation moins vulnérable aux interférences d'ondes. La combinaison de ces deux technologies rend les transmissions sans fil simultanées particulièrement stables, même sur un grand nombre de canaux. Le tout nouveau modem de Sony à puce unique permet d'utiliser 16 canaux simultanément sur une bande passante de seulement 8 MHz. Grâce à son algorithme unique optimisé pour les applications de liaisons audio sans fil, ce circuit intégré sur puce unique est tellement miniaturisé qu'il peut s'intégrer à un processeur DSP de taille réduite pour périphérique portable. Emetteur Modulateur sur puce unique Signal modulé DONNEES Mappage Filtre Filtre I Q Modulation QPSK Récepteur Modulateur sur puce unique I RF Démodulateur Q Détecteur DONNEES CARACTERISTIQUES Optimisation du fonctionnement simultané sur plusieurs canaux La conception du système RF est très importante pour un fonctionnement multi canal optimal. Dans les systèmes sans fil à plusieurs canaux, l'intermodulation générée par l'amplificateur RF de l'émetteur ou du récepteur crée souvent des interférences entre les canaux sans fil. Le bloc RF du système analogique sans fil est conçu de façon à éliminer cette distorsion. Toutefois, il est impossible de limiter l'intermodulation, que ce soit au sein d'un système analogique ou, si le composant RF est formé de circuits analogiques. Spectre RF CH 1 CH 2 Les signaux d'intermodulation du troisième ordre se produiront entre 799 et 801 MHz CH1: MHz CH2: MHz CH 1 CH 2 CH 3 Signaux d'intermodulation du troisième ordre Le bruit d'intermodulation empêche l'allocation du canal sans fil CH 1 & 3 CH 2 & 3 CH 1 & 2

9 Technologies clés 09 Les systèmes analogiques exigent généralement un rapport (D/U) > 40 db Modulation FM CH 1 Utile Brouilleur Rapport D/U > 20 db Pas d'erreur Modulation CH 1 CH 2 CH 3 CH 4 Utile Brouilleur Spectre Spectre *rapport D/U = rapport signal utile/signal brouilleur On peut donc se poser la question suivante : en quoi les systèmes s sont-ils adaptés au fonctionnement multicanal? Le schéma ci-dessus montre que le rapport D/U (c'est-à-dire le rapport signal utile/signal brouilleur) correspond au rapport S/B (signal/bruit) du signal audio démodulé dans un système analogique. Plus le niveau de signal brouilleur est élevé, plus il y aura de bruit dans le signal modulé. En général, un système analogique exige un rapport D/U supérieur à 40 db. Le système sans fil de Sony ne génère pas d'erreur, puisqu'il fournit un rapport D/U supérieur à 20 db. Plus précisément, le signal audio ne subit aucune dégradation tant que le rapport D/U est de 20 db, même si le niveau de signal brouilleur est élevé. C'est la raison pour laquelle le système tolère bien mieux le signal brouilleur émis par le système de transmission analogique (supérieur à 40 db). Par conséquent, il est aussi moins sensible aux distorsions par intermodulation. Cette tolérance permet d'utiliser plusieurs canaux simultanément. Ci-dessous, la figure de gauche illustre l'allocation des canaux au sein d'un système analogique classique. Dans ce cas de figure, le processus d'allocation des canaux doit éviter les canaux inexploitables, c'est-à-dire ceux subissant des distorsions. En revanche, la figure de droite montre l'allocation des canaux au sein d'un système de modulation. L'impact du signal brouilleur est d'environ 20 db inférieur à celui affectant le système analogique. En associant un système de modulation à un circuit RF performant, même les canaux affectés par des distorsions par intermodulation deviennent exploitables. Autrement dit, il est possible d'allouer les canaux à espace égal sans avoir à se préoccuper de la distorsion par intermodulation. En Europe par exemple, cela signifie que le nombre de canaux exploitables simultanément est multiplié de 1,6 par rapport à un système analogique classique. Système de modulation FM Système de modulation Distorsion par intermodulation créée par des périphériques RP non linéaires. Ces canaux ne sont pas exploitables. Bande passante de 8 MHz (un canal TV) Ces canaux sont exploitables. Bande passante de 8 MHz (un canal TV)

10 10 Technologies clés MODULATEUR ET DEMODULATEUR NUMERIQUES/SUITE APPLICATIONS L'exemple suivant se penche sur le système de transmission multicanal utilisé par une émission de télé-réalité Française. Avec un système analogique, il est possible d'utiliser simultanément 10 canaux sur une bande passante TV. Par conséquent, la disponibilité d'un canal TV permet de configurer un système à 16 canaux. Avec un système, il est possible d'utiliser simultanément 16 canaux sur une bande passante TV, ce qui permet de configurer des systèmes plus importants à partir des canaux TV disponibles. Analogique TV69 3ch 2ch TTL 10 canaux Système à deux caméras 3ch 2ch Pas de distorsions par intermodulation Allocation spécifique de canaux 60% de canaux disponibles supplémentaires Numérique TV69 4ch 2ch TTL 16 canaux Système à trois caméras 3ch 2ch CH 1 CH 2 CH 3 CH 4 CH1 CH 2 CH 3 CH 4 3ch 2ch Intervalles réguliers Allocation simple de canaux

11 L'avenir des systèmes microphones s sans fil 11 Le système de transmission audio sans fil de Sony procure une qualité sonore sans concession et permet un fonctionnement multicanal à grande échelle. Cette innovation technologique s'applique aux microphones sans fil, mais également aux transmissions audio sans fil entre de nombreux systèmes audio professionnels. Cette technologie est capable de s'adapter aux futurs développements en matière de traitement DSP, de miniaturisation des composants ou de consommation d'énergie. En outre, ses fonctionnalités de multiplexage permettent de transmettre les signaux audio, mais aussi d'autres données métier utiles. En associant ces technologies avancées, Sony améliore la qualité des transmissions audio s sans fil et ouvre de nouveaux horizons aux professionnels de l'audio. La brochure Les liaisons audio sans fil est désormais disponible. Contactez votre équipe Sony pour en obtenir un exemplaire ou téléchargez la version PDF sur le site Les services Sony Les services de Sony : ils travaillent avec vous, ils travaillent pour vous. Parce que chaque entreprise et chaque défi est unique, nous offrons une gamme complète de services : conseil, planification, financement, implémentation, formation, service après-vente, maintenance et support technique. Choisissez le service adapté à vos besoins à tout moment et en tout point du globe. Sony Professional Services Bénéficiez de nos services de conception, d installation et de gestion de projet personnalisés pour vos systèmes audiovisuels et informatiques (AV/IT) et de notre savoir-faire basé sur plus de 25 ans d expérience dans le domaine de l intégration de systèmes. Sony Financial Services Disposez de solutions de financement innovantes et flexibles adaptées à votre budget et à vos besoins financiers pour équiper votre société des technologies les plus récentes. Sony Training Services Eventail de services de formation standard ou personnalisés s'étendant du fonctionnement de base jusqu'aux opérations de maintenance technique de haut niveau. Sony Support Services Support produits et systèmes complètement intégré et personnalisé tout au long de leur durée de vie, associant services techniques proactifs et réactifs. La disponibilité des services varie selon les pays. Si vous souhaitez en savoir plus sur nos produits, nos services et nos clients, consultez le site ou contactez votre équipe commerciale Sony.

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