三個無線音頻的重要概念

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概念一 ： 信噪比

信噪比（SNR）是指目標信號的振幅與周圍噪音水平或競爭信號的振幅之比。

在音頻信號鏈中，如麥克風和放大器，信噪比測量被用於許多系統和組件中。

在這裡，我們談論的是無線麥克風或IEM發射器的射頻信號的振幅相對於接收器前端（天線輸入）測量時周圍射頻噪音的振幅的信噪比。

在無線系統中，無線射頻噪音是實際上來自系統外部的（儘管，正如您將看到的，有很多方法可以改變系統對外部因素的感知方式）。 無線射頻噪音是在特定位置和特定頻寬內信號和雜散的無線波的平均水平，它們共同形成了一個射頻能量的“地板”。 噪音地板與有用信號（您的信號）的振幅之間的差異（無論您如何進行測量，例如dBm、mW等）即為信噪比。

在實際場景中，計算實際的比率很少對音視頻專業人士有所幫助。

真正重要的是充分利用每一個機會，確保您的接收器所看到的信噪比，也就是您的信號與周圍信號和噪音之間的比率，盡可能大。

信噪比是無線音頻中最重要的概念，毫無疑問。

表面上看，信噪比似乎是一個簡單的概念。從概念上講，它確實如此。

即使您之前沒有遇到過信噪比的概念，您可能也能根據它的名字猜出一些內容。

但僅僅對信噪比有一個基本的概念理解並不足以真正提升您的無線音頻。

為了創造有意義的改變，您必須徹底了解信噪比，以及不同的技術和方法如何改變信噪比。

SNR and the Capture Effect

在討論無線麥克風的情況下，不能忽視討論FM捕獲效應，因為幾乎所有無線麥克風都使用頻率調制（FM）來在空中傳輸音頻。

在任何給定的頻率上，無線麥克風接收器和其他FM收音機總是會接收並解調（解調=將RF轉換回音頻）最強的無線波，即使它恰好是噪音或您不需要的信號。RF工程師將此稱為“捕獲效應”。

當您在長途汽車旅行中收聽廣播電台時，您可以聽到捕獲效應。一個電台的接收信號不是逐漸變弱，而是突然間失去接收。接收器會突然從一個電台的音樂切換到另一個電台，或者兩個電台之間會快速切換。這與振幅調制（AM）接收器形成對比，AM接收器將信號疊加在一起，導致同時可以聽到兩個信號。

捕獲效應在感興趣信號和競爭FM信號之間的差異非常小的情況下發生。

這種差異取決於接收器的類型和質量，但一般而言，兩個信號之間需要3-4 dB的差距，接收器才能解調其中一個信號而不是另一個信號。有時，製造商除了敏感度和信噪比規格之外，還會公布一個“捕獲比”（capture ratio）的規格。

關於信噪比和捕獲效應的要點是：在競爭的FM信號豐富的區域，FM接收器的表現要么通過，要么失敗，而不是強或弱，因為感興趣的信號要麼被聽到，要麼丟失，當接收器鎖定一個信號時，或者一些競爭發射器的能量洩漏到解調過程中（引起靜音），隨著信號振幅之間的比例變化。僅僅幾dB的差異，也就是稍微好一些的信噪比，可能是接收或干擾之間的差別。

信噪比和反平方定律

距離對信號強度的影響比直覺想象的更大。當無線電波從發射源（發射器）向外傳播時，它們以非線性的方式失去強度。無線電波的強度隨著距離的增加遵循反平方定律，該定律指出強度與距離的平方成反比。

通俗地講，這意味著如果您將距離加倍，接收到的信號強度將減少四分之一。

反之亦然：如果將距離減半，接收到的功率將增加四倍。

因此，雖然您不總是能夠將接收器放置在想要的位置那麼近，

但僅僅將距離縮短幾英尺可能會產生截然不同的效果，

因為反平方關係和捕獲效應共同作用下的信噪比改善。

在距離為25英尺處，接收到的功率為-27 dBm，即1600納瓦特（nanowatts），比以下情況強四倍：

在距離為50英尺處，接收到的功率為400納瓦特，比以下情況強四倍：

在距離為100英尺處，接收到的功率為100納瓦特。

SNR and the Physical Layer

信噪比是無線音頻中最重要的概念，因為正向改變信噪比對信號質量的改善效果最明顯，而且它是最終用戶可以最多控制的變量。

在其他因素相同的情況下，從來沒有一種情況下低信噪比提供比高信噪比更好的性能。從來沒有。

然而，儘管它的重要性，由於大多數"噪音"部分的無線信噪比通常存在於電氣音頻和射頻系統之外，改變信噪比是必須的，實際上只能通過操作網絡工程師所稱的"物理層"來完成。

"物理層"這個術語來自網絡架構的OSI模型。它通常用於描述原始信息位從計算機網絡中的一個地方傳輸到另一個地方的方式和材料。

在無線音頻中，存在一個類似的物理層，其中包括移動電子和構成音頻和射頻信號的電磁波的硬件組件，以及對數字位的處理。

類比調製器、發射和接收天線、同軸電纜和濾波器都是物理層組件的示例，它們負責處理重要的工作，而固件、軟件和集成電路中的邏輯負責"理解"在物理層中找到的內容並將其轉化為人類可以理解的信息。

物理層處理信號，更高層處理數據。當信號（無論是類比還是數字調製的）變成數據流時，物理層信號轉換為更高級的符號數據。無線麥克風，即使是數字麥克風，也非常重度使用物理層。實際上，類比無線麥克風幾乎都是物理層，除了用於控制信號流經物理層的一些集成電路外。

無線頻譜本身可以被視為物理層基礎設施中的一個變量。

目前，沒有軟件程序、固件更新或魔法按鈕可以在最重要的地方（天線輸入）改善無線麥克風的信噪比。

尤其是在使用類比系統時更是如此。

軟件和固件只能觀察、分析和轉換在物理層中找到的內容為符號。這並不是說這些工具沒有用處或複雜性。數字信號處理（DSP）現在是每個無線音頻信號鏈中的重要階段。DSP可以通過應用算法來分離、提取或清理從天線、調製前或調製後進入的周圍環境噪聲，從而在音頻質量上取得神奇的改善，並壓制與射頻相關的噪聲。

但是，DSP和其他固件和軟件嘗試解決射頻問題的方法只能使用它們所獲得的信息。DSP能夠通過應用算法來改善音頻質量，將信號與通過天線、調製前或調製後進入的周圍環境噪聲分離、提取或清理，但它實際上無法改變天線從頻譜中獲取的噪聲和信號之間的初始比例。

事實上，如果您使用物理層來降低外部射頻噪聲的振幅，並提高您的信號的振幅（例如，通過移動天線），許多這些更高層的技術將變得不再必要。由於它們涉及物理層，改善射頻信噪比的技術易於理解，而且在系統操作人員的控制範圍內。調整或添加物理層組件以改善環境噪聲和目標信號之間的信噪比不僅可能，而且相對簡單，而重新編程無線音頻系統上運行的軟件或固件則不可行。

配置物理層組件以改善信噪比的方法如下：

1.縮短發射器和接收器之間的距離

改善接收的最有效方法就是將接收器移近發射器。是的，最有效的方法就是簡單地將接收器靠近發射器。通過縮小接收器和發射器之間的距離，可以解決大部分由干擾信號引起的無線問題，這是由距離與接收功率（以及反比平方定律）之間的關係所決定的。從理論上講，您可以完全消除所有干擾信號。要完全消除干擾信號，您需要將接收器靠近發射器多近，這取決於該區域的無線擁塞程度以及其他一些因素。

2.使用高增益天線

下一節將詳細討論天線增益。簡而言之，當作為接收天線使用時，高增益天線可以通過將射頻能量集中在一個特定區域，增加接收到的信號強度，從接收器的角度來看，相對於區域內其他信號，您的信號的強度增加了。當作為發射天線使用時，高增益天線可以投射出更狹窄和更強烈的射頻能量束，具有類似的效果。

3.使用高品質、低損耗、未損壞的同軸電纜遠端天線。

同軸電纜通過中心導體將高頻信號傳輸，在一個被稱為屏蔽層的金屬編織或固體金屬薄管之間進行。中心導體和屏蔽層之間的絕緣材料使兩個導體之間不會接觸。整個組件周圍還放置了一個額外的（通常是黑色塑料）護套。屏蔽層可以阻止外來的射頻干擾干擾到電纜內部的信號，但也可以用於其他用途，如電氣接地、遠程供電或發送其他信號。由於屏蔽層和導體的形狀和狀態都很重要，小的缺陷可能會導致信號質量顯著降低。

4.阻止或減少噪音和競爭訊號.

大多數人已經在進行這樣的操作：建築物會減弱來自外部的信號和干擾。通過在物理結構（特別是金屬結構）內操作無線麥克風，您可以避免大量的環境射頻干擾進入場所，這樣可以降低干擾噪音並提高接收器的信號與噪音比。 還有很多方法可以通過使用局部場天線來限制接收器的視野。

5.放置遠端天線時使用最佳實務

遠程天線放置在下一節中詳細討論。

6. 增加發射器功率

這種技術也存在一些限制，因為FCC規定了發射功率。未經許可的用戶不能超過50毫瓦的發射功率，而持牌（第74部分）用戶的功率限制為250毫瓦。 這應該作為最後的手段使用。將多個發射器的功率增加可能會引起比您試圖避免的干擾更多的干擾，並且增加發射器功率也受到反平方定律的限制：將發射器功率加倍只會大約使範圍增加1.4倍。 大多數專業級系統都包含某種功能，允許用戶決定通過其發射器推送多少功率。如果信號強度成為問題，請查閱您的使用手冊，了解您是否有提升功率的能力。

概念二：天線增益

天線增益的定義

天線增益是對天線在物理空間中收集或投射電磁能量的方式進行數學描述。

這裡所謂的「增益」並不意味著對射頻信號的實際放大。它僅僅是對定向天線從其最敏感的方向輸出與同一位置的全向天線輸出進行比較。

增益有時被非正式地稱為「覆蓋範圍」，但增益不僅僅是一個覆蓋範圍。天線增益的正式定義是天線效能加上直射性，以分貝為單位進行測量。

天線效能是指給定天線能夠將多少電能轉換為電磁能量（無線電波），或者反之，天線能夠將多少電磁能量轉換為電能。

天線的直射性類似於覆蓋範圍：直射性是天線對來自不同方向的射頻能量的敏感性。可以將每個天線想像為在各個方向上延伸到不同程度的獨特虛擬形狀。低增益的天線在所有方向上（球形地）以大致相同的敏感度接收（如果是接收天線）或推送（如果是發射天線）無線電波。

高增益的天線在一個方向上以高敏感度接收或推送射頻，而在其他大多數方向上敏感度較低，通常是錐形的（定向天線的情況）或扁平圓環形的（高增益全向天線的情況）。

閱讀極座標圖

許多聲音專業人士熟悉來自麥克風規格表的極座標圖。這些圖表展示了麥克風對來自不同方向的相同聲音的反應。

天線可以以完全相同的方式進行測量，但圖表代表的是天線對來自不同方向的相同強度和頻率的射頻輻射的反應。

當我們在實驗室中收集接收天線的極座標圖數據時，我們將天線固定在一個帶有360度旋轉標記的轉盤上。

我們將一個恆定的無線能源放在天線前的一個點上，然後將轉盤旋轉一度，重複360次，在每個點記錄天線在該位置接收到的射頻能量的數量。

然後，我們根據數據點進行縮放和繪製一個形狀，外輪廓的每一個點代表天線在轉盤的某一旋轉點上的反應。

因為天線能夠塑造和集中從發射器到接收器之間傳播的射頻能量場，所以它們是影響信噪比最有力的方式之一。

使用高增益天線指向接收器的發射器，並且接收器也配備了高增益天線，將增強信號並降低噪聲，因為當天線彼此指向時，就像望遠鏡對準望遠鏡一樣。

在無線音頻應用中，用於麥克風或IEM的手持式或腰帶發射器通常只配備了一個高增益天線，要麼是發射天線，要麼是接收天線。

雖然演員可能使用帶有“全向”天線的發射器，但是人體可能會阻擋一部分信號，特別是在UHF頻段。在安裝發射器和定位接收天線時，請牢記這一點。

如果使用兩個低增益天線，一個用於發射，一個用於接收，接收天線只會將發射器的信號與它們從各個方向收集的背景輻射噪聲一起散射地看到。

如果干擾源具有已知的物理來源，例如LED牆、競爭舞台（如音樂節）或壞的斷路器，可以將高增益定向天線放置在這樣一個位置，將表演者置於天線的覆蓋區內，而干擾源位於外部或“偏軸”位置，有效地通過減弱干擾源並增強表面信號強度來增加信噪比。

與直覺相反，低增益天線也可以用於增加信噪比，這是由於反比平方定律。如果您可以讓低增益天線非常靠近信號源，接收器看到的從天線附近的發射器到達的信號將會比較強，而來自更遠處的競爭信號和噪聲將會相對較低。

我們設計了Spotlight天線，以此概念為基礎。Spotlight具有獨特的覆蓋範圍，即半球形，並且增益非常低。它安裝在一個扁平的7毫米圓盤上，實際上放置在舞台下方或靠近表演者的地面下。這種方式下，它傾向於接收正上方的信號，同時減弱遠處地平線上到達的競爭信號。

在我們與紐約市公共劇院合作的2015年長期上演的中央公園莎士比亞戲劇系列中，我們得到了Spotlight效益的視覺展示。在中央公園一個露天劇場中，我們安裝了兩個Spotlight在舞台下方，與同時使用的Helical天線相比，大大增加了可用通道的數量，使附近的數位電視發射器噪聲從完全不可用的狀態轉變為噪聲底。

Higher Gain Antennas Create Narrower Beams of Coverage

高增益天線的一個取捨是，增益越高，覆蓋範圍的波束就越窄。這通常是一個好事情，但並非總是如此。

例如，CP Beam的增益為9 dBd，形成一個43°的波束寬度。如果將天線放置在與舞台上的麥克風或腰帶發射器相距很遠的位置（例如在前置聲音台），這種窄波束寬度正是您想要的。它通過將射頻能量聚焦到該波束中，提供了增加的範圍和接收能力。它還能強烈拒絕落在波束之外的信號，使您能夠將螺旋天線和其他高增益天線策略性地放置在干擾源（例如LED牆）的對面，並指向感興趣的信號。

然而，如果將高增益天線放置在使用或佩戴無線麥克風或腰帶發射器的表演者附近，表演者可能會移出天線的覆蓋範圍，導致信號中斷。

在設置系統時，應考慮天線的覆蓋範圍和（如果指定）波束寬度，以確保天線提供足夠的覆蓋範圍以適應給定空間中表演者的移動。

An Omnidirectional Antenna with High Antenna Gain is Impossible to Construct

市場上有許多聲稱能改善接收效果並提供全向覆蓋範圍的全向天線。

也就是說，它們承諾他們的天線將均等地增加信號強度，因此在所有方向上增加範圍。這些天線通常是安裝在外殼中的半波或四分之一波雙極天線，可以進行遠程放置，但在其他方面與接收器附帶的標準雙極天線沒有什麼不同。

有時，這些天線會與集成放大器結合在一起，被宣傳為“高增益全向天線”。這樣的語言是具有誤導性的，因為正如我們所了解的，根據正確的天線增益的數學定義，球形全向天線必須具有低方向增益。

您可以擁有一個構造精良且電氣效率高的全向天線，其具有全向性的模式可能會增加範圍，但它不是通過方向增益增加範圍，而是在於它能夠從環境中收集更大比例的射頻能量。

例如，半波雙極天線（這通常是這些附件全向天線使用的天線）可能會比一些接收器上用作低成本標準天線的四分之一波天線收集更多能量。

您可以擁有一個高增益天線，在水平或垂直平面上的某個角度（仰角）上更強烈地輻射，而在其他角度上則較弱。有時將其稱為“高增益全向天線”，在這裡使用該術語更加合適；其覆蓋區域就像是水平的煎餅或輪子，而不是全向球形，因此確實提供了沿著一個水平平面的“全向”覆蓋。

儘管如此，許多人希望兼顧兩者的優點。他們希望一個既能增加範圍，又能讓表演者隨意移動的天線。

Diversity Fin天線（雖然不是單個天線）通過在同一塊板上結合兩個天線元素以及多樣性接收器，能夠有效地提供定向和全向覆蓋。

天線增益的常規計量單位是分貝（dB）。

分貝數越高，覆蓋範圍的束狀更集中且更窄。

增益為0 dB的天線表示在所有方向上以相同程度接收射頻能量（即各向同性天線，實際上無法實現——即使是全向雙極天線，也存在敏感度弱點）。

增益為9 dB的天線表示在某個方向上接收到更多的射頻能量，而在其他方向上接收較少。

在天線的上下文中，分貝與電氣放大和聲音波音量的分貝不是相同的概念。

大多數音頻設備使用增益一詞來表示對信號的幅度變化或與最大放大功率的偏差。

不要混淆相同測量單位的兩個不同含義。

天線增益的正式定義是天線效率加上直向性。

這與天線傳輸功率完全不同，天線傳輸功率以瓦特為單位，指的是發射天線的輸入功率幅度。

許多人錯誤地將射頻功率和天線增益混為一談。它們是兩個不同的概念。

天線增益確實產生放大作用，因為它將接收到的信號實際強度集中起來，但增加天線增益並不意味著您正在增加原始信號的實際功率。射頻功率由發射設備控制。除非您持有FCC的第74部分許可證，否則您的發射器功率限制為50毫瓦，因此在50毫瓦以上，信號無法以有意義的方式變得“更強大”。[續於第10頁]

市場上有一些被行銷為「主動式」天線的預放大天線。這些裝置並不增加天線增益，也不增加傳輸功率，它們只是增強長而有損耗的馈线上的電信號。如果信號較弱且噪音水平較低，一些預放大可以很有用。然而，如果噪音水平較高（這更常見），則預放大器也會放大噪音。這可能在某些情況下導致接收器過載。如果使用不當，預放大器可能會引入不需要的噪音到系統中，使接收器前端過載，並增加互調產物。

通常情況下，我們不建議在一般情況下使用有源天線，因為需要管理增益結構以避免不需要的副作用。

天線增益必須被理解為物理層信號鏈中的眾多環節之一。

在發射和接收應用中，天線增益顯著影響信號的有效振幅，但它僅僅是影響信號的眾多物理層元件之一。

放大器、電纜和連接器也會影響「有效」電磁功率的輻射或接收，即接收器能夠從空氣中恢復的功率量。

你可能知道你的天線增益、發射功率，以及你使用的同軸電纜的長度以及每英尺的損耗，但如果你想知道實際傳輸或接收的能量量，你應該知道如何計算有效輻射功率（ERP）。

ERP實際上非常簡單。它是發射機的輸出功率加上天線增益，減去在發射機和天線之間的電纜傳輸和連接器損耗。

發射機內的電路和放大器將信號推到一定的水平，輸出到連接器。如果你使用的是50 mW的IEM發射機，並且沒有連接天線，輸出功率大約為50 mW。

所有同軸電纜都會衰減（減弱）信號。衰減的程度取決於1）發射頻率，2）使用的同軸電纜類型，和3）電纜的長度。所有這些變數都是可預測的。連接器的損耗應該是最小的，但總會存在一些損耗。

要麽將接收器與天線一起移動，並延長音頻輸出電纜以覆蓋距離，要麽使用低損耗的同軸電纜，如RG-8X。

重要提示：並非所有同軸電纜都適用於連接天線。天線電纜的阻抗為50歐姆-使用75歐姆的視頻電纜，即使它們具有相同的BNC連接器，也會引起增加的衰減和內部信號反射，從而降低信噪比。

此外，雖然將接收天線靠近可以增強其接收到的射頻信號，但通過長同軸電纜將信號傳送回接收器時，當使用非常長的長度和/或低質量的同軸電纜時，可能會比空氣傳播時的反比平方定律衰減更多。

天線可以被視為透鏡，將來自發射機的能量聚焦到一個狹窄的範圍內，隨著其向外傳播，它的有效輻射功率增強。

高增益天線就像望遠鏡鏡頭一樣，它們增加了有效輻射功率。低增益天線就像普通鏡頭一樣，幾乎不會增加有效輻射功率。

天線對有效輻射功率的影響可能非常顯著。

例如，如果你將一個9 dBd CP Beam天線直接插入50 mW的IEM發射機的輸出端口，有效輻射功率將轉化為以RF集中束的形式在天線處輻射的390 mW功率。

在470-698 MHz的UHF廣播頻段，無許可和許可（第74部分）用戶被允許將合理增益的天線連接到他們的發射機上。

只要天線輸入處的功率不超過50 mW（無許可）/250 mW（許可），對ERP的發射限制就沒有明確的規定。

然而，黃金法則始終是保護許可用戶或者對於74許可證持有者，保護電視台。

如果您使用某種配置對已許可服務造成干擾，那麽責任在於您。

在2.4 GHz頻段，輸出功率限制為1瓦，ERP限制為4瓦。這意味著您在將高增益天線連接到2.4 GHz發射機時需要小心。

概念三：電磁頻譜和頻譜管理

我們在之前關於信噪比的討論中提到的“信號”是由一種稱為電磁輻射的振蕩能量組成。

為了簡單起見，讓我們將電磁輻射描述為能量模式，通過空間中的重覆和自我傳播而擴散出去。

電磁輻射可以在非常廣泛的頻率範圍內振蕩。

“頻率”表示電磁能量模式在一秒鐘內重覆的次數。與機械聲波（另一種振蕩能量形式）一樣，單位是赫茲。1赫茲的電磁波在一秒鐘後回到原始相位。500赫茲的電磁波在一秒鐘內振蕩500次。電磁輻射的頻率可以非常低，也可以非常高，或者介於兩者之間。

所有這些輻射頻率，統稱為電磁譜。

電磁輻射的特性根據頻率而異。光是一種電磁輻射，X射線和γ射線也是如此。事實上，它們差異很大，低頻輻射（如無線電波）的物理行為與高頻輻射（如光）的行為是不同的。

傳統上，所謂的“無線電”頻譜是電磁譜的一部分，可以調制以傳輸信息。雖然任何電磁波都可以進行調制，但無線電調制是將電流中的信號（而不是數據）轉化為攜帶信息的無線電波的過程。

過去，將無線電頻譜從更大的電磁譜中分離出來要容易得多，因為調制受到原始模擬發射機和接收機的技術限制以及它們的振蕩器能夠生成的原始頻率的限制。甚至在戰前時期......[續於第13頁]...

以百萬次振蕩/每秒的MHz範圍內運行的無線電在那個時候是難以想象的高頻，因此當時的無線電頻譜要小得多。

隨著技術的進步，越來越多的電磁譜被開發成為信息傳輸的媒介。我們每天都使用在千兆赫範圍（GHz，每秒十億次振蕩）內運行的無線電。例如，WiFi通常使用2.4到2.5 GHz的頻譜。科學家們正在努力開發能夠在太赫茲範圍（每秒萬億次振蕩/THz）內高效傳輸信息的技術，盡管這些技術尚未進入大眾市場。

因此，我們對ITU關於無線電頻譜的定義有了一個有用但暫時的界定，即在8.3 kHz到3000 GHz之間。

無線麥克風工作在這個龐大無比的無線電頻譜中的非常小的部分。

大多數無線音頻設備在400-800 MHz之間運行，具體取決於所在國家的操作頻率。還有一些在其他頻段工作的無線音頻設備，如900 MHz，2.4 GHz和5.8 GHz。

大多數無線音頻設備選擇工作在UHF（300-3000 MHz）頻段的原因是這些頻率的無線電波傳播特性好、天線特性好，再加上政府的監管、市場力量和機遇等因素的綜合影響。

從物理學的角度來說，並沒有硬性的“真實”規則來禁止無線麥克風利用300 MHz以上或3000 MHz以下的頻率，並且獲得同樣好的音質。實際上，我們近年來看到了介紹了低至72 MHz和高至5.8 GHz頻率設備的新技術。我們應該期待未來的設備利用遠高於和低於當前標準的UHF廣播頻段的頻率範圍。

頻率的振蕩次數、波長和時間之間存在重要的關系。

由於所有形式的電磁輻射在真空中以光速傳播，我們有一個方便的數學常數來衡量和量化電磁能量的特性。

任何給定的頻率都會對應一個波長，反之亦然，因為無論電磁輻射的頻率如何，它們都以相同的速度（單位時間內的距離）通過真空傳播，即光速。

由於光在真空中的速度約為每秒300,000,000米（我們忽略了電磁波在其他介質中的速度變化），我們可以從頻率推導出任何頻率的波長，也可以從波長推導出任何波長的頻率。對於百萬次振蕩/每秒的MHz範圍，這給我們提供了一個方便的公式。

波長λ（單位：米）= 300 / 頻率（單位：MHz）

例如，如果我們知道發射機信號的頻率為550 MHz，那麽我們也知道該信號的波長。在這里，波長是300除以550，即0.5454米

如果我們只知道波長，並且想要找到頻率，我們可以重新排列公式。

頻率（單位：MHz）= 300 / 0.5454 米

這樣我們得到大約550 MHz的頻率。

了解電磁波的基本特性和行為對於無線音頻操作員來說是重要的，原因有很多。

不同的頻率具有不同的傳播特性。一般來說，頻率越低，在相同的傳輸能量下，它能傳播的距離越遠，而且更容易穿過墻壁等物體。

相同能量下，波長較短的高頻通常在空氣中傳播的距離較短，並且更難穿透物體。

高頻信號在同等長度的同軸電纜中的衰減程度也比低頻信號要大得多。在購買系統時應考慮到這些差異。

選擇UHF（約470-800 MHz）作為頻率範圍的實際成本原因也很重要。如上所計算，以550 MHz頻率工作的無線麥克風發射機的完整波長為0.54米，約等於21英寸。

一個良好的天線通常具有一個維度等於波長的全波、半波或四分之一波的諧波維度。在UHF頻率上，1/4波長偶極天線的最長尺寸為5-7英寸，而1/2波長天線約為一英尺長。

與使用低頻的設備相比，UHF發射機和接收機內的模擬元件也更緊湊，制造成本更低。

以216 MHz頻率運行的VHF系統的完整波長為55英寸！

這意味著1/4波長的標準偶極天線長度超過13英寸，而1/2波長的天線長度為28英寸。

大多數情況下，使用次UHF頻率的設備具有更龐大的天線和配件，成本也更高。

相比之下，2.4 GHz設備可以以相對較低的成本制造，因為2.4 GHz的芯片和元件在數據行業中非常普遍，並且用於良好性能所需的天線和物理層組件更小：2.4 GHz的1/2波長偶極天線只有2.5英寸！

Spectrum Regulation

與其他形式的音視頻通信不同，無線通信的獨特之處在於其信號傳輸的媒介是公共的，以缺乏更好的詞來形容。 無線電波在物理空間中擴散。它不安全地限制在電纜中，也不被鎖定在硬盤中。無線電波穿過您可能與之有或沒有關聯的其他私人和公共空間。這些無線電波不是孤立的或惰性的，它們與其他地方的射頻設備進行交互。有時，這些交互是好的。其他時候，它們是不好的。如果它們是不好的，我們通常將這些交互稱為“幹擾”。 在一個時間、一個位置，只能有一個信號占用一個頻率。（從技術上講，並不存在“一個”頻率，因為電磁輻射存在於一個無限變化的頻譜上，但由發射器生成的信號確實具有帶寬，即信號在頻譜上占用的頻率範圍或總RF頻譜“足跡”。） 由於無線電波是一種在其源頭周圍產生能量場的動態媒介，而信號使用帶寬，因此頻譜是有限的。也就是說，在給定的區域內，頻譜可能被過度使用或擁擠。如果有太多的無線電發射器在一個區域內生成太多的信號，超過了頻譜的容量，無線電將開始相互幹擾，並且頻譜的有用性將對所有人而言都會降低。 基於這些獨特屬性，許多人認為頻譜是一種公共自然資源。起初很難將電磁輻射視為類似地下水或林木的自然資源，因為它不是可以看到或觸摸到的東西，但它確實像資源一樣有用，而且是有限的。它可以被人類過度使用而暫時耗盡，就像地下水和森林一樣，它在物理世界中是“自然”的，而不是人類創造的。 一個不同但相關的類比是將電磁頻譜視為公共事業，就像道路或供水系統一樣，它們是人類設計的，但同樣可以被過度使用。

這就引出了監管問題。作為一種自然資源，頻譜必須進行管理以避免過度使用。關於如何管理頻譜並沒有明確的共識。學界對頻譜管理政策進行了數十年的討論。這個學科結合了經濟學、法律學和工程學，旨在討論在最公平和高效的方式下分配頻譜的最佳模型。了解一點關於這些理論的知識有助於我們理解為什麽我們擁有現有的規則，以及我們如何以及為什麽應該遵守它們，或者推動改變它們。

雖然在使用無線麥克風和其他音頻設備時，聯邦政府似乎離我們很遠，但頻譜規定對無線音頻用戶具有廣泛的好處和後果。它們規定了我們可以使用的頻率、使用的位置、傳輸功率、ERP、載波信號特性以及許多其他重要限制。

目前，在大多數發達國家，頻譜的管理正在以驚人的速度進行重大變革。新技術，尤其是來自移動革命的蜂窩網絡和數據技術，都需要頻譜。恰好無線麥克風目前使用的頻譜（UHF頻段）對智能手機和無線麥克風以及UHF電視台都具有許多相同的好處。

多數國家，在美國、英國和瑞典（瑞典是無線技術巨頭愛立信的總部所在地，你可能想知道為什麽他們被列入名單）的帶領下，已經決定，盡管存在爭議，如果將無線音頻設備和地面電視台目前使用的頻率分配給移動和寬帶用途，將更好地服務社會。

發達國家正在大規模、持續地努力，將UHF頻譜從廣播、無線音頻和其他一些用途中重新配置為受私營部門蜂窩網絡和數據運營商管制的頻譜。在美國，我們在2008年經歷了這一轉變的鐵腕手段，當時700MHz頻段被拍賣給移動運營商，無線麥克風和廣播公司被迅速驅逐出該頻段。

2016年，首次推出的激勵拍賣將開始清理600MHz頻段的無線音頻設備和電視台，以便讓位給移動運營商。未來的重新分配幾乎是不可避免的。

無論個人對這些政府監管的感受如何，這些感受都不會阻止未來的重新分配。該行業為了盡可能長時間地保留盡可能多的UHF頻譜進行了激烈的鬥爭，但勝算並不在我們這邊，我們應該盡早準備在新的和舊的頻率範圍內采用更新、更高效的無線電技術。移動連接的時代及其貪婪的頻譜需求不會摧毀無線音頻，但它會使其變得不同。

Wireless Audio and Spectrum Efficiency

今天，大多數無線麥克風使用模擬寬帶FM調制來以無線形式傳輸音頻。這句話中有很多需要解釋的內容。

“模擬”調制是指無線電波的頻率或振幅會根據輸入的電信號的變化而直接改變。波形沒有單一的數值，而是處於不斷變化的狀態。

“FM”代表“頻率調制”。在模擬FM系統中，射頻載波的頻率會根據音頻波的幅度和頻率變化而變化。

“寬帶”一詞的含義因人而異。電氣工程師可能會談論一種稱為“調制指數”的東西，但在本文中，我們的行業通常使用“寬帶”來指代對FM發射機施加的帶寬限制。在美國，聯邦通信委員會（FCC）規定無線音頻設備的射頻載波偏離中心頻率的範圍不能超過100 kHz，總允許帶寬為200 kHz，盡管實際上，制造良好的發射機可能使用的帶寬少於200 kHz。

相比之下，兩路通信和公共安全無線電行業在2013年被要求升級到使用只占用12.5 kHz的“窄帶”發射機。最終，FCC希望雙向無線電消耗更少的帶寬，即6.25 kHz。

兩路通信行業能夠適應這些新的要求，因為它們的應用要求與無線音頻完全不同。

我們需要的音頻質量絕對不能低於卓越。通過無線傳輸高保真音頻本質上是一種占用頻譜的方式，目前似乎沒有一種經濟有效的解決方法可以讓無線音頻設備提供低於約150 kHz的音質，不管是模擬調制還是數字調制。根據信息理論的規律，數字無線麥克風要傳輸高質量的音頻，需要與模擬麥克風一樣多的頻譜。

但是有一個問題。在模擬FM中，調制還會產生無用的邊帶。當同一區域使用多個模擬系統時，載波與相鄰設備相互作用，產生交叉調制或互調產品，通常稱為“互調幹擾”（IMD），這需要相鄰信號相互之間有足夠的間隔。

IMD是在非線性設備（如其他發射機和接收機的某些階段）中，信號的載波頻率混合在一起而產生的有問題的傳輸產品。無論是模擬還是數字發射機和接收機的RF級別，兩個或更多的信號相互作用會產生互調幹擾。在給定區域使用的信號越多，產生的互調頻率就越多，這些頻率沒有實際用途，只是不必要地占用頻譜。過濾器的質量和數量、使用的設備類型以及其他因素都會影響實際中互調幹擾的嚴重程度和數量。雖然無法完全消除互調幹擾，但可以使用軟件程序準確預測不會出現互調產物的頻率。

由於模擬FM具有明顯的邊帶，它需要在載波之間留更多的空間，以使多個信號能夠和平共存，並且需要更謹慎的計算以確保避免互調幹擾。

由於數字調制不產生明顯的邊帶，並且不會受到互調幹擾的影響，因此與模擬FM相比，它們的頻率可以更緊密地均勻分布。

接收器設計決定了頻譜效率，就像發射機設計一樣。現代接收器表現得相當不錯，但並非完美。它們會允許稍高或稍低頻率的波進入前端，有時會導致幹擾。它們還通過將較低頻率與信號混合來將RF頻率轉換為音頻頻率，以產生中頻。這個過程會產生額外的副產品，限制了信道密度。

因此，在對頻譜效率很重要的情況下，模擬FM的缺點超過了它的優點，對於大多數應用來說，現代數字無線系統的性能已經完全足夠了。

Introduction to Frequency Coordination

即使數字調制已經可用，並且其他技術正在湧現，但它們尚未完全到來。大多數系統仍然是模擬的。在使用模擬系統時，你無法消除互調幹擾。

任何使用超過兩個無線頻道的制作或設施都應該執行一種稱為“頻率協調”的過程，以優化調諧頻率的可靠性。正確進行頻率協調可以顯著減少丟包和聽得見的幹擾的數量和嚴重程度。

我們收到的很多問題最終都是頻率協調的問題。

相鄰的模擬發射機將始終產生互調幹擾產品，這是不可避免的。

然而，頻率協調提供了一種預測互調幹擾產物在頻譜中出現的位置的方法，從而可以調諧發射機，使得你的中心頻率不會落在任何互調幹擾上。

通過協調，互調幹擾仍然存在，但你調諧的位置卻沒有互調幹擾。

你添加的頻道越多，互調幹擾的覆雜性就會增加。

談論互調幹擾遠不如展示來得直觀。

上一頁的圖像是我們在戰爭模擬中進行的視頻截圖，它改進了軟件輔助頻率協調的過程。

中間的兩個峰代表了我們的兩個載波頻率，來自發射機A和發射機B。發射機A調諧到555 MHz，B調諧到556 MHz。在我們兩個載波的兩側，我們可以看到奇次互調幹擾產品的帶狀區域。

我們預期在兩倍的基頻A減去基頻B處會有一個三次互調幹擾產品，即： 2A - B 另一個在： 2B - A 如果你觀察掃描圖，你會看到，由於我們的兩個基頻在555 MHz和556 MHz，我們的三次互調幹擾產品分別在554 MHz和557 MHz。

三次和有時五次互調幹擾是最麻煩的，因為它們包含最多的能量，並且由於它們遠離原始載波而發生。實際上，還有其他頻率的互調幹擾產物，它們在兩個混合信號的兩側無限延伸，但它們可能太微弱而不具有實際意義，或者距離我們的載波太遠而不值得關注。

在傳輸機靠得很近時，三次和五次互調幹擾可能低於噪聲水平，這也是為什麽那些使用大量頻道而沒有進行協調的不良行為者有時可以在演出中或許多演出中幸免於互調幹擾的原因之一。

遲早，命運將會追上這些人。

現在你可能已經意識到，當使用三個或更多的發射機時，由於互調幹擾產物可以混合形成更多的互調幹擾，找到不包含互調幹擾產品的頻率變得非常具有挑戰性。

手動計算找到開放的、不受互調幹擾的頻率是完全不現實的。我們需要軟件的幫助，利用現代計算機的快速處理速度來為我們進行計算。

最常見的頻率協調程序包括Professional Wireless的Intermodulation Analysis System（IAS）、Shure的Wireless Workbench（WWB）、Nuts about Nets的Clear Waves和Sennheiser的Wireless Systems Manager（WSM）。

在網路上有一些免費的互調計算工具，但它們並不是為無線音頻協調而設計的，也不能被信任。

隨著FCC和其他監管機構繼續從無線音頻用戶那里收回頻譜，剩余的頻譜將越來越少。這將使頻率協調變得越來越重要。實際上，如果模擬發射機仍然普及，對於多通道系統來說，頻率協調將不再是可選項。

如果你想使用大量無線設備，你必須學會如何正確操作。