Sistemas Sem Fio – o Básico e um pouco mais

Olá amigos. Aqui estamos para mais um artigo, dessa vez tratando de um assunto que acredito que será útil para quase todos os operadores de áudio de igrejas e do mercado de eventos em geral: Sistemas sem fio. Os conceitos aqui apresentados podem ser aplicados tanto em sistemas de transmissão (microfones e instrumentos, por exemplo) quanto de recepção (retornos in-ear).

mic1

Introdução

Os sistemas sem fio aplicados ao áudio pro muito normalmente têm uma função bem simples: proporcionar mais conforto e melhor estética ao usuário. Normalmente buscamos implementá-los nos integrantes mais visíveis da apresentação, que podemos (muito discutivelmente) considerar “os mais importantes do palco” (pelo menos no conceito geral de quem está assistindo).
Quando substituímos o sistema com fios, que funciona de forma muito simples e pouquíssimo sujeito a erros, por um sistema sem fios; estamos voluntariamente abrindo mão de uma grande estabilidade em troca de um sistema cheio de chances de causar dores de cabeça. O motivo é simples: o ambiente invisível das radiofrequências não é ocupado só por você. Queira ou não, você sempre vai dividí-lo com os veículos de comunicação e vários outros equipamentos que também usufruem dessa tecnologia. E essa instabilidade será imposta justamente aos integrantes “mais importantes”.
A pergunta que quero lançar é: vale o risco? Analise bem sua necessidade e veja se é realmente necessário trabalhar com sistemas sem fio. Meu conselho é que você use o mínimo possível. A estética e conforto não são desprezíveis, mas com certeza o bom-sucesso da apresentação é prioridade.

Antes de tudo, algumas palavras bonitas:

Para acostumá-los com os termos que usaremos muito nesse artigo, faremos um pequeno glossário:

Bodypack – Em tradução livre, é a “caixinha do corpo”. Pode ser um transmissor ou receptor, dependendo do sistema. É preso à roupa do usuário ou na correia do instrumento, e é alimentado por pilhas ou baterias.
Handheld – Microfone tipo bastão, que pode ser segurado na mão. O termo não necessariamente indica que o microfone é sem fio.
Headset – Microfone de cabeça. Muito utilizado por interlocutores que precisam das mãos desocupadas para a apresentação. Uma variação dele é o Earset, que é a mesma coisa, porém preso à orelha do usuário, e não à cabeça como um todo.
In-Ear – Sistema de retornos através de fones de ouvido.
Lavalier – Microfone de lapela. Muito discreto e muito utilizado para programações não musicais (principalmente fala). Normalmente preso à roupa do usuário através de um grampo, mas também pode ser utilizado em posições alternativas, como na testa, em musicais e teatros.

Exemplo de sistema sem fio: receptor, bodypack e microfone Headset

Exemplo de sistema sem fio: receptor, bodypack e microfone Headset

Vamos ao básico

Sistemas sem fio são compostos basicamente de algumas partes: transmissor, receptor, fonte sonora e a alimentação elétrica.
O transmissor é o responsável por converter o sinal de áudio analógico em radiofrequências, e dispará-las no ambiente. No caso dos sistemas handheld, o transmissor é unido ao microfone no mesmo bastão, e isso justifica seu formato normalmente maior e mais grosso em relação aos microfones com fio. Também é comum encontrarmos em formato de bodypack nos sistemas headset, lavalier e de instrumento. Nos sistemas in-ear, o transmissor é mais comum como equipamento de mesa.
O receptor é o responsável por localizar a radiofrequência no ambiente e convertê-lo de volta como sinal de áudio analógico. No caso dos sistemas in-ear, o receptor é apresentado como bodypack. Já nos sistemas handheld e outros, o transmissor é mais comum como equipamento de mesa.
A fonte sonora pode ser um microfone ou um sinal de áudio já gerado por um instrumento ou outro equipamento de áudio.
A alimentação elétrica é necessária para os transmissores e receptores, uma vez que são circuitos ativos. Pode ser fornecida através de fontes ligadas à rede AC (no caso dos equipamentos de mesa) ou por pilhas/baterias, no caso dos equipamentos móveis.

Microfone handheld alimentado por pilhas

Microfone handheld alimentado por pilhas

As radiofrequências (RF)

Falando de forma bem prática, e tentando deixar o assunto o menos chato possível, as radiofrequências são um tipo de radiação eletromagnética, o que já nos lembra algumas características, como: trafega na velocidade da luz, não depende de meios para se propagar e possui uma frequência que pode ser medida, e para isso utilizamos a unidade Hz (Hertz).
As radiofrequências utilizadas nos sistemas sem fio para áudio pro são definidas pelas legislações de cada país, de forma que não interfiram em outros equipamentos, como os serviços de combate (polícia, bombeiros e semelhantes), serviços de aviação e tantos outros que usufruem dessa tecnologia. Ou seja, temos uma “faixa de frequências” para trabalhar. Essa definição é criada pelos órgãos de regulação de cada país (no caso do Brasil, a ANATEL), mas como a maioria dos produtos é importada/exportada, há uma certa coerência internacional nessas definições.
Se pudermos ilustrar, a frequência em que uma onda trafega serve como um crachá para a mesma. Os sinais eletromagnéticos correm pelo ambiente, a todo tempo, com seu crachá no peito. Esse crachá mostra quem ela é, sua identidade. O receptor do sistema, que está lá para localizar essa onda, procura de crachá em crachá até encontrar a onda que você, usuário, definiu como correta. E é assim que podemos ter vários sistemas sem fio funcionando simultaneamente, sem que os sinais se misturem, pois cada transmissor envia ondas em determinada frequência, e cada receptor as localiza, desprezando as outras e acolhendo apenas as desejadas.

Observação: Não confunda o conceito de frequência de transmissão e recepção com as frequências relacionadas ao espectro audível (20Hz a 20kHz). Apesar de ser utilizada a mesma unidade de medida, as RFs são ondas eletromagnéticas, e não sinais de áudio (por sua vez, ondas mecânicas).

Recursos

O mercado nos oferece produtos de várias faixas de preço, obviamente alguns mais simples e outros mais completos. Exporemos aqui os recursos que comumente estão presentes nos produtos comercializados. Percebam que nem todos estão presentes em determinados modelos, em especial os mais baratos.
Essa é a hora de você entender o porquê da tamanha diferença de preço entre os modelos.
Seleção de frequência
O primeiro e mais básico deles: poder escolher em qual frequência seu sistema vai trabalhar. Escolhida uma frequência, e notado que o sistema não está funcionando bem, é bem provável que haja outra fonte de RF emitindo sinais na mesma frequência.
Voltando à alusão dos crachás, se existem ondas desejadas e indesejadas com a mesma identificação, o receptor vai acabar se confundindo, e deixando entrar aquilo que não deveria. Como essa fonte indesejada de RFs não está sob nosso controle, a solução mais simples é escolher outra frequência para trabalhar. Nesse momento, se seu sistema sem fio não dispuser desse recurso (são os chamados “sistemas de frequência fixa”), não há solução. O sistema funcionará de forma instável e possivelmente intermitente.
Podemos definir esse recurso como o mais básico, e indispensável na hora de adquirir um sistema sem fio para uso profissional, principalmente se o uso se dará em lugares de conhecida alta incidência de RFs, como cidades mais urbanizadas.

Microfone sem fio de frequência fixa

Microfone sem fio de frequência fixa

Diversity
O receptor dispõe de 2 circuitos redundantes, de forma que o sistema analisará todo o tempo qual está tendo melhor recepção de sinal, e usando-o. Assim, a transmissão é alternada constantemente entre os circuitos, buscando sempre a melhor recepção, sem que haja qualquer corte no sinal de áudio.
Normalmente, há no painel do receptor alguma indicação para mostrar qual circuito está sendo utilizado para a recepção, em tempo real.

Indicador de RF
O sinal emitido pelo transmissor, dependendo das condições de tráfego, em especial da distância percorrida, chega ao receptor com uma determinada potência, que pode ser medida em dB (decibéis). Esse recurso indica, através de LEDs ou do visor digital, o nível de recepção do sinal de RF.
Além de ser útil para verificar a comunicação entre transmissor/receptor, serve também para avaliar se há fontes de RF de terceiros trabalhando na mesma frequência desejada. O teste é simples: se o transmissor está desligado, e mesmo assim o receptor está acusando presença de sinal, esse sinal está vindo de um lugar indesejado.
No caso de equipamentos mais simples, pode ser apresentado como um LED único, que mostra a presença de sinal de RF, sem indicar a potência do mesmo. Esse LED único é acionado após um nível de sinal definido pelo fabricante em cada projeto, ou seja, pode haver sinal sendo recebido, abaixo do nível de indicação do LED, mesmo que ele esteja apagado.

Squelch
Complementar ao indicador de RF, esse recurso atua de forma que define um mínimo de dBs para que o sinal seja aceito pelo receptor.
Para facilitar o entendimento, podemos chamar o Squelch de “Gate de RF”. Funciona como o recurso de gate (utilizado em processamento de dinâmica do áudio), mas atuando nas RFs, ao invés do áudio.
Por exemplo, caso haja uma fonte de RFs indesejada na mesma frequência utilizada pelo sistema, o Squelch pode ser definido em uma potência acima da alcançada por essa interferência, de forma que o receptor a recusará, por não ter potência suficiente para “ultrapassar” o recurso. Obviamente, para que o recurso seja bem-sucedido, o sinal de RF desejado deve ter potência maior que o limiar definido, para que ultrapasse a barreira e seja recebido como esperado.
Caso a potência da interferência seja muito próxima a do sinal desejado, o recurso Squelch pode não ajudar como esperado, recusando também o sinal desejado, ou permitindo a entrada de ambos (dependendo da regulagem feita). Nesse caso, a melhor solução é buscar outra frequência livre.

Exemplo de indicador de RF (indicando 40dB), com indicador da regulagem do Squelch (demonstrada pela linha pontilhada, logo abaixo dos 10dB)

Exemplo de indicador de RF (indicando 40dB), com indicador da regulagem do Squelch (demonstrada pela linha pontilhada, logo abaixo dos 10dB)

Indicador de AF
Muito simples. Indica o nível de áudio recebido, também em decibéis. Além de servir para verificação de funcionamento do sistema, é útil para regulagem da estrutura de ganhos, a fim de evitar saturações ou geração de ruídos.
De igual forma, no caso de equipamentos mais enxutos, pode aparecer como LED único, indicando a presença de sinal a partir de determinado nível. Possivelmente também um indicador de clip, indicando a saturação do sinal.

Pilot Tone
Serve como uma linha a mais a ser escrita no crachá das ondas, para ajudar na hora da identificação dos desejados e indesejados. O pilot é um sinal de áudio gerado pelo transmissor, fora do espectro audível (normalmente acima dos 20kHz), que será transportado junto com o áudio útil. O valor, em Hz, dessa marca é único para cada fabricante.
Caso o recurso esteja ativado, o receptor, do fabricante X, ao localizar uma onda com frequência compatível com a desejada, vai procurar por essa marca, pré-definida de fábrica em uma determinada frequência de áudio. Caso não seja encontrada, o sinal é desprezado e não será acolhido pelo receptor.
Uma onda de RF indesejada, como uma interferência de terceiros, não possuirá essa marca. Se o recurso estiver ativo, essa interferência deixa de ser um problema.
Perceba que, equipamentos de fabricantes diferentes possuem Pilot Tones diferentes, e por isso, enquanto o recurso estiver ativo, será impossível conectá-los. Caso você deseja, por algum motivo, conectar um transmissor do fabricante X a um receptor do fabricante Y, isso só será possível se o recurso Pilot Tone estiver desativado.
Existem equipamentos que aparentemente não possuem o recurso Pilot Tone, por não apresentar opção de ativá-lo e desativá-lo, mas o possuem de forma que não é possível desativá-lo. Além de servir como uma proteção a mais para as interferências, é uma estratégia comercial dos fabricantes de obrigar os usuários a trabalhar com todas as partes integrantes do sistema da mesma marca.

AF IN
Controle de nível de sinal de áudio na entrada dos transmissores. Normalmente ajustável pelo tipo de fonte sonora, como microfone ou instrumento. Pode ter como opção a utilização de PADs (atenuadores de sinal).

AF OUT
Controle de nível de sinal de áudio na saída dos receptores.

Name
Alguns produtos mais recentes possibilitam a inserção do nome do usuário no visor dos equipamentos. Útil para quem tem muitos sistemas, facilitando a identificação.

Indicador de Baterias
No mínimo, os produtos alimentados a baterias têm alguma indicação de que está na hora de substituí-la. Os produtos mais sofisticados possuem indicação em “pauzinhos” ou percentagem. Também é interessante observar se essa indicação existe apenas no equipamento móvel, ou se também é sinalizado na outra ponta do sistema, para que o operador de áudio também seja avisado.

Handheld com indicação de duração das pilhas

Handheld com indicação de duração das pilhas

Interferências

Existem basicamente três tipos de interferências que podem surgir, provocando dores de cabeça nos usuários de sistemas sem fio:

Interferências externas de RF
Como já foi dito, são os equipamentos de terceiros que também usufruem de tecnologias de RF em seu processo, possivelmente causando problemas. Os principais vilões são os canais de TV analógica e digital, rádios AM e FM, aviação e sistemas de comunicação sem fio em geral.

Interferências elétricas
Pouco comuns, pelo esforço da indústria (e fiscalização governamental para que isso aconteça) em combater esse acontecimento, são causadas por equipamentos elétricos que não tem funções de RF nativas, mas que por algum erro de projeto ou mal funcionamento, acabam por emití-las, podendo assim gerar problemas para os usuários de sistemas sem fio. Os equipamentos mais propícios a esse fato são os de iluminação e os sistemas elétricos industriais.
Podem ser geradas também por fontes naturais, como descargas elétricas atmosféricas, mas são igualmente raras.

Intermodulações
Diferencia-se por ser um tipo de interferência gerado pelo próprio sistema sem fio, em especial quando se trabalha com uma grande quantidade deles. Apesar de poder ter relação com equipamentos de terceiros, está dentro do poder de resolução do operador através da manipulação das frequências de trabalho.
É fruto da soma de dois ou mais sistemas trabalhando próximos, de forma que os sinais de RF gerados podem sobrecarregar algum circuito dos componentes do sistema, fazendo-o gerar, internamente, harmônicas dos sinais mais fortes. Tal frequência gerada, chamada de “produto da intermodulação” passa então a atuar como qualquer outra interferência, possivelmente causando problemas na comunicação sem fio.

Vamos exemplificar:

MIC7

Como sabemos, para calcularmos a segunda harmônica de uma frequência, basta multiplicarmos por 2. No caso da frequência de 205,250 MHz, teremos 410,500 MHz.
Agora, acrescentamos um terceiro sistema sem fio, que aparentemente nada tem a ver com a situação:

MIC8

Aplicando uma fórmula bem simples, concluiremos que:

FREQ HARMÔNICA – FREQ SISTEMA 1 = FREQ INTERFERÊNCIA

410.500 – 210.450 = 200.050

Teremos uma interferência gerada na frequência 200.050MHz, que é a mesma utilizada pelo Sistema 3. Ou seja, dependendo da intensidade da mesma, e com a aproximação física dos sistemas, o sistema 3 pode sofrer instabilidades, ou até mesmo ficar inutilizável.
A solução para esse problema seria alterar a frequência de trabalho do sistema afetado (no exemplo, o 3), de forma que o resultado da fórmula (utilizando o harmônico gerado) não coincida com nenhuma frequência utilizada por um dos outros sistemas.
Sabemos também que os harmônicos são gerados não só na segunda ordem, mas também na terceira, quarta, quinta, e assim sucessivamente, cada vez em menor força. Dessa forma, fica absolutamente impossível prevermos todas as intermodulações possíveis, ainda mais quando se trabalha com muitos sistemas. Para esse trabalho sujo, existem softwares próprios, que calculam tais possibilidades, alertando de possíveis riscos e conflitos, a medida que o usuário acrescenta sistemas no cálculo.
Para esse fim, recomendo que procure pelo RF Guru ou IAS (Intermodulation Analysis System), ambos pagos e de ótima qualidade.

Screenshot do Software IAS

Screenshot do Software IAS

Vale realçar que os sinais harmônicos que tornam as intermodulações reais não são enviados para todo o ambiente, mas são geradas internamente nos circuitos dos equipamentos de recepção sem fio. Nesse ponto, é nítida a maior robusteza de equipamentos de melhor qualidade (e consequentemente maior preço), que diminuem muito a incidência desse problema. Esse é um ponto importantíssimo a ser levado em consideração na hora de escolher qual sistema comprar, principalmente quando se pensa em operar diversos sistemas simultaneamente.

Conclusão

As tecnologias que envolvem RF são um universo a parte no áudio. Não é a toa que há profissionais especializados, que trabalham gerenciando a quantidade enorme de sistemas presentes em grandes eventos. Esse profissional chama-se Coordenador de RF, e infelizmente ainda é raro no Brasil, mas já podemos encontrá-los trabalhando em grandes festivais, como Rock’n Rio e Loola Palooza.

Já pensou tentar colocar todos esses sistemas para funcionar simultaneamente, sem saber utilizar os recursos e calcular as intermodulações? Impossível!

Já pensou tentar colocar todos esses sistemas para funcionar simultaneamente, sem saber utilizar os recursos e calcular as intermodulações? Impossível!

Gostaria de concluir com a seguinte consideração: Entendida a complexidade que envolve o bom funcionamento de sistemas sem fio, em especial em grande quantidade, avalie a real necessidade de tê-los. Se não há um bom orçamento para esse investimento, será que não é melhor adquirir excelentes equipamentos com fio, ao invés de sistemas sem fio de qualidade duvidosa?

Espero que tenha sido útil e de fácil compreensão. Abraço a todos.

Gabriel R. Lima

8 Comments on "Sistemas Sem Fio – o Básico e um pouco mais"

  1. Transmissora de Internet via rádio também interfere no sistema sem fio?

  2. Transmissora de internet via rádio tambem interfere em equipamentos sem fio?

  3. Bem explicado mas pouco prático.

  4. muito bem! obrigado! bem explicado e bem prático…valeu

  5. Osnildo Morais de Lima | 27 de outubro de 2017 at 9:33 | Responder

    Em um sistema de microfone sem fio tipo Headset duplo, eu posso usar um microfone e o outro para instrumento?

  6. Existe algum sistema de transmissão sem fio para microfone e Instrumentos juntos em um receptor.

  7. olá, não sou desta área, porém adorei seu post. Sou cinegrafista e venho tendo problemas com as igrejas pois uma grande maioria não deixa captar o áudio direto da mesa, sendo que estas usam microfones sem fio. Existe alguma forma de captar o sinal com algum tipo de receptor a parte? Algo que eu possa usar e não ter mais problemas com a igreja? rsrs . aguardo

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