检测报告：无线“手雷”杀伤力临床检测

小诺1314 · 发表于 2010-7-25 15:00:58

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什么是“手雷”?　　
Plug-on Transmitter，中文意译为“直插式发射机”，可以直接插入有线话筒将其变成无线话筒来使用，由于外型酷似手榴弹，被国人赐名“手雷”。在多种环境中均有应用，如新闻采访、移动录制，而音响师们则需要它们来做音响系统调试。　　

　图1. 不同品牌“手雷”发射机　　做过体育场馆或大型户外扩声系统调试的工程师们都很清楚，为了将观众席每个区域的声音都调试到最佳，往往要拉几十上百米话筒线才能把测试话筒连接到前后场的各个测试点。特别在Smaart v.7等测量软件支持多通道测量后，可以用多支测试话筒进行多点同时测量，这意味着需要好几位音响助理们拖着几百米话筒线，在前场后场、楼上楼下的观众席桌椅之间艰难穿行!拉线的小伙伴们一定和你一样，希望拥有一套无线测试系统。　　
无线话筒是音响工程师们最熟悉不过的，是每一个扩声系统最基本的设备，那为什么大家不拿无线话筒来测试呢?因为即便是最昂贵的无线话筒也未必能达到音响师调试系统的要求，系统调试对于无线系统的要求是极尽苛刻的。　　
不同于人声或乐器拾音的无线手持或无线腰包，用作音响系统调试的无线系统，是工程师判断系统问题的依据，必须精确可靠，要在整个20 Hz—20 kHz频段都有平直的频率响应，包括幅度响应和相位响应，而一般的手持或腰包发射机只需要在语音或乐器的常用工作频段有良好的幅度响应即可。长久以来，在设计和性能上能够达到这一标准的无线系统并不多见。　　
Mipro TA-80　　
Mipro最近推出的TA-80“手雷式”发射机搭配ACT-80便携接收机的无线系统，是在设计上针对音响师调试系统的需求作专门考虑的无线系统。为了检测这套无线系统是否确实可以满足音响系统调试的要求。我们对TA-80展开了全面的测试，并与同类无线系统作横向对比。　　
设备开箱　　
一套无线测试系统包括一台发射机和一台接收机及相关的配件。我们这次测试的是ZSOUND定制的Mipro无线测试套装，包括一台TA-80无线“手雷”发射机、一台ACT-80袖珍接收机及相关配件。　　
TA-80是一款数字无线发射机，采用锂电池供电，随机附带MB-5可充电锂电池一粒，供电电压和电池容量都优于普通AA电池，可循环使用更加环保。配套的锂电池充电器亦在标配之中。　　

　图2. TA-80发射机及配件。　　ACT-80袖珍接收机，标准配件包括1/4波长接收天线2条、电源适配器1个、音频输出转换线2条(TA4F接口转XLR)。可选配件包括MR-90SB机载电池组件1个，可以采用2节AA电池为接收机供电，这对于移动摄像来说是非常必要的。　　务必说明一下，AT-80发射机亦可以搭配ACT 8系列全型号的接收机使用，意味着已有ACT-818、ACT-828接收机的小伙伴们，只需要一个TA-80发射机就可以玩转无线测试了。　　

　图3. ACT-80袖珍接收机及配件　　从发射机、接收机的紧凑外型设计，及标准配件能看出这套系统在便携性方面的用心。不仅如此，考虑到工程师们要成天背着装备到全世界打怪升级。一个考虑周到的便携无线系统必须还要有一个外型紧凑设计合理的手提箱!不仅能妥妥地保护设备，还可以令用户每次开箱组装装备时，尽显专业素质。　　

　图4. 无线测试套装便携手提箱　　
关键性能　　
对于务实、严谨的音响工程师来说，设计和外型的优点还远远不够，优秀的音频性能和稳定的射频性能，才是检验产品的硬性标准。下面我们一起来验明正身。　　
音频性能　　
对于一个无线系统的的音频性能，我们需要了解其频率响应、总谐波失真与噪音、最大可用电平、信噪比。而对于这些性能的判断，除了查阅官方资料之外，我们向来坚持亲身实测。　　
我们采用音频测试标准Audio Precision 的AP515测试仪、Smaart v.7测量软件和HP射频频谱仪对图1中三个品牌的无线系统的性能展开对比测试，它们分别是Mipro TA-80系统，Lectrosonics TM400系统和Sony UWP-D系统。　　
1、频率响应(Frequency Response)　　
频率响应(Frequency Response)，是所有音频设备最重要的参数。用于音响系统调试的无线系统，需要为工程师提供精准的频谱信息和相位信息，因此必须在整个音频段具有平直的响应。幅频响应至少在±1 dB之内，相频响应尽可能平直。下图是分别用AP515和Smaart v.7测得的三套系统的增益和频率响应。发射机或接收机端的低切功能都已关闭或者调到最低频率。　　

　图5.三个品牌无线系统的增益，电平设置为“Line”，输入输出设置在“0dB”　　

　图6.用AP515测试三套无线系统的幅频响应，以1kHz=0 dB为参考　　

　图7.用Smaart v.7测得的三套无线系统的相位响应图　　
从图5中看出，在发射机及接收机都设在0dB档位时，不同的品牌的系统增益有较大差异，其中Sony UTX-P03发射机在线路电平、0 dB状态下，对信号进行了大幅度衰减，因而整个系统的增益达到-40dB。　　可以看出，Lectrosonics HM 和Mipro TA-80基本能在20 Hz – 20 kHz频段内能保持±1 dB，TA-80在30Hz以下的低频段有更好的表现，而Sony的UWP-D系统的幅频响应不太平直，最大偏幅近2dB。相位响应上，Mipro TA-80系统最优，在全频段相位偏移不超过60°。而Lectrosonics和Sony则分别在60Hz和30Hz偏移达到180°。Lectrosonics HM发射机的低切频率最低为35Hz，且不能关闭，因此导致低频的相位偏移较大。Sony UTX-P03发射机在关闭低切功能后，似乎依然有滤波器在起作用，也有明显的相位偏移。　　2、总谐波失真与噪音(THD+N)　　总谐波失真与噪音(THD+N)，这两项参数集中反映了音频设备电路设计水平和元器件用料档次。　　

　图8. 三套无线系统在0 dBu输入电平时的THD+N Ratio　　
三套系统的总谐波与失真比率的差别非常明显，TA-80领先于HM和UTX-P03。HM系统可以基本保持在0.2%以下，对于无线系统来说，已经是不错的表现了。　　除了0dBu电平，我们还要考察在不同输入电平时，整套系统的THD的表现，以了解在低电平和高电平时失真的线性程度。　　

　图9. Mipro TA-80系统在-40、-20、0dBu输入时的THD Level　　

　图10. Lectrosonics TM40系统在-40、-20、0 dBu输入时的THD Level　　

　图11.Sony系统在-40、-20、0 dBu输入时的THD Level　　在这三档测试电平下，三个系统的THD电平基本和输入电平保持比较好的线性关系，也说明这几个电平档位都在这三个系统的可用电平范围之内。要说明的一点是，Sony系统的这一项参数表现较好，其实是因为其系统的增益为负(见图1)，对输入电平进行大幅衰减，因而THD也较小，但这不能说明其在性能上高于另外两个系统。

小诺1314 · 发表于 2010-7-25 19:04:59

　3、最大电平(Maximum Level)　　最大电平(Maximum Level)是指系统在不产生明显失真前的最大输入或输出电压，受通用元器件的耐压限制。在这个电平范围之内总谐波失真率(THD Ratio)能保持在标称值之内，而达到最大电平的临界值时，总谐波失真率急剧上升，远远超出标称值。因而最大电平在AP测试仪中是以总谐波失真率的电平步进测试(Stepped Level Sweep)来体现的。　　

　图12.三套无线系统的THD Ratio vs Measured Level　　可以看出三套无线系统的最大可用输出电平的明显差异，Mipro TA-80系统最优，可以达到+10dBu，其次为Lectrosonics，接近0dBu，Sony系统的最大输出电平为-27dBu左右，与前两者有较大的差距，这在发射机连接话筒电平信号时，不会有问题，而在输入线路电平信号时，就可能造成很大的信号失真。　　4、信噪比(SNR)　　信噪比主要取决于测试时的驱动电平和设备的本底噪音之间的比值，驱动电平最大不能超过设备的输入电平。以下为三套无线系统的信噪比测试图。　　

　图13 Mipro TA-80系统在0dBu输入时的信噪比　　

　图14. Lectrosonics TM400系统在0dBu输入时的信噪比　　

　图15. Sony UWP-D系统在0dBu输入时的信噪比　　可以看到，Mipro和Lectrosonics无线系统的信噪比都非常好，达到100dB以上，这得益于两个系统都是数字无线系统。而Sony无线系统的信噪比相比之下有较大差距。　　04　　射频性能　　无线系统的传输性能包括发射功率、接收灵敏度、工作距离、传输稳定性、抗干扰能力等方面。　　发射机的发射功率一般厂家会给出指标，通过查询产品资料，得知TA-80的发射功率有10mW和50mW两档切换，Lectrosonics HM发射机功率为固定值100mW，Sony UTX-P03发射功率为10mW和2mW两个档位切换。我们采用一台HP高频电磁波分析仪来测量不同发射机的射频信号强度。在发射机插上一支电容话筒的情况下，使用射频探测器在发射机周边探测到的最大读数。注意发射机的功率不同。　　

　图16.Lectrosonics HM无线“手雷”近场射频强度，RF 功率为100 mW　　

　图17. Mipro TA-80无线“手雷”近场射频强度，RF 功率为50 mW　　

　图18. Sony UTX-P03无线“手雷”近场射频强度，RF 功率为10 mW　　
无线系统的有效工作距离、传输稳定性、抗干扰能力很大程度上受使用环境影响而难以量化，厂家一般不会给出相关参数，而是要用户自己在使用中总结判断的。因此我们也只能做个简单的“步行测试”，初步判断在常规环境下，三套无线系统可以在多远的距离内保持信号稳定。我们将测试地点选择在声扬公司门口的马路上，马路宽度约为10米，在道路两侧约20米至50米左右有几栋三层楼建筑，基本符合“空旷的室外”的条件，测试中我们确保发射机和接收之间无障碍物阻隔。　　经过试验，发现Lectrosonics HM系统可以在140米的直线距离内保持稳定的射频强度和声音信号，这和100 mW的高发射功率不无关系，高发射功率的副作用是会导致“手雷”大量发热，出现故障的几率会随之增大，此外100 mW发射功率可能会违反某些国家和地区的无线电管制法规(新的替代型号HMa提供50mW/100mW两档功率切换);Mipro TA-80系统在60米距离内可以保持稳定，超过60米后会偶尔发生断频;而Sony UWP-D系统在50米范围内可以保持稳定，在超出50米范围后会偶发断频。这种非严谨的试验，并不能准确表述产品的性能，仅作为参考。　　Mipro ACT-80接收机标配1/4波长接收天线只能有大约60米的接收距离，当在体育场使用的时候，可以使用Mipro 的强指向接收天线来增加接收距离。我们日后还将测试用TA-80搭配ACT-818/828接收机配连接天线放大系统后，其无线工作距离可以扩展到多远。　　小结　　测试结果显示，这三套无线系统之间的性能差别是显而易见的，Mipro在音频性能上有绝对优势，而Lectrosonics的无线性能更胜一筹。结合各品牌的官方资料，就会理解这样的结果并不意外。通过查询不难发现，只有Lectrosonics和Mipro的这两款无线系统在设计时就考虑用于无线测试的，Sony以及另外两个知名无线话筒品牌的“手雷”产品则基本定位于新闻采、移动摄像录音的应用，在设计时就未曾考虑音响系统测试的需求。由于功能定位的不同而在性能上存在差异是理所当然的。音响工程师们在选择用于系统调试的无线系统时，一定要根据产品本身的设计用途和性能指标来做决定，只有选择正确的工具才能得到正确的结果。

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