Danas je nabavljen infracrveni audio prijemnik IR 15-12B kao dio infracrvenog sistema bežične distribucije višekanalnog audio signala, proizvod danske tvrtke Danish Interpretation Systems (DIS) iz 2000-tih godina.
Tvrtka Danish Interpretation Systems (DIS) proizvodi audio distribucijske sustave za konferencijske sale, sobe za sastanke, pomoćne slušaonice i slične prostorije i događaje gdje je potrebno osigurati višekanalnu audio vezu prema više slušatelja istovremeno na više jezika kao što je to primjerice uobičajeno kod konferencijskih sistema simultanog prevođenja. Tako svaki slušatelj može odabrati audio kanal sa simultanim prijevodom na svojem jeziku. Tvrtka DIS je danas u sastavu velike američke multinacionalne korporacije za audio elektroniku Shure, najviše poznata po proizvodnji visoko kvalitetnih mikrofona, slušalica i pratećih audio uređaja (kompletni sustavi ozvučenja, mikseri, DSP, gramofonske zvučnice).
Infracrveni audio distribucijski sustavi sastoje se od tri osnovne komponente: IR modulatora/predajnika, IR radijatora i IR prijemnika. Predajnik je centralni dio sustava. Na njega se može spojiti nominalno do 32 audio kanala koji se moduliraju na 32 različite noseće frekvencije. Dobiveni FDM signal se zatim zrači preko jednog ili više IR radijatora tako da se ostvari dobra pokrivenost unutar ciljanog prostora. Svaki slušatelj ima svoj IR prijemnik preko kojeg sluša željeni audio kanal. Osnovna prednost IR bežičnog odašiljanja ispred radio odašiljanja se ovdje očituje u boljoj zaštiti informacija jer IR zračenje ne izlazi iz okvira zatvorene prostorije čime je onemogućeno presretanje (prisluškivanje) audio signala.
Za naše IR audio prijemnike DIS IR 15-12B, odnosno za audio distribucijski sistem čiji su dio nemamo točne tehničke podatke. Uređaji vjerojatno podliježu međunarodnim standardima glede električnih i audio zahtjeva za ovakve konferencijske sustave (IEC 60914, HRN HD 549) kao i općim standardima za odašiljanje audio signala pomoću IR zračenja (IEC 61603), no ti dokumenti nisu besplatni za preuzimanje. Ponešto ipak možemo zaključiti na temelju općih podataka iz brošure za naše IR prijemnike:
- Broj radnih kanala: 6 (IR 15-6B), 12 (IR 15-12B) ili 16 (IR 15-16B)
- Prijemne frekvencije: 55-775 kHz (osim 455 kHz)
- Razmak između dva susjedna kanala: 40 kHz
- Tip prijemnika: superheterodinski FM prijemnik sa MF na 455 kHz
- FM devijacija: nominalno ±6 kHz, maksimalno ±8 kHz
- Tehnika digitalnog multipleksiranja
- Audio frekvencijski opseg: 30 Hz – 10 kHz
- Audio izlaz: slušalice 32-2000 Ω, maksimalni audio napon 1,4 V na 32 Ω
- Napajanje: 2,5-4,5 V (2 x AA baterije 1,5 V)
- Gabariti: 64x135x22 mm, 130 grama
- Uključenje uređaja vrši se tipkalom ON, a isključenje je automatsko ukoliko nema prijemnog IR signala duže od 20 sekundi.
Detaljnije podatke mogli bi dobiti snimanjem signala koji generira kompatibilni predajnik, a na samom IR prijemniku ne možemo izvršiti puno mjerenja. Načelno, u predajniku se ulazni audio signali prvo digitaliziraju (ADC), a zatim frekvencijski moduliraju na kanalnim nosećim frekvencijama (55-775 kHz). Tako se dobiva FDM signal koji se odašilje preko IR diode. U superheterodinskom prijemniku se prvo selektira željena noseća frekvencija (kanal), a zatim se dobivena MF frekvencijski demodulira u izvorni audio signal. Na osnovu gornjih podataka naš prijemnik koristi standardni sistem od maksimalno 32 radna kanala u opsegu 55-1335 kHz (iskorišteno samo prvih 12 kanala):
Vidimo da je preskočena frekvencija od 455 kHz kako ne bi došlo do interferencije sa MF prijemnika. Mjerenjem signala na kanalnoj sklopki mogli smo potvrditi promjene frekvencija lokalnog oscilatora superheterodinskog prijemnika u rasponu 510-990 kHz za kanale u rasponu 0-11. Miješanjem frekvencija lokalnog oscilatora sa nosećim kanalnim frekvencijama dobiva se međufrekvencija na 455 kHz.
Tiskana pločica prijemnika DIS IR 15-12B ima višestruku (vanjsku i unutrašnju) štampu te je nemoguće pratiti pojedine povezne vodove. Identificirali smo tri integrirana kruga na kojima se bazira sklopovlje:
- 74HC4053 (Philips) – tri dvopolne elektroničke sklopke
- MC3371 (Motorola) – FM prijemnik
- TDA7050 (Philips) – stereo/bridge pojačalo za slušalice 140/75 mW
FM prijemnik MC3371 sadrži oscilator, mješač, limitersko MF pojačalo, FM detektor, squelch i NF pojačalo. Ovo je dakle kompletan superheterodinski FM prijemnik u jednom čipu kojemu se na mješač izravno može dovesti ulazni signal do frekvencije 60 MHz. Na prednjoj strani pločice vidimo dva serijski vezana pojasna keramička filtra za MF 455 kHz te podesivu zavojnicu LCR titrajnog kruga za kvadraturni detektor (za pomak faze od 90° frekvencije 455 kHz).
Kvadraturni detektor naziva se još produktni ili koincidentni detektor (demodulator). Kod takvog detektora iskorištava se promjena faze FM moduliranih oscilacija. MF signal se prvo limitira u dovoljnoj mjeri da se poništi bilo kakav utjecaj amplitude signala na demodulirani signal te stoga nakon limitiranja dobivamo sinusni signal sa odsječenim vrhovima, dakle nešto najsličnije pravokutnom valnom obliku stalne amplitude i promjenjive frekvencije. Ovakav signal se zatim dovodi na zakretač faze tako da uz ulazni signal dobivamo još jedan signal kojemu je faza pomaknuta za 90° kada nema modulacije, odnosno fazni pomak se smanjuje ili povećava od 90° ovisno od jačine modulacije (cca u rasponu 45-135°). Takva dva signala sa faznim pomacima proporcionalnima modulaciji dovode se na dvostruki protufazni multiplikativni sklop gdje se vrši miješanje ova dva signala. Izlazni signal iz takvog sklopa imati će promjenu amplitude proporcionalnu faznom pomaku, odnosno devijaciji.
Principijelna shema superheterodinskog FM prijemnika sa integriranim krugom MC3371.
Osim vanjskog MF filtra i LCR titrajnog kruga kvadraturnog detektora, čipu MC3371 je dovoljno još svega nekoliko pasivnih komponenti za punu funkcionalnost. Lokalni oscilator je Colpittsovog tipa i može raditi sa kristalom ili LC titrajnim krugom. U našem slučaju se koristi LC titrajni krug sa izmjenjivim kondenzatorima za svaku prijemnu frekvenciju.
Demodulirani audio signal se dodatno pojačava integriranim pojačalom TDA7050 kako bi se dobila dovoljna razina signala za slušalice. Ulogu elektroničkih sklopi sadržanih u 74HC4053 ovdje ne možemo nagađati, no moguće da su sadržane u krugu automatskog gašenja uređaja nakon 20 sekundi neaktivnosti. Sklopovlje bi također trebalo sadržavati filtre za blokiranje nižih i viših frekvencija koje proizvode različita rasvjetna tijela i izvori zračenja bliski IR spektru (Sunce ako se sistem koristi na otvorenom), a na koje je prijemna IR dioda više ili manje osjetljiva. Takva zračenja stvaraju šumove, smetnje i sličnu pozadinsku buku u prijemnom kanalu. Neželjene frekvencije u određenoj mjeri mogu se filtrirati optičkim filtrom ispred prijemne IR diode. Tu je i problem višestruke refleksije IR zračenja unutar prostorije, pa je potrebno dobro projektirati razmještaj IR reflektora za određenu prostoriju s obzirom na njihov kut zračenja, tako da se dobije dobra pokrivenost ali i što manja jeka reflektiranih signala.
Novi konferencijski sistemi rade na višim nosećim frekvencijama u opsegu 2-8 MHz jer je ispod 1 MHz izraženija interferencija sa fluorescentnom rasvjetom prostorija. Infracrvenim diodama, ovisno o tipu, mogu se prenijeti frekvencijski pojasevi širine 18-35 MHz. Međutim, frekvencije veće od 20 MHz opet nisu povoljne zbog mogućih smetnji koje proizvode različiti elektronički/električni uređaji.
Također, u novijim sistemima mogu se koristiti sve vrste uobičajenih frekvencijskih i/ili amplitudnih digitalnih modulacija nosećih frekvencija (QPSK, 8-PSK, 16-QAM, 64-QAM) te zajednička izlazna FDM modulacija svih nosioca ili OFDM modulacija kod koje je moguće preklapanje frekvencijskih pojaseva susjednih kanala i time bolje iskoristivost ukupne širine kanala (ukoliko su modulirane noseće frekvencije ortogonalne jedna prema drugoj onda neće interferirati jedna s drugom). Tako se kod OFDM modulacije susjedni kanali mogu djelomično preklapati, pa je ušteda širine kanala kod takve modulacije to veća što je više nosećih frekvencija. Digitalizirani audio signali se također mogu formirati u okvire koji uključuju signale povratne veze za detekciju greške i sinkronizacijske signale. U svakom slučaju postoji više protokola za modulaciju i slanje audio signala preko IR veze.
U gotovo svim sustavima prijenosa podataka, stalno se povećavaju zahtjevi za što bržu obradu i paralelno slanje što veće količine različitih podataka. Velike količine podataka traže velike frekvencijske širine kanala, no ta širina je često ograničena bilo prirodnim fizičkim kapacitetom određenog prijenosnog puta ili pak nekom propisanom regulativom koja ograničava upotrebu određenog prijenosnog medija (npr. frekvencijski pojas). Stoga se stalno eksperimentira sa novim inačicama amplitudnih i frekvencijskih (faznih) modulacija, odnosno kombinacijama istih, kako bi se što bolje iskoristila raspoloživa širina kanala i doseg suvremene elektronike glede mogućnosti izrade sklopova sa što manje unutrašnjeg šuma i za što veće frekvencije (brzine). Tako je osim dobrih starih AM i FM modulacija za analogne signale, do danas u širokoj upotrebi niz AM i FM modulacija prilagođenih za slanje digitalnih signala, naravno ne samo u dvije razine (1 ili 0) nego u 4, 8, 16…256 razina i više kako bi se istovremeno moglo prenijeti više od jednog bita podataka. Također, kod dobrih starih analognih kanala bilo je jasno da se isti ne smiju preklapati u svojim maksimalnim širinama, štoviše poželjno je bilo ostaviti i dodatni sigurnosni razmak između njih. Sada pak su u upotrebi višekanalne multipleksirane digitalne modulacije gdje se susjedni kanali mogu djelomično preklapati, a da se informacije sadržane u njima ipak ne miješaju prilikom demodulacije.
Tko si želi dati malo truda i vremena brzo može shvatiti osnovni principe analognih i digitalnih modulacija, no za potpuno razumijevanje svih aspekata vezanih uz iste potrebno se ipak specijalizirati za to područje i provesti određeni dio života u naprednim laboratorijima za razvoj digitalnih komunikacija 🙂