Dnes dokončíme problematiku vysielacích pultov podrobnejším popisom jednotlivých funkcií vysielacieho mixážneho pultu a elektronických obvodov, ktoré tieto funkcie realizujú.
Analógový mixážny pult pre vysielacie štúdio
vstupná jednotka
V kapitole 5, sme si spravili prehľad analógových signálov, bežne sa vyskytujúcich v zvukových štúdiách. Preto každá vstupná jednotka by mala byť schopná spracovať symetrické zdroje signálu s linkovou úrovňou +4dBv, nesymetrické s úrovňou -10dBv a symetrický mikrofónny signál s úrovňou okolo -60dBv. V minulosti sa zvykli používať špeciálne obvody pre vysoko a nízkoúrovňové signály, ale v súčasnosti už nieje problém s kvalitnými zosilňovačmi, ktoré aj pri zosilnení väčšom ako 60dB majú špičkové parametre. Navyše zabezpečujú korektný príjem symetrického signálu pri danej vstupnej impedancii [vysoké hodnoty potlačenia súhlasných signálov (CMRR)] a celý rad ďalších funkcií. Po prevedení vstupného signálu na nominálnu úroveň je možné do signálovej cesty zaradiť v takzvanom “insert-e” externé zariadenie upravujúce signál [napríklad mikrofónny kompresor, ekvalizér...].
Výber vstupov sa dá realizovať mechanickými, alebo elektronickými spínačmi. Mechanické sú kvalitné, ale po čase môžu nastať problémy s prechodovým odporom kontaktov. Kvalitné relé pre audio použitie sú navyše pomerne drahé. Preto sa väčšinou používajú rôzne elektronické spínače, ktoré sú veľmi lacné a pri starostlivom návrhu ich zaradenia do obvodu majú minimálne skreslenie.
Ostatné parametre sa väčšinou nastavujú jumprami, plynulá regulácia kvalitnými viacotáčkovými trimrami.
zmiešavanie a fadery
Po úprave signálu na požadované parametre vo vstupnej jednotke sa privádza na hlavný regulačný prvok - fader. Tento slúži na reguláciu úrovne prechádzajúceho signálu na určeného na zmiešavanie, resp. jednoduchšie povedané, reguluje sa ním hlasitosť príslušného vstupu. Pult vo vysielacej réžii väščinou funguje v režime zapnuté - vypnuté, teda fader sa nachádza buď úplne dole na začiatku dráhy, alebo v polohe zodpovedajúcej nominálnej úrovni. Ako fadery sa používajú kvalitné ťahové potenciometre s vysokou mechanickou odolnosťou, s dĺžkou dráhy väčšinou 10-20cm. Krátka dráha nieje vhodná, lebo neumožňuje dostatočne jemnú reguláciu hlasitosti a zároveň potenciometer nieje dostatočne robustný na takto veľkú záťaž.
Pre ilustráciu uvediem hrubý odhad ročného počtu cyklov regulačného potenciometra - ak je fader použitý napríklad pre CD prehrávač je s ním manipulované po každej druhej skladbe, teda priemerne raz za 6 minút. Denne to je 240 krát, ročne takmer 90.000 krát. Bežný lacný potenciometer by sa zničil prakticky okamžite [životnosť maximálne jednotky týždňov].
Na fadery sú kladené aj vysoké nároky čo sa týka elektrických parametrov - stálosti odporovej dráhy a zberacích kontaktov, nízkeho šumu, presného priebehu odporu v závislosti na polohe, v prípade stereofónneho regulátora presný súbeh kanálov a veľa ďalších. Z mechanických požiadaviek uvediem napríklad jemný chod bežca, dlhá mechanická životnosť ložísk, odporovej dráhy a zberacích kontaktov, prachuvzdornosť a iné. Kvalitné fadery vyrába len pár firiem na svete a nechajú si za to patrične zaplatiť. Ich podiel na cene pultu je v ráde 30-50%.
V jednoduchších pultoch je na reguláciu hlasitosti použitý klasický stereofónny ťahový potenciometer, ktorý je však vytláčaný [v profesionálnych pultoch už úplne vytlačený] napätím riadenými zosilňovačmi [VCA - Voltage Controlled Amplifier]. Riešenie s VCA značne zjednodušuje situáciu, lebo stačí použiť jednoduchý lineárny potenciometer, odpadávajú problémy so súbehom odporu dráh, a tým že potenciometer má len jeden systém je spoľahlivejší a lacnejší. Okrem toho nepracuje priamo so signálom, ale reguluje len riadiace napätie pre VCA, čo pri kvalitne navrhnutej elektronike dokáže výrazne potlačiť veľmi dobre známe “škŕkanie” [bohužiaľ si momentálne neviem spomenúť ako sa tento jav odborne nazýva].
Po regulácii úrovne signálov z jednotlivých vstupov, signál postupuje na zmiešavanie do jednotlivých výstupných zberníc.
Zbernica, je vodič [všeobecnejšie elektrický obvod], ktorý zbiera všetky signály, ktoré sú do nej priradené a v spolupráci s výstupným obvodom ich aj zmiešava do jedného výstupného signálu. Po elektrickej stránke je to obyčajné vedenie, väčšinou zakončené sumačným zosilňovačom. Podľa kvality mixážneho pultu je buď nesymetrická [jednovodičová], alebo symetrická [dvojvodičová, viď vysvetlenie tejto problematiky v kapitole o signáloch].
Na zmenšenie presluchov a šumu od nepoužívaných kanálov sa pred pripojením signálu ku zbernici používa vypínač [väčšinou elektronický], ktorý zablokuje nepoužívaný kanál, prípadne ho od zbernice úplne odpojí.
Na vysielacom pulte zvyčajne nenájdeme žiaden prvok slúžiaci na rozmiešanie mono signálu do stereo zbernice [panpot]. Nie je potrebný, lebo stereo signály sa priamo privádzajú do stereo zberníc a mono signály [mikrofón, telefón] sa vo vhodnom mieste pripoja paralelne na ľavý aj pravý vstup a ďalej ich spracovávame ako keby boli stereofónne. Vhodným miestom je podľa typu signálu buď priamo vstup pultu, body insertov, alebo iné.
Pre vysielacie pulty je typické použitie dvoch hlavných výstupných zberníc - hlavnej programovej [označenie PGM] a pomocnej, [označenie audition, AUD]. Okrem dvoch hlavných nájdeme väčšinou jednu, alebo viacej pomocných výstupných zberníc slúžiacich na napájanie telefónu [označenie TEL, MIX- a pod], odposluchovú zbernicu a iné, konkrétna architektúra vysielacích pultov závisí od konkrétneho výrobcu.
Hlavná programová zbernica PGM sa používa na zber signálu, ktorý ide von zo štúdia napríklad na vysielač. Zbernica AUD sa používa ako pomocná zbernica a najčastejšie sú na jej výstup pripojené vstupy všetkých nahrávacích zariadení v štúdiu, výstup do druhého štúdia a podobne.
Toto riešenie okrem iného umožňuje za prevádzky napríklad prehrať príspevok z CD na minidisk, niečo poslať do iného štúdia a podobne. Je to pomerne často používaná zbernica a pokiaľ je dobre navrhnuté zapojenie štúdia dá sa cez ňu nahrávať za prevádzky zo všetkého na všetko.
Signál do výstupných zberníc sa priraďuje pomocou tlačidiel na ovládacom paneli pultu, obyčajne sa nachádzajú nad faderom.
Signály, do pomocných zberníc [telefón MIX-, TEL] väčšinou nieje potrebné priraďovať, alebo vypínať počas prevádzky, preto sa priradenie robí jumprami na plošnom spoji, ale zriedkavé niesú ani pulty, ktoré ho majú vyvedené na tlačidlá na paneli.
výstupná jednotka
Zmiešané signály z jednotlivých zberníc sú privedené do výstupných zosilňovačov. Výstupy sú symetrické s nízkou impedanciou, čo umožňuje pripojiť dlhé káble [napríklad do centrálneho prepojovača], alebo pripojiť signál paralelne do viacerých zariadení. Toto sa ale nedoporučuje robiť, lebo zvýšenou záťažou výstupu sa nepriaznivo ovplyvňuje jeho amplitúdovo frekvenčná charakteristika a prípadný skrat na niekorom z vedení samozrejme spôsobí výpadok vysielania.
Živým príkladom z praxe je bývalé košické štúdio Rádia Twist, kde zodpovedný technik Jozef S. pripojil paralelne ku symetrickému výstupu z pultu do trasy asi 20 metrový kábel k zosilňovaču [s nesymetrickým vstupom samozrejme] pre posluch na chodbe. Kto nevidel neuverí…
Ak potrebujeme na jeden výstup pripojiť viacero spotrebičov, používa sa distribučný [rozdeľovací] zosilňovač. Na trhu je celý rad modelov, od najjednoduchších, ktoré majú jeden vstup a niekoľko výstupov s neregulovateľným ziskom rovným jednejm až po vysoko sofistikované prístroje umožňujúce konfiguráciu signálových ciest a reguláciu úrovne každého výstupu nezávisle.
Pre potreby vysielania nieje potrebné a väčšinou ani žiadúce regulovať výstupnú úroveň z pultu. Preto je vhodné ak pult výstupný fader nemá a úroveň sa nastavuje na doske trimrami pri inštalácii. Zabráni sa tým premodulovaniu nadväzujúcich častí elektroakustického reťazca.
Okrem stereofónnych výstupov [L a R kanál] často nájdeme aj tretí MONO výstup z príslušnej zbernice, jeden nikdy nevie kedy sa zíde…
meranie úrovne signálu
Na meranie úrovne výstupného signálu slúžia indikátory úrovne. Používajú sa ešte stále klasické ručičkové, alebo pomocou stĺpca LED diód. Ručičkové prístroje sú pomalé, preto sa k nim zvykne pridávať indikátor špičiek s LED diódami. Na lepších pultoch [v súčasnosti skoro každom] nájdeme ešte indikátor fázy výstupného signálu - korelátor. Je dôležitý hlavne pre kontrolu mono zložky, v prípade zlých fázových pomerov výstupného signálu nastávajú problémy s posluchom na monofónnych prijímačoch.
Indikátory úrovne signálu charakterizuje množstvo parametrov, tie hlavné sú asi merací rozsah, nábežná a dobežná časová konštanta a typ meranej veličiny [špičkový indikátor, meranie efektívnejústrednej hodnoty a pod.]. Merací rozsah zrejme netreba vysvetľovať, nábežná časová konštanta vyjadruje ako rýchlo indikátor zareaguje na nárast meranej veličiny, dobežná zase ako dlho sa “zotavuje” pri poklese úrovne signálu. Špičkové indikátory sú dôležité pri kontrole úrovne z hľadiska premodulovateľnosti elektroakustického reťazca [hlavne pri digitálnom spracovávaní a modulátoroch pre vysielače].
V digitálnych systémoch je nutné ošetriť signál voči modulačným špičkám, aby nedošlo k prekročeniu maximálneho rozsahu [full scale] A/D prevodníka, alebo pretečeniu pri matematických operáciách. Skreslenie spôsobené pri prebudení prevodníka zo stavu 1111.1111.1111.1111 na stav 0000.0000.0000.0000 je neprirodzené a tým aj veľmi počuťeľné. V analógovom systéme sa prebudenie prejaví len tvarovým skreslením signálu [“orezanie obálky”], ktoré je síce tiež počuteľné, ale ucho je k nemu tolerantnejšie. Sledovanie špičiek pri modulovaní vysielačov je nemenej dôležité, prebudenie amplitúdovo modulovaného vysielača o 3dB [čo je nepočuteľné], znamená zvýšenie výstupného výkonu vysielača na dvojnásobok!
kontrolný odposluch
Mixážne pulty musia umožňovať kontrolu všetkých prichádzajúcich aj odchádzajúcich signálov. Kontrola prichádzajúcich signálov sa obyčajne robí priradením daného signálu do odposluchovej zbernice. Robí sa to napríklad tlačidlom, alebo stiahnutím fadera do najnižšej polohy. Posluch odchádzajúcich signálov sa obyčajne volí na špeciálnom ovládacom paneli venovanom tomuto účelu. Okrem hlavných zberníc PGM a AUD je zvykom počúvať signály z niekoľkých externých vstupov, napríklad tuneru.
Dobrý pult umožňuje voliť nezávisle zdroj odposluchu pre réžiu a hlásateľňu.
Na externé vstupy sa zvykne pripojiť tuner, aby vysielací technik mohol kontrolovať celý signálový reťazec. Stanice, ktoré majú viacero vysielačov, využívajú aj odposluch za výstupným procesorom. V prípade výpadku lokálneho vysielača je totiž nutné pokračovať vo vysielaní a odposluch surového signálu z výstupu PGM zbernice niejevo väčšine prípadov vhodný.
riadiaca logika, diaľkové ovládanie
Úlohou riadiacej logiky je generovať všetky riadiace signály pre samotný pult a pre externé zariadenia. Vnútorné riadiace signály sa používajú napríklad na prepínanie signálových ciest vo vnútri pultu [prepínanie vstupov, zaraďovanie výstupných signálov do zberníc, umlčovanie hlasitých odposluchov] a väčšinou sú odvodené od stavu ovládacích prvkov na paneli pultu.
Riadiace signály pre externé zariadenia sú väčšinou odvodené od polohy faderov, alebo riadiacich tlačidiel [ON/OFF]. Sú určené na diaľkové ovládanie pripojených zariadení - faderštart pre prehrávače, alebo červená pre mikrofóny.
Riadiace signály sa generujú rôznymi spôsobmi, v minulosti to boli pomerne zložité logické obvody, v súčasnosti sú vytláčané mikroprocesormi.
Vysielací pult [podľa výrobcov má označenie “american-style”] má v spodnej časti pod faderom dve veľké presvietené tlačdlá ON a OFF. Tieto súžia na zamutovanie [umlčanie] signálovej cesty a na diaľkové spúšťanie pripojených zariadení. Pri aktivovaní danej cesty [stlačenie ON] sa vysiela impulz na spustenie zariadenia pripojeného na príslušný vstup. Pri stlačení tlačidla OFF sa cesta zamutuje a vyšle sa signál na zastavenie zariadenia. Iný spôsob ako generovať spúšťacie impulzy je odvodiť ich od polohy fadera. Pokiaľ je stiahnutý v minime, kanál je zablokovaný a jeho vytiahnutím z minima sa vysiela štartovací impulz. Táto konfigurácia je vhodnejšia na menej dynamické vysielanie, lebo vytiahnutie faderu z nulovej do pracovnej polohy trvá nejaký čas, čo sa prejaví nechceným fade-inom v pripravenej skladbe.
Najčastejšie používané typy riadiacich signálov sú otvorený kolektor, relé, prípadne napäťová úroveň. Z hľadiska elektrickej bezpečnosti je rozumné neťahať von z pultu žiadne napätia a riadiace „kontakty“ galvanicky oddeliť. S výhodou sa na tento účel používajú miniatúrne relé, alebo optočleny. Medzi relé a optočlenom nie je v princípe okrem ceny žiaden kvalitatívny rozdiel. V niektorých aplikáciách môže vadiť zbytkové saturačné napätie priechodu C-E optočlena [okolo 0,1V] takže v tomto prípade je potrebné použiť relé.
mechanická konštrukcia vysielacieho pultu
Vzhľadom na vysoké prevádzkové namáhanie je vhodné ak je pult vstavaný v masívnej kovovej konštrukcii. Na trhu nájdeme dva druhy vyhotovenia - celý pult je jeden celok, alebo je poskladaný z jednotlivých modulov. Jednoliaty celok má výhodu jednoduchej mechanickej konštrukcie [lacné], ale v prípade poruchy je ťažšie opraviteľný. Výrobca asi najpopulárnejších pultov Airtrak, americká firma Broadcast Electronics si s týmto problémom ľahko poradila a vrchný panel s ovládacími prvkami sa vyklápa podobne ako kapota na aute. Týmto servisný technik získa prístup ku celej elektronike pultu a dokáže na nej robiť menšie servisné zásahy [aj väčšie, závisí od jeho zručnosti :-) ] aj počas vysielania bez jeho prerušenia. Naproti tomu pult poskladaný z modulov je z mechanickej stránky zložitejší, má ale obrovskú výhodu. Pri vhodnom návrhu elektroniky pultu je možné pokazený modul aj za prevádzky vybrať a vymeniť ho za funkčný. Tento sa zasunie napäť do main-boardu a vysielanie bez prerušenia beží ďalej.
Vzhľadom na to, že vysielacie pulty sa po zapojení nezvyknú prekáblovávať, všetky signály sa pripájajú do zadnej časti pultu pomocou plastových zaskakovacích konektorov. Toto riešenie má jasný dôvod, je veľmi lacné a pomerne spoľahlivé.
napájanie mixážnych pultov
Na výrobu napájacích napätí slúži napájací zdroj. Vzhľadom na vysoké požiadavky na kvalitu a stabilitu napájacích napätí, zdroje bývajú pomerne zložité. Pre zvýšenie spoľahlivosti sa často stretneme so zdvojenými napájačmi, ktoré umožňujú pokračovať v prevádzke aj v prípade zlyhania niektoej časti zdroja.
Elektronika mixážneho pultu vyžaduje niekoľko rôznych napájacích napätí:
- napájanie analógovej signálovej časti - najčastejšie + a -15V. Pre minimalizáciu rušenia spôsobenú napájacím zdrojom sa používajú lineárne zdroje [klasický transformátor, usmerňovač a lieárny stabilizátor]
- fantómové napájanie mikrofónov +48V, táto napájacia vetva prichádza tiež priamo do styku s audio signálom, platí to čo pre analógové napájanie
- napájanie riadiacej logiky - závisí od použitých obvodov, obyčajne +5 až +15V, nároky na rušenie už niesú tak vysoké, môžu sa použiť aj spínané zdroje
- napájanie signalizačných obvodov - žiarovky tlačidiel a podobne, platí to isté čo v predchádzajúcom bode
Napájací zdroj sa zvykne realizovať externe, namontuje sa do racku a napätia sa privedú káblom. Odstráni sa tým rušenie sieťovým transformátorom a problémy s chladením zdroja.
Digitálny mixážny pult pre vysielacie štúdio
vstupná jednotka
V číslicovom pulte je z dôvodu úplne inej formy spracovania signálov aj situácia úplne iná. Aj digitálnych signálov je niekoľko druhov a ešte viacej štandardov, preto ani digitálny vstup nebude tak jednoduchý. Podľa požiadaviek musí byť schopný prijať profesionálny symetrický formát AES/EBU, komerčný formát SP-DIF v jeho elektrickej aj optickej forme, alebo iné používané signály. Navyše ku číslicové pulty musia mať aj analógový front-end, pretože aj v čisto digitálnom štúdiu sa vyskytujú analógové signály, stačí uviesť mikrofón. Na spracovanie týchto signálov sa používajú analógové vstupné obvody s analógovo-číslicovými prevodníkmi.
Aj v prípade prijatia digitálneho signálu sme sa nezbavili všetkých problémov, tento môže mať [a väčšinou aj má] iné parametre aké sa používajú pri jeho spracovávaní signálovými procesormi v pulte, hlavne iné bitové rozlíšenie a inú vzorkovaciu frekvenciu. V týchto prípadoch je nutné použiť niektorý z algoritmov pre dithering [upraviť počet bitov], alebo re-sampling [upraviť vzorkovaciu frekvenciu].
číslicové spracovanie signálov
Problém spracovávania čislicových signálov je tiež diametrálne odlišný od analógového ekvivalentu. Kým v klasických analógových obvodoch navrhujeme precízne obvody so zosilňovačmi, filtrami, vedeniami a podobne, u číslicových systémov je potrebné nájsť len vhodný algoritmus, ktorý realizuje funkciu konkrétneho analógového predchodcu. Už nás nezaujímajú parametre ako sú amplitúdovo frekvenčné charakteristiky zosilňovačov, presluchy, zaťažovacia impedancia, ale len výpočtový výkon daného procesora, alebo šírka slova jeho aritmeticko logickej jednotky. V súčasnosti sa vyrábajú už aj optimalizované procesory s duálnymi matematickými jadrami, ktoré umožňujú paralelne spracovávať signály ľavého aj pravého kanála, čím sa ušetrí polovica času procesora.
digitálne ovládacie prvky
Interfejs medzi človekom a počítačom tvoria rôzne ovládacie prvky, od tlačítok, cez otočné a posuvné enkódery až po veľkoplošné displeje. Aby procesory vedeli čo majú robiť a zároveň mixážny pult ostal pohodlne obsluhovateľný [klikanie myšou je nepoužiteľné], analógové potenciometre majú svoju digitálnu obdobu. Namiesto odporovej dráhy sa ale používajú rôzne inkrementačné, alebo absolútne snímače polohy. Tlačidlá ostávajú nezmenené a na indikáciu stavu celého pultu sa s výhodou používajú LCD displeje rôznej veľkosti a kvality.
Jednoduché vysielacie pulty obyčajne ovládací displej nemávajú [je zbytočný] a nastavujú sa z externého počítača [midi, ethernet, sériová linka], iné pulty mávajú displej s prehľadným menu, ktorým sa riadia všetky funkcie pultu.
realizácia zosilňovača s premenlivým ziskom
Je asi to najjednoduchšie čo sa dá pomocou sigálového procesora urobiť, ide o jednoduché násobenie prichádzajúcich vzoriek konštantou udávajúcou zisk “zosilňovača”.
číslicový filter
V tomto bode nechcem veľmi zabiehať do detailov, lebo problematika číslicového filtrovania je veľmi rozsiahla. V princípe možno povedať, že aj ten najzložitejší číslicový filter je len matica čísel a pomocou dobrého algoritmu je možné realizovať napríklad aj exotické filtre, povedzme päťdesiateho rádu, čo bolo v analógovej verzii nemožné.
Najjednoduchší číslicový filter funguje na princípe postupného násobenia [koeficienty A a B], sčítavania a posúvania vzoriek [bloky Z-1, odborná verejnosť prepáči za výraz]. Obr 6-8.
Obr. 6-8: Príklad realizácie číslicového filtra
Podľa typu filtra je potrebné zvoliť konfiguráciu [algoritmus] a podľa rádu filtra je potrebný príslušný počet posuvných krokov.
Ak raz máme vhodný algoritmus číslicovej fitrácie nieje problém použitím vhodných ovládacích prvkov zrealizovať napríklad niekoľkopásmový plne parametrický ekvalizér.
dynamický procesor
Ak číslicový “zosilňovač” bude sledovať aj históriu amplitúdy signálu, ktorý spracováva, dá sa meniť jeho zosilnenie v závislosti na spracovávanom signále a dostávame dynamický procesor [kompresor, limiter, expandér].
zbernice
Realizácia sumačného zosilňovača je opäť veľmi jednoduchá. Stačí len spočítať všetky potrebné vzorky zo všetkých zmiešavaných kanálov, prípadne ich vynásobiť konštantou [zisk] a zbernica je hotová. Nepotrebujeme žiadne káble, žiadu symetriu a nebudeme mať ani žiadne presluchy medzi kanálmi…
výstupná jednotka
Pre výstupnú jednotku platí v princípe to isté ako pre vstupnú, ale smer toku signálov je opačný. Výsledok zo signálového procesora je potrebné upraviť na vhodné výstupné signály. Procesory používané v pultoch pracujú väčšinou s plávajúcou desatinnou čiarkou a oveľa väčším počtom bitov ako sa používa v štúdiách na prenos zvuku medzi jednotlivými zariadeniami. Preto nastupujú ditherovacie algoritmy, prípadne zmena z internej vzorkovacej frekvencie na požadovanú výstupnú. Taktiež je potrebné pult synchronizovať s ostatnými číslicovými zariadeniami v štúdiu, kde nachádzajú uplatnenie rôzne oneskorovacie registre.
Aj od číslicového pultu vyžadujeme rovnaké výstupné signály ako od analógového [hlavný stereo výstup, pomocný stereo výstup, telefónne zbernice, pomocné zbernice, odposluchy], pridáva sa ale problém, že niektoré signály musia z pultu vystupovať aj v analógovej forme. Ide hlavne o odposluchy pre réžiu, alebo štúdio, odposluchy do slúchadiel a podobne. Pre tieto signály má výstupná jednotka pultu číslicovo-analógové prevodníky. Digitálne signály sa môžu prenášať v ľubovoľnej, v predchádzajúcej kapitole spomenutej, forme. Preto sa výstupné moduly zvyknú realizovať ako prídavné karty, kde sa dá kúpiť požadovaná konfigurácia [analóg, AES-EBU, koaxiálny SP-DIF, optický SP-DIF, prípadne iné].
