UT1.2.1 · Guía de radiofrecuencia: normativa, intermodulación y montaje

Esta unidad sigue la Guía de radiofrecuencia de AFIAL (Javier G. Isequilla). Amplía lo básico del artículo anterior con la normativa, los in-ear, la intermodulación y cómo se monta y comprueba un sistema de verdad.

Normativa

Organismos:

• CMT → CNMC (desde 2013): regulador de los mercados de comunicaciones electrónicas. Entre otras cosas, se encarga de la canalización de las bandas UHF, donde la TDT (DVB-T) está en conflicto con los sistemas PMSE.
• ETSI: su norma ETSI EN 300 422 fija la máscara espectral que debe cumplir la modulación de los transmisores (el ancho de banda de 200 kHz).
• ITU/UIT: organismo de Naciones Unidas para las TIC; elabora el Reglamento de Radiocomunicaciones. Divide el mundo en tres regiones: España está en la región 1.

PMSE: equipos inalámbricos de audio para producción de programas y acontecimientos especiales.

CNAF (Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias): instrumento legal que asigna las bandas (de 8,3 kHz a 3.000 GHz) a cada servicio y fija, por canal, portadora y potencia máxima. Notas UN que recoge la guía (CNAF 2017):

• p.r.a.: potencia radiada aparente. p.i.r.e.: potencia isotrópica radiada equivalente.
• En la banda de TV el uso es secundario y sin derecho a protección: si interfiere un servicio primario, el que sobra es el micrófono.
• La banda de 700 MHz pasó a telefonía móvil (en Alemania se subastó en 2015; en España estaba previsto para 2020), así que los fabricantes han ido llevando sus equipos a bandas más altas.
• APWPT (Association of Professional Wireless Production Technologies): asociación de la que AFIAL es miembro, útil para consultar la normativa de otros países.

(La guía describe el CNAF de 2017; la situación vigente se comprueba en el CNAF en vigor.)

Parámetros que se repiten en el examen

• Potencia: estos equipos emiten 50 mW en el mejor caso o 10 mW. 20 dBm = 100 mW (100 veces 1 mW). Buena recepción, según la guía: −10 a −30 dBm (es una cifra muy alta; en la práctica un receptor ya recibe bien con −40 a −60 dBm). Pérdidas de propagación en el mejor caso: 40-50 dB.
• Pérdida en espacio libre: L = 32,5 + 20 log d + 20 log f.
• Desviación en FM: nominal ±40 kHz, máxima ±56 kHz.
• Ancho de banda de FM (regla de Carson): BW = 2 (desviación máx. + frecuencia de audio máx.) = 2 (56 + 20) = 152 kHz, por debajo del límite de 200 kHz de la ETSI.
• Demodulación: receptor superheterodino. Un oscilador local se mezcla con la RF y da suma y diferencia; la diferencia es la frecuencia intermedia (FI), estándar de 10,7 o 21,4 MHz, que es la que se demodula.
• Audio digital: 48.000 × 1 × 24 = 1,15 Mbps.
• Conectores: una mala soldadura o crimpado puede costar 1,5 a 3 dB. RG-58 = 50 Ω; RG-59 = 75 Ω (vídeo, MADI, reloj: marcarlos para no mezclarlos).
• Booster: útil cuando la tirada de cable pierde más de 6 dB; va en cabecera, justo después de la antena, para amplificar la señal limpia antes de que el cable meta ruido. Ganancias en pasos de 0, 5, 10 y 15 dB.
• Splitter pasivo: con más de dos salidas pierde mucho (más de 3 dB); en multicanal, activo.
• Separación de antenas: de sistemas distintos, 25-30 cm; las dos de un mismo receptor diversity, al menos λ/4 de la frecuencia más baja que sintonice.
• Diversity: funciona bien cuando los indicadores A y B van oscilando; los cables de A y B deben tener la misma longitud.

Squelch

Umbral de RF por debajo del cual el receptor corta el audio. La guía da los niveles 5 µV (suave), 15 µV (medio) y 25 µV (alto).

Caso: un receptor suena sin nivel de RF en su medidor porque se le está colando una portadora en su frecuencia. Con 5 µV basta para callarla; si la interferencia llegara a 20 µV habría que subir a 25 µV. Pero poner el squelch al máximo es peligroso: si el transmisor se aleja y su señal baja de 25 µV, el receptor corta nuestro propio audio.

El tono piloto refuerza el squelch, pero un receptor también puede ser engañado por una portadora que sea producto de intermodulación de equipos que transmiten tono piloto.

Sistemas de monitoreo in-ear (IEM)

Ventajas: sin acoples en escenario; menos monitores (escenario más diáfano); la misma mezcla en cualquier punto del escenario; menos presión sonora en escenario; mezcla de sala (FOH) más limpia.

Inconvenientes: riesgo de daño auditivo por nivel de escucha; el usuario tiene que estar acostumbrado a los in-ear y controlar más su distancia al micrófono.

Datos clave:

• Los micrófonos transmiten en mono; los IEM en estéreo (misma estructura FM). Para la misma S/N, el IEM necesita 20 dB más de portadora.
• Recepción: en mono, al menos 100 µV; en estéreo, ×10 = 1.000 µV.
• Mejor con antena de transmisión direccional externa y cable corto; la helicoidal (polarización circular) da más señal y más estabilidad porque el receptor se mueve.
• Varios IEM con sus propias antenas intermodulan mucho entre sí: se usa un combinador (no es un sumador «tonto»: gestiona la suma y limpia alrededor de cada portadora).
• Separación frente a productos de intermodulación: micrófonos, al menos 150 kHz; IEM, al menos 200 kHz.
• No usar micrófonos e IEM en la misma banda, y no poner antenas de receptores de micrófono en la línea de radiación de una helicoidal de IEM.

Intermodulación (IMD)

Qué es: modulación no deseada que aparece cuando dos o más portadoras entran en un amplificador no lineal. Los componentes de RF no son lineales, así que generan productos parecidos a la señal original, desplazados en frecuencia y con menos energía.

Dónde se produce:

• En el transmisor: en su amplificador de salida, por la interacción de su portadora con la de equipos muy próximos. Distancia mínima entre transmisores: 40 cm.
• En el receptor: en el amplificador de entrada y el primer mezclador, por niveles de señal muy altos. Antenas receptoras a más de 3 m de las emisoras.

Cuanto más cercanas las frecuencias y más cerca los equipos, más intermodulación.

Órdenes, con el ejemplo de la guía (f1 = 520 MHz, f2 = 570 MHz):

• 2.º orden: f1 + f2 = 1.090 MHz y f2 − f1 = 50 MHz. Caen lejos de nuestra banda: no preocupan.
• 3.er orden: 2f1 − f2 = 470 MHz y 2f2 − f1 = 620 MHz. Caen cerca de nuestras portadoras: es el más crítico («nuestra peor pesadilla»). Con 3 equipos aparecen además los del tipo f1 + f2 − f3.
• 5.º orden: del tipo 3f1 − 2f2. Menos energía, pero cuenta con muchos equipos o potencias altas.
• 7.º orden: el menos crítico, casi despreciable.

A mayor orden, menos energía. Los pares quedan lejos y no son relevantes; los problemáticos son los impares. Por energía: 3.º de 2 TX > 3.º de 3 TX > 5.º de 2 TX.

Para reducirla: potencias bajas de emisión cuando hay muchos sistemas (algunos equipos permiten 10 mW o 50 mW), salvo en entornos con mucho ruido de RF, donde hace falta la potencia máxima.

Espaciamientos que usan los programas de cálculo (dependen del fabricante):

Cuantas más restricciones, más seguras las frecuencias, pero menos frecuencias salen en el cálculo.

Coordinación multicanal

• Los fabricantes dan bancos o grupos de canales compatibles entre sí; a veces solo tienen en cuenta el 3.er orden de 2 TX para ofrecer más canales. No se mezclan frecuencias de bancos distintos.
• No hay un número fijo a partir del cual un sistema es «multicanal» (6, 8, 12…), pero las combinaciones crecen muy deprisa: 24 sistemas dan 552 productos de intermodulación de 3.er orden (n · (n − 1) = 24 · 23). (Los apuntes de clase dicen «25 sistemas»; la cifra de 552 corresponde a 24.) Cambiar una frecuencia sin recalcular puede ser un caos.
• Los escáneres de cada fabricante solo ven su parte del espectro; con varias marcas hacen falta programas de cálculo: IAS, Workbench (Shure), SIFM, Intermod Assist, Eazy RF, RF Intermod Pro, o la herramienta en línea de Audio-Technica.
• La intermodulación ocupa el doble del ancho de banda de las portadoras que la producen.
• DMIM (distancia mínima de intermodulación, desde que acaba el ancho de banda de un sistema hasta que empieza el del siguiente): micrófonos > 150 kHz; IEM > 200 kHz.
• DMIP (distancia mínima entre portadoras): 300-450 kHz (para adaptarse al equipo con peor selectividad), y creciente según se añaden portadoras.
• Entre micrófonos e IEM, al menos 8 MHz.
• Nada de frecuencias equidistantes ni patrones de múltiplos: intermodulan con facilidad.
• Apagar los TX y RX que no se usen.

Planificación antes del evento

• Preparar los sistemas en el almacén: cuántos, dónde, limitaciones de espectro; leer los manuales; comprobar que funcionan (en los desmontajes se dañan antenas, cables y equipos).
• Estudiar el espectro del lugar (canales de TDT, otros sistemas).
• Calcular más frecuencias que sistemas (frecuencias de reserva).
• Sistemas de reserva: como norma, 4:1 (uno de reserva cada cuatro).
• Conocer el espacio escénico para decidir tipo y ubicación de antenas.
• Llevar un kit de herramientas para pequeñas reparaciones.
• Hacer una lista de frecuencias (con las de reserva) que nunca se cierra como definitiva hasta medir en el sitio. Herramientas: Audio Architect (AKG), Workbench (Shure), WSM (Sennheiser), Winradio, RF Explorer (de bolsillo y económico).
• Un plano de antenas con colores ayuda a que cualquiera las localice.

El día del evento

• Comprobar las tensiones eléctricas del recinto.
• Colocar las antenas lejos de estructuras metálicas, dimmers, pantallas LED y campos magnéticos.
• Escanear el espectro (TDT y portadoras en nuestra banda).
• Elegir frecuencias guardando alguna de reserva.
• Nunca la misma frecuencia en dos transmisores.
• Marcar todos los sistemas y sus petacas.
• Ajustar el audio: sensibilidad en micros, nivel de salida en receptores.

Comprobación de intermodulación, uno a uno:

1. Encender TX1: su RX1 debe marcar RF.
2. Con TX1 encendido, encender TX2 y comprobar su RX2.
3. Apagar TX1: RX1 debe dejar de marcar RF. Si sigue marcando, TX2 lo está interfiriendo: cambiar la frecuencia de TX2.
4. Seguir igual con TX3, TX4…, apagando de uno en uno los anteriores.

En IEM, además, recorrer todo el espacio donde se moverá el usuario comprobando la cobertura, y escuchar sin audio y con la ganancia al máximo para oír cualquier ruido; con el transmisor apagado, el receptor no debe recibir nada en ningún punto del escenario.

Analógico frente a digital

En digital desaparecen el pre-énfasis y el compander: se ajusta la sensibilidad y se convierte a ceros y unos, con más claridad de audio. Cada fabricante usa su códec, con una latencia que puede quedar por debajo de 2 ms.

Ventajas del digital: ancho de banda flexible (hasta 320 MHz, de 470 a 790 MHz); más eficiencia espectral (más sistemas en el mismo espacio); menos intermodulación; audio encriptable.

Inconvenientes: cobertura más limitada (al alejarse, el audio se corta); si te acercas demasiado a las antenas, también se corta, así que hay que cuidar las potencias; la cadena de antenas y boosters exige más cálculo para no saturar el receptor; consumen más pilas.

La calidad se mide con la BER (Bit Error Rate: bits recibidos mal respecto al total en un intervalo), no con la S/N. La máscara de 200 kHz de la ETSI puede quedar mucho menor en digital.

Casos prácticos de la guía

• Antena a mitad de camino: acercar un dipolo que gana +6 dB con 50 m de cable que pierde −9,5 dB es mala idea. Mejor una LPDA en el receptor (+4,5 dB) con menos de 50 cm de cable. En interior, a 15-20 m sin obstáculos, no habría hecho falta nada.
• Estructura de ganancias: sumar todas las pérdidas del camino (cables, splitters) y compensarlas; por ejemplo, 20 m de RG-213 ≈ −5 dB, o un camino con −36 dB compensado con tres boosters de +12 dB. Las entradas A y B deben tener los mismos elementos y distancias.
• Receptores en cascada (RF enlazada de uno a otro): según el fabricante, de 6 a 10 equipos como máximo.
• Longitud de una antena de petaca: son de λ/4. A 550 MHz, λ ≈ 54,5 cm → λ/4 ≈ 13,6 cm. Para un equipo de 566 a 626 MHz se toma el centro (~596 MHz): λ ≈ 50 cm → λ/4 ≈ 12,5 cm. Es una aproximación: el fabricante da la exacta.

Malos hábitos que hay que evitar

• Antena pegada al truss: dejar al menos 20 cm.
• Antenas dentro del rack: la estructura metálica limita la recepción.
• IEM y receptores de micro en el mismo rack con sus antenas de varilla: muchísima intermodulación. Separarlos en racks distintos, IEM con combinador y receptores con splitter y antenas externas.
• Antenas detrás de una malla metálica: hace de jaula de Faraday y quedan inútiles.
• Antenas demasiado juntas en un chasis: el diversity no trabaja bien; separarlas λ/4 de la frecuencia más baja.