Come funzionano i Radiomicrofoni

Sistemi via radio e legislazione vigente

Sistemi wireless Shure

  Il mondo dello spettacolo negli ultimi anni ha ampliato l’utilizzo di sistemi via radio, e segnatamente di radiomicrofoni, in-ear monitor, intercom via radio e walkie-talkie che hanno contribuito alla spettacolarizzazione di molte produzioni rendendo possibili effetti e movimenti altrimenti irrealizzabili.

Cosa sta accadendo

Riuscite ad immaginare un lavoro senza sistemi via radio?

  Una rivoluzione culturale ove spesso si sceglie il ristorante per la qualità della rete wi-fi piuttosto che del cibo, i ragazzi si incontrano per mandarsi messaggi da un lato all’altro della strada e i telefoni sono ormai delle balie piuttosto che dei sistemi di comunicazione, con gran parte del pubblico preoccupato di riprendere e trasmettere su Youtube il concerto a cui assiste, piuttosto che goderne dell’ascolto.

   L’abitudine ad una vita “wireless”, dove anche gli asciugamani di un hotel vengono tracciati con apparecchi in radiofrequenza, sta stravolgendo anche il nostro mondo con un uso talvolta anche demenziale di apparati senza fili, tanto che presto occorrerà ripensare le priorità e rinunciare a qualche sistema via radio…

   I radiomicrofoni, la cui idea era stata brevettata nel Regno Unito già nel lontano 1917, hanno incontrato una grande diffusione ma ormai l’uso della radiofrequenza non si esaurisce più a questi apparati o agli altrettanto “vetusti” sistemi di in-ear monitor, sistemi di comunicazione via radio sono utilizzati per il controllo remoto di mixer, proiettori luminosi, reti di amplificatori, così come i sistemi di comunicazione sono sempre più via radio.

Analizzatore di spettro radiofrequenza

Affollamento digitale

   Poiché nel corso degli anni si è progressivamente abbandonato l’uso della banda VHF per convergere verso quella UHF, questo per le ridotte dimensioni delle antenne, che ha permesso di ridurre l’ingombro dei trasmettitori e di realizzare antenne in ricezione con migliore direttività, a parità di dimensioni rispetto alla banda VHF, l’affollamento di tale banda dato dai trasmettitori TV sta creando notevolissimi problemi.

   Inizialmente la banda UHF era significativamente più libera che quella VHF, condizione che è andata progressivamente peggiorando fino all’attuale stato di congestione quasi totale in numerose zone del Paese.

   L’ormai avvenuta transizione delle trasmissioni televisive al reame del digitale ha permesso di accorpare più reti tv in un singolo canale, i famosi MUX, permettendo di ridurre lo spettro utilizzato, nonostante i molti nuovi canali tematici introdotti.

   Questa migrazione non ha però lasciato maggiori spazi ai famosi utenti secondari, così siamo legislativamente definiti con i nostri apparecchi per spettacolo, poiché presto sono intervenute limitazioni sia tecniche sia legislative.

   Le trasmissioni del digitale terrestre televisivo presentano infatti un uso intensivo dello spettro, ovvero occupano in modo intero il canale, al contrario delle precedenti trasmissioni analogiche che, tra le varie portanti dei segnali audio e video, consentivano di posizionare qualche canale di sistemi ad uso spettacolo.

   A rendere ancora più drammatica la situazione è giunto un provvedimento legislativo che dal gennaio 2013 ha limitato la banda UHF televisiva a 790 MHz, assegnando ad altri servizi lo spettro superiore, prima in Italia libero fino a 854 MHz. Inoltre, fino al 2023 non dovrebbero esserci novità nella banda 470-790 MHz, secondo i resoconti della conferenza WRC-15 di novembre 2015.

   Il risultato è uno spettro incredibilmente affollato con spazi sempre più ridotti per utilizzatori “secondari” come sono classificati i sistemi di radiomicrofoni, in-ear monitor ed intercom via radio (PMSE Program making and special events, per l’UE).

   Da un punto di vista legislativo tali sistemi sono infatti catalogati come utenti secondari ovvero come sistemi che possono subire interferenze da parte di utenti primari, ovvero da parte di coloro che pagano una concessione per utilizzare in modo esclusivo una frequenza di trasmissione, ma che non debbono invece interferire con le attività di costoro.

   Questa condizione pone i costruttori di radiomicrofoni, in-ear monitor ed intercom via radio nella condizione di dover offrire una sempre maggiore flessibilità, sia come larghezza di banda che come capacità di selezionare le frequenze di sintonizzazione, per consentire agli operatori di trovare sempre delle frequenze libere per poter operare, condizione particolarmente ardua in un paese come l’Italia dove gli spettacoli sono spesso sottoposti ad estenuanti tournée.

Le proposte dei costruttori

Sistema radiomicrofoni multipli in unico ricevitore

   Un quadro così critico ha spinto i costruttori a mobilitarsi per proporre soluzioni tecniche in grado di facilitare l’operatività dei loro clienti. 

   Le soluzioni adottate dai vari produttori possono essere suddivise nella ricerca di metodi di trasmissione per massimizzare il numero di canali contemporaneamente operanti nello spettro o nella ricerca di bande di frequenza meno affollate di quella UHF. 

   La tecnica di trasmissione digitale è pertanto comparsa nel mercato dei radiomicrofoni garantendo un numero maggiore di canali compatibili a parità di spettro occupato, questo grazie a sistemi di trasmissione che consentono di ridurre la potenza di trasmissione rispetto all’analogico. 

   Bisogna però prestare enorme attenzione nella corretta verifica della bontà della ricezione, soprattutto se si opta per trasmissioni a bassa potenza, che nel caso del digitale possono scendere fino a valori di circa 1mW, poiché se l’analogico “avvertiva” della carente ricezione con delle perdite istantanee, i cosiddetti drop-out, nel digitale la perdita di ricezione si tramuta in un silenzio prolungato. 

   Si tratta dell’effetto gradino: ovvero audio eccellente senza alcuna perdita/disturbo fino ad una soglia oltre la quale non abbiamo un funzionamento intermittente ma una vera e propria perdita totale del segnale il cui ripristino non è immediato. 

   Per ovviare a questo problema alcuni costruttori hanno implementato nei sistemi digitali il cosiddetto “frequency diversity” ovvero la possibilità di utilizzare due trasmettitori che trasmettono lo stesso segnale audio su due differenti frequenze in modo tale che in caso di perdita di un segnale l’altro possa continuare garantendo una continuità del segnale audio. 

   Tale sistema è stato introdotto anche in sistemi analogici di alta gamma, implementati anche all’interno di un singolo trasmettitore multi-frequenza, che può effettuare il cambio della frequenza durante l’uso in modo automatico o manuale secondo un sistema remoto di coordinamento e analisi dello spettro disponibile, ovviamente la complessità costruttiva di tali sistemi li rende particolarmente costosi e pertanto poco diffusi. 

   Alcuni sistemi digitali comprimono anche la parte audio secondo algoritmi che non sono propriamente lineari rendendo la qualità audio accettabile per un oratore, meno per un cantante, affatto per strumenti musicali dalla dinamica e dalla risposta in frequenza complessa. 

   L’ottimizzazione delle tecniche di trasmissione ha riguardato anche i sistemi di in-ear monitor ove si è partiti dalla soluzione dei più banali problemi, spesso infatti l’antenna del ricevitore portatile rivolta verso l’alto, e realizzata con un morbido filo, si arricciava riducendo in modo sensibile la ricezione. 

   Alcuni costruttori hanno presentato antenne rigide, altri hanno pensato bene di rivolgerle verso il basso certi che la forza peso esista… ma questa non sempre è stata la soluzione del problema. 

   Recente è l’introduzione della ricezione diversity nei sistemi di in-ear monitor, ovvero un doppio ricevitore che, secondo varie tecnologie, spesso proprietarie, seleziona la ricezione migliore tra le due antenne, o una combinazione delle due, in modo di evitare le perdite di segnale radio dovute alle riflessioni. 

   Se tale tecnologia è ormai presente da qualche decennio sui sistemi di radiomicrofoni la difficoltà della sua introduzione nei sistemi di in-ear monitor era legata sia all’alimentazione di un doppio ricevitore sia alla sua miniaturizzazione, visto che deve essere alloggiato dentro un sistema tascabile da indossare, che dunque avrà anche due antenne.

   La nuova generazione di batterie ricaricabili ad alta capacità ha permesso che tali apparati abbiano una durata sufficiente, spesso non garantita dalle batterie alcaline, soprattutto per certi artisti un po’ duri d’orecchio… 

   Un aiuto concreto all’abbattimento delle cancellazioni dovute alla somma di onde riflesse e dirette, particolarmente delicato nei sistemi in-ear monitor non diversity, è venuto dal diffondersi di antenne non polarizzate, tipica quella con un’antenna spiralata in un cono di plexiglass. 

In Ear Monitor (IEM) Shure

Le tecniche di trasmissione digitale stanno approdando pure nei sistemi di in-ear monitor anche se la possibile latenza nel monitoraggio musicale può essere un problema sensibile, certamente la qualità della ricezione ne guadagna sensibilmente e poi c’è anche chi ha pensato di non limitare il sistema alla stereofonia, trasmettendo ben quattro canali audio, ve lo immaginate il cantante alle prese con un bodypack con 2 antenne e 4 potenziometri? Auguri!

 Il cambio di banda di frequenza è l’altra strada maestra seguita per tentare di affrancarsi dai problemi della banda UHF, quindi spostarsi verso le frequenze in gamma GHz, non una novità assoluta visto che il costruttore Sabine proponeva un sistema del genere oltre dieci anni fa, così come altri costruttori stanno riscoprendo il mondo VHF. 

   In questi dieci anni si è però incredibilmente sviluppata la tecnologia legata alle ormai onnipresenti reti wi-fi che ha portato sul mercato componenti industriali a prezzi molto concorrenziali e tecniche di funzionamento ormai testate e ingegnerizzate per apparecchi portatili, rendendone estremamente economico l’impiego. 

   Nonostante la ritrosia dell’industria audio ad utilizzare tecnologia consumer in apparati professionali sembra che i principi di funzionamento del wi-fi si stiano aprendo una solida strada, tra l’altro già ampiamente sfruttata da molti fonici che “remotano” la propria console audio con dei tablet consumer. 

   Grazie quindi a componenti di larga scala sono apparsi sistemi di radiomicrofoni che utilizzano la banda presidiata anche dal wi-fi, ovvero la banda intorno ai 2.4 e ai 5.4 GHz quindi di libero uso in modo sostanzialmente universale (compreso 1.8, ancora in fase di approvazione ndr), negli USA è a disposizione anche l’intervallo 920-928 MHz che in Europa è invece assegnato ai telefoni GSM. 

   I limiti di queste bande sono dati dall’affollamento, grazie alla diffusione delle reti wi-fi, dalle dimensioni fisiche dell’onda che viene fortemente attenuata dagli ostacoli fisici, dalla pesante perdita dei cavi d’antenna ma possono godere dalla facile miniaturizzazione di antenne anche direttive e da potenze di trasmissione maggiori (fino a 100 mW) senza peraltro risultare come utenti secondari della banda. 

   Per risolvere questi problemi sfruttando al meglio le opportunità della banda i costruttori hanno implementato dei sofisticati sistemi di trasmissione. 

   Molti apparecchi usano trasmissioni multicanali duplex, ovvero il segnale audio viaggia su due distinte frequenze dal trasmettitore al ricevitore, che in costante dialogo reciproco, analizzano lo spettro e decidono in modo automatico per un eventuale cambio della frequenza di trasmissione di uno dei due canali se sovviene un disturbo, così da evitare qualsiasi interruzione della trasmissione audio. 

   I dati audio vengono inoltre inviati in modalità multiplexata, ovvero con pacchetti di dati alternati come avviene nei sistemi di in-ear monitor, ma in questo caso piuttosto che alternare il canale destro ed il sinistro si invia due volte lo stesso canale audio, in modo che un’interruzione di dati dovuta ad una perdita di segnale radio possa essere rimpiazzata senza vuoti sonori. 

   Per risolvere il problema della facile schermatura fisica a tali lunghezze d’onda i trasmettitori alloggiano spesso due antenne di trasmissione che vengono alternate nell’uso qualora una delle due sia oscurata, sempre grazie alle informazioni ricevute dalla comunicazione bidirezionale tra trasmettitore e ricevitore. 

   Per prevenire situazioni classiche, come il posizionamento della mano su un radiomicrofono palmare, le due antenne sono tipicamente posizionate una in fondo ed una in cima al trasmettitore in modo di rendere sostanzialmente impossibile coprirle entrambe, anche se le mani sono quelle di Gianni Morandi…

Soluzioni

   In questi casi la soluzione migliore per operare sistemi di radiomicrofoni, particolarmente necessaria quando si tratta di sistemi complessi come quelli sempre più spesso in uso per musical e festival, è quella di verificare con una scansione in loco le frequenze libere. 

   È preferibile utilizzare sistemi di scansione dedicati evitando l’utilizzo dei radiomicrofoni o degli in-ear monitor come scanner. 

   Questi saranno infatti in grado di offrire scansioni frutto della sensibilità propria dell’apparecchio, spesso limitata dalle antenne direttive dedicate e della banda di funzionamento, impedendo di leggere disturbi magari prossimi alla banda in uso o con direzione diversa da quella di puntamento dell’antenna direttiva.

   Un apparato di misura dedicato, dotato di corretta antenna omnidirezionale di misura, fornirà un quadro molto più esauriente e potrà rimanere in uso anche durante prove e spettacolo continuando a monitorare una situazione che potrebbe cambiare dinamicamente a causa dell’arrivo, ad esempio, di troupe radio/televisive o di sistemi di trasmissione ad uso vigilanza o pronto soccorso.    

   Accanto a sistemi dedicati da tempo presenti sul mercato come scanner da tavolo tipo Hameg 5014 e sistemi portatili come gli apparati Winradio da qualche tempo si sono aggiunti apparati assai economici ma dalle prestazioni ragionevoli come l’RF Explorer che riesce a fornire dei validi risultati soprattutto se implementato con un software di controllo remoto avanzato. 

   Una volta correttamente determinato lo spettro disponibile occorre selezionare le frequenze compatibili in ciascuno degli apparecchi in radiofrequenza in uso, coordinandosi anche con eventuali servizi accessori come appunto troupe radio/televisive o servizi di vigilanza o pronto soccorso. 

   La ricerca delle frequenze compatibili è semplificata utilizzando un apparecchio dello stesso marchio che ha dei gruppi di canali pre-memorizzati per l’uso contemporaneo, ma è comunque possibile calcolare, con appositi software di calcolo, sia di terze parti come lo IAS di Professional Wireless, sia con quelli degli stessi costruttori che consentono di inserire frequenze e caratteristiche tecniche anche di altri produttori, la miglior compatibilità possibile in rapporto alle frequenze disponibili. 

   Una volta individuate le frequenze libere e compatibili, qualora esse siano in numero superiore a quelle necessarie, è sempre bene sintonizzare gli apparecchi al centro della propria banda operativa: questo garantisce un loro migliore funzionamento in quanto sia le antenne di trasmissione che quelle di ricezione, sia l’intera elettronica a bordo, se funzionano su una vasta banda, sono certamente ottimizzate per il centro di tale banda.

Manutenzione

   Ad una scrupolosa verifica delle frequenze libere e compatibili andrebbe chiaramente associata un’altrettanto scrupolosa manutenzione degli apparati in uso: i sistemi in radiofrequenza sono infatti sistemi sensibili, come e più di tutti gli apparecchi elettronici, ad urti meccanici dovuti a trasporti, eccessi di temperatura, invecchiamento, ecc. 

    Pertanto evitate derive termiche dei componenti, che spesso si traducono in frequenze di trasmissione/ricezione “ballerine”, utilizzando rack ben areati, pulite bene gli apparecchi se li utilizzate a contatto con il corpo umano e dunque con il sudore, ricco di sali altamente corrosivi, ovvero, come regola generale, sottoponete l’apparecchio ad una scrupolosa manutenzione e a una revisione e taratura in laboratori specializzati ogni uno/due anni a seconda dell’intensità d’uso. 

   Grande cura andrebbe anche riservata alla scelta delle batterie che alimentano i sistemi portatili: se le batterie alcaline sono sempre state consigliate per ragioni di durata, occorre oggi considerare il loro costo economico ed anche l’aspetto ecologico dello smaltimento, rispetto alla nuova generazione di batterie ricaricabili. 

   Sono infatti disponibili, ad un prezzo poco più che doppio delle alcaline, delle ottime batterie ricaricabili che consentono durate ancor maggiori delle stesse alcaline, purché l’apparecchio sia dotato di survoltore interno - visto che le ricaricabili hanno voltaggio nominale di 1,2 volt, a fronte della possibilità di numerose ricariche. 

   In tempi di crisi economica è davvero stupefacente come così poche società di noleggio si siano equipaggiate con uno dei tanti caricatori di batterie, esistono anche comode soluzioni da rack, che consentirebbero degli enormi risparmi a fronte di un aggravio di lavoro davvero minimo considerato che, batterie ricaricabili stilo da 2450mA, riescono a fornire anche 16 ore di funzionamento su trasmettitori a 10mW (prova personale in uso reale!). 

   Per impegni particolarmente gravosi sono comparse sul mercato anche delle batterie al litio che garantiscono una durata di circa il 40% superiore alle batterie alcaline e sono soprattutto meglio resistenti agli sbalzi di temperatura, oltre a garantire un immagazzinamento più longevo a parità di carica residua. 

Quadro Legislativo

   A fronte di così tante nuove problematiche nell’uso dei sistemi senza fili occorre sottolineare come negli ultimi tempi è stato però chiarito il quadro legislativo riguardante gli apparecchi ad uso spettacolo, ponendo così fine ad un caos amministrativo, che spesso poneva gli utilizzatori alla mercé di controllori non sempre ben documentati rispetto alla specificità del nostro settore. 

   Innanzi tutto per i sistemi in radiofrequenza, contrariamente a quanto avviene per molti altri apparecchi in uso nel settore dell’intrattenimento, occorre, oltre alla marchiatura CE, obbligatoria per i soli apparecchi di costruzione posteriore al 1995, anche la registrazione presso il Ministero delle Comunicazioni. 

   Tale registrazione va compiuta dal costruttore dell’apparato o da chi lo distribuisce in Italia. 

   Se un organo di Polizia o un ispettorato territoriale delle Poste chiede tale attestazione all’utilizzatore, lo stesso non è tenuto ad averla o mostrarla, poiché ciascun ispettorato territoriale delle Poste è tenuto ad avere copia di tale documento. 

    Deve però essere cura dell’acquirente verificare che sia stata correttamente registrata, presso il Ministero delle Comunicazioni, l’avvenuta messa in commercio dell’apparecchio ed eventualmente chiedere copia di tale documento al venditore. È comunque buona norma prestare particolare attenzione soprattutto a prodotti di dubbia qualità o di importazione parallela: spesso lo stesso modello, anche di marche rinomate, ha una differente banda di utilizzo in Italia rispetto ad altri Paesi anche europei, banda che potrebbe anche non essere legale in Italia! 

   Esiste un sito, ( efis.dk/views2/search-general.jsp ), dove è possibile verificare le varie bande di allocazione dei sistemi via radio nei vari Paesi europei, così come al sito del Ministero dello sviluppo economico è possibile scaricare il Decreto Legge che regola la materia.

   Le pagine interessate sono: Codice delle Comunicazioni pag. 62-69, Codice delle Comunicazioni Allegati: Allegato n°19, Allegato n°20, Allegato n°25 pag. 196-200. 

   Le bande allocate all’uso di sistemi di radiomicrofoni sono 174-223 MHz per cui è richiesta un’autorizzazione generale (Codice delle Comunicazioni Art 107, comma 10), 470-790 MHz per cui è richiesta un’autorizzazione generale (Codice delle Comunicazioni Art 107, comma 10). 

   Per richiedere l’autorizzazione generale il soggetto interessato deve presentare al Ministero una dichiarazione resa dalla persona fisica titolare, ovvero dal legale rappresentante della persona giuridica, o da soggetti da loro delegati, contenente l’intenzione di installare o gestire una rete di comunicazione elettronica ad uso privato. 

   La domanda, Allegato 19, deve essere corredata dell’Allegato 20 e degli attestati dell’avvenuto

versamento per:

Contributo per istruttoria pratica (allegato 25, art 33, comma 1, c):

1) € 20,00 per ogni domanda e fino a 5 apparati di tipologia diversa;

2) € 40,00 per ogni domanda e fino a 15 apparati di tipologia diversa;

3) € 100,00 per ogni domanda per apparati di tipologia diversa superiori a 15.

Contributo per vigilanza e mantenimento (allegato 25, art 34, comma 1, c)

1) € 30,00 in caso di utilizzo fino a 10 apparati;

2) € 100,00 in caso di utilizzo fino a 100 apparati;

3) € 200,00 in caso di utilizzo oltre i 100 apparati

   La dichiarazione costituisce denuncia di inizio attività. Il soggetto interessato è abilitato ad iniziare la propria attività a decorrere dall’avvenuta presentazione. 

    Il Ministero entro e non oltre sessanta giorni dalla presentazione della dichiarazione, verifica d’ufficio la sussistenza dei presupposti e dei requisiti richiesti e dispone, se del caso, con provvedimento motivato da notificare agli interessati entro il medesimo termine, il divieto di prosecuzione dell’attività.   

   Sono fatte salve le disposizioni in materia di conferimento di diritto d’uso di frequenze. 

   Per l’espletamento delle pratiche si consiglia di contattare l’Ispettorato Territoriale della zona dove ha sede la ditta od il privato che deve presentare la domanda. 

   Gli in-ear monitor seguono la Raccomandazione Europea ERC/REC 70-03 che può essere gratuitamente scaricata al collegamento www.erodocdb.dk/Docs/doc98/official/pdf/REC7003E.PDF.

   In particolare, come risulta dall’Annesso 13 del documento di cui sopra, esattamente a pag. 24 dello stesso, gli in-ear monitor sono classificati come Short Range Devices (S.R.D.) e devono rispettare le specifiche tecniche armonizzate EN relative. 

   Non vi è però specifica normativa applicativa italiana che li inquadri e pertanto vengono ancora assimilati, sia per l’omologazione che per quanto riguarda la contribuzione per la concessione d’uso, ai sistemi di radiomicrofoni anche se sul recente aggiornamento della raccomandazione europea ERC/REC70-03 del 28 febbraio 2008 si legge che l’Italia ha recepito tale direttiva.

Conclusioni

   Ecco dunque che esistono tutti gli strumenti normativi affinché ciascun noleggiatore di apparecchiature tecniche ad uso spettacolo sia in grado di regolarizzare la propria posizione riguardo al possesso ed uso di apparecchi in radiofrequenza, sarebbe pertanto buona norma, visti anche gli esegui importi da versare, che ciascuna ditta provveda.

   Organizzatori ed artisti, quando noleggiatori in prima persona, possono discriminare serietà e affidabilità del noleggiatore chiedendo la documentazione dell’avvenuta regolarizzazione dei sistemi in radiofrequenza, ottenendo una pronta verifica della qualità dell’interlocutore.

Riferimenti ulteriori.

Il piano Frequenze e i Software di Analisi Articolo nella rivista Backstage
Ministero dello sviluppo economico
AGCOM Autorità garante per le comunicazioni
Fondazione Ugo Bordoni Istituzione di Alta Cultura e Ricerca per il mondo delle comunicazioni
World Radiocommunication Conferences