Wissen: Drahtlose Audioübertragung im WLAN für Musiker

Das WLAN ist allgegenwärtig und auch Musiker nutzen gerne diesen häufig überfüllten Frequenzbereich

Drahtlose Audioübertragung im WLAN und das Shure GLXD24/SM58

Außerhalb der Testberichte im Bereich Stage wollen wir nachfolgend eine kleine Fachkunde zum Thema drahtlose Audioübertragung liefern. Die wichtigsten Fragen sind hier Übertragungsqualität, Verbindungsstabilität, sowie die möglichen Frequenzvarianten in Bezug auf mögliche anfallende Gebühren und Zukunftssicherheit. Der Schwerpunkt liegt hierbei jedoch auf dem WLAN-Bereich. Dazu wurde uns von der Firma Shure das GLXD24/SM58 zur Verfügung gestellt. Hierbei handelt es sich um einen Handsender mit SM58-Mikrofonkapsel plus Empfänger. Gesendet wird im 2,4 GHz ISM Band.

Unser Testkandidat in Sachen WLAN Performance, das Shure GLXD24

Das Shure GLXD24 Set als solches wurde hier auf Amazona.de bereits unter dem Titel „Der Kampf um das 2,4 GHz-Frequenzband“ getestet. Den Testbericht findet ihr hier: klicken!

Hier für unsere Betrachtungsweise ein paar relevante Fakten zum Shure GLXD24:

• Abstimmungsbandbreite: 2400 – 2483,5 MHz
• typische Reichweite: 60 m
• Frequenzgang: 20 Hz – 20 kHz (abhängig vom Mikrofontyp)
• Dynamikbereich: 120 dB (A-bewertet)
• HF-Empfindlichkeit: -88 dBm, typisch
• Kanäle: 17 (davon unter optimalen Bedingungen maximal acht parallel)

Standards im WLAN Bereich

Kaum ein anderes Frequenzband ist im privaten beziehungsweise lokalen, nicht-gebührenpflichtigen Bereich so prominent wie der mittlerweile sehr beliebte 2,4 GHz WLAN-Bereich. Darüber hinaus tummeln sich hier auch noch die Bluetooth-Standards. Das sogenannte ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band) benutzt Frequenzbereiche, die durch Hochfrequenzgeräte in Industrie, Wissenschaft, Medizin, in häuslichen und ähnlichen Bereichen genutzt werden können.

Unser 2,4 GHz Band ist jedoch nur ein kleiner Teil dieser ISM-Bänder. Der 802.11(x) Standard ist wiederum eine Normenfamilie, die die Datenrate, Kompatibilität, Frequenzbänder und Modulationsverfahren im Drahtlosverkehr regeln. Die wichtigsten Standards sind hier aufgeführt:

• IEEE 802.11: bei 2,4 GHz mit 22 MHz Kanalbreite
• IEEE 802.11g und 802.11n: bei 2,4 GHz mit 20 MHz Kanalbreite
• IEEE 802.11n: bei 2,4 GHz mit 40 MHz Kanalbreite
• IEEE 802.11n: bei 5 GHz mit 20 und 40 MHz Kanalbreite
• IEEE 802.11ac: bei 5 GHz mit 80 und 160 MHz Kanalbreite
• IEEE 802.11ad: bei 60 GHz mit 2 GHz Kanalbreite

Im 2,4-GHz-Band gibt es 13 Kanäle, die jeweils 5 MHz umfassen. Hierbei werden jeweils vier Kanäle zu einem 20 MHz großen Kanal zusammenfasst und es ergibt sich eine Kanalzuteilung von 1, 7 und 13 oder besser 1, 5, 9 und 13. Auf diese Weise sind jeweils zwei Kanäle unterhalb und oberhalb der eingestellten Kanalfrequenz für einen Übertragungskanal belegt. Letztendlich geht es jedoch abseits von Fach-Chinesisch darum, die zur Verfügung stehende Kanalbreite möglichst optimal auszunutzen und Überlappungen oder Interferenzen zu vermeiden.

Bandbreite für Audioübertragung

Die Datenübertragungsrate wird gemessen durch das Zählen von Dateneinheiten pro Zeitspanne. Dabei ist die kleinste Einheit das „Bit“, das dann die Einheit bit pro Sekunde oder auch „bit/s“ beziehungsweise „bps“ ergibt. Bitte nicht mit „Byte“ verwechseln, das sind nämlich 8 bit und somit keine geläufige Zehnerpotenz mit Pi mal Daumen Faktor. Als populäres Beispiel dient uns die Audio-CD mit einer Datenrate von 1.408 kbit/s (176 kByte/s). Dann werden uns auch die MP3-Bitraten mit 64-320 kbit/s den Größenunterschied der Datenrate anschaulich machen. Der Datendurchsatz bei unserem IEEE 802.11g Standard ist 54 Mbit/s. Das entspricht etwas mehr als 7 MB in der Sekunde. Natürlich gibt es noch den 11 Mbit/s (802.11b) Standard sowie 150, 300, 450 bis zu 600 Mbit/s (802.11n) Verbindungen. In der Praxis liegen die Datenraten wie so oft unter den nominellen Durchsätzen.

Aus den technischen Daten des Shure GLXD24 kann man nicht genau ersehen, wie viel Daten sekundenweise übertragen werden, jedoch können wir uns behelfen. Da die Dynamik dieses Mikrofon-Sets mit 120 dB angegeben wurde, liegt es nun nahe, dass ein 24-bit-Wandler darin arbeitet (16 Bit entsprechen 96 dB und 24 bit dann theoretisch, rechnerischen 144 dB). Den benötigten Datenstrom in „Bit“ kann man wie folgt berechnen:

Samplefrequenz * Bit Auflösung * Kanalanzahl = Datenrate in bit/s

48000 *                   24 *                     1                    = 1152000 bit oder 1,152 Mbit/s

Die Samplingfrequenz im Gerät könnte auch 44100 Hz sein, aber das ist auch nicht wirklich relevant. Jedenfalls könnte man meinen, dass in die 54 Mbit/s Bandbreite unseres WLANs unsere benötigte Audiobandbreite mehr als einmal hineinpasst. Da es hier zu Schwankungen kommen kann, behilft man sich im Hause Shure durch Aufteilung in verschiedene WLAN-Kanäle.

Wie arbeitet das Shure GLXD24 im WLAN-Bereich?

Jeder Hersteller kocht hier natürlich seine eigene Suppe, wenn es um Nutzung des 2,4-GHz-Bands geht. Unser GLXD24 ist in 3 Gruppen gegliedert, die unterschiedliche Performance bieten.

• Gruppe 1 – bis zu 4 Geräte gleichzeitig, mit Reservefrequenz, Werkseinstellung/default
• Gruppe 2 – bis zu 5 Geräte gleichzeitig, mit Reservefrequenz, beste Gruppe bei Störungen im WLAN
• Gruppe 3 – bis zu 8 Geräte gleichzeitig, ohne Reservefrequenz, nur in geregeltem WLAN möglich
• Gruppe 4 – Ein Gerät möglich (hier sind die meisten Frequenzen einsetzbar)

Übersicht einiger Frequenz-Kombinationen

Wie sieht es in der Realität aus?

Allen vollmundigen Ankündigungen zum Trotz, ich würde mich nicht in jeder Umgebung auf 8 gleichzeitig funktionierende Endgeräte verlassen. Nicht dass es nicht funktionieren würde, sondern eher die Ungewissheit, wenn es überall funktionieren muss! Aber das ist wahrscheinlich auch nicht der Anspruch des Shure GLXD24 und sämtlicher Mitbewerber in diesem Marktsegment. Bei „hochdotierten“ Veranstaltungen kommen gut und gerne eine zweistellige Anzahl an Funkstrecken zustande, vom kabellosen InEar Monitoring mal ganz abgesehen. Da würde unser WLAN, denke ich, relativ schnell die weiße Fahne schwenken. Bei derartigen Events wird ohnehin der kostenpflichtige Funkbereich genutzt und meist auch noch seitens der Verantwortlichen ein Frequenz-Scan durchgeführt, um auf der sicheren Seite zu sein.

Welche Probleme gibt es im WLAN?

Gibt es überhaupt Möglichkeiten, die Drahtlos-Performance zu beeinflussen? Durchaus, wenn man seine Gerätschaften kennt, die Umgebung und einfache Regeln berücksichtigt. Die Herausforderung des 2,4-GHz-Bands liegt darin, dass Wi-Fi Datenverkehr unberechenbar sein kann. Manche Umgebungen sind für den Betrieb eines Drahtlossystems schwieriger als andere. Die einfachste Lösung besteht in vielen Fällen darin, den Abstand zwischen Sender und Empfänger zu verringern und auf Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger zu achten. Hierbei sollten wenn möglich 2 Meter Mindestabstand eingehalten werden. Außerdem könnten auch nicht benötigte Wi-Fi sowie Bluetooth-Komponenten deaktiviert werden.

Als problematisch werden hierbei insbesondere eingestuft

• Veranstaltungen im Freien
• sehr hohe Decken
• viele, starke Wi-Fi Signale in der direkten Umgebung
• Einsatz von drahtlosen 2,4 GHz Systemen verschiedener Hersteller

Versuchsaufbau für einen Datenstau im WLAN

Natürlich lässt sich ein „WLAN Datenstau“ nur bedingt zuhause reproduzieren. Bei dem Versuchsaufbau wurden zwei drahtlose Endgeräte (Handy und Tablet) zum Abspielen von Videos in höchster Auflösung genutzt. Gleichzeitig habe ich mit dem Shure GLXD24 das Audiodemo aufgenommen. Anfangs mit den Werkseinstellungen, danach wurde ein Suchlauf durchgeführt.

Versuchsaufbau zum Datenstau

Ich konnte hierbei keine Dropouts oder Ähnliches feststellen. Das Ganze verhält sich ein wenig wie eine Schiffsreise in unbekannte Gewässer. Man ändert die Örtlichkeit und alles kann komplett anders sein im Drahtlos-Universum. Mit anderen Worten, es gibt einfach sehr viele Parameter, auf die man nur sehr begrenzt Einfluss nehmen kann.

Tipps für die drahtlose Audioübertragung im WLAN

Wer sich mal den Spaß macht und den Frequenzplan von 0 kHz bis 3000 GHz der Bundesnetzagentur anschaut, wird merken, dass die Luft sehr dünn ist. Allein im 2,4 GHz Bereich ist neben Bluetooth noch Mobilfunkdienst, militärischer Funkdienst, Reportagefunk, Amateurfunk, Betriebsfunk und weiteres zu finden. Deswegen sind unsere WLAN-Sender auch auf 100 mW Sendeleistung begrenzt. Das über 700 Seiten große Werk regelt genau, wer, wann, wie und wo drahtlos kommunizieren darf. Daneben gibt es noch zwei Bandbereiche, nämlich das 1,8 GHz und das 1,9 GHz Band, die alternativ interessant sein können. Diese sind allerdings nicht in jedem europäischem Land frei nutzbar. Ansonsten gibt es noch das anmeldefreie UHF-Band (820 – 832 MHz sowie 733 – 758 MHz), das herstellerseitig sehr stark verbreitet ist, weil anmeldefrei und bis zu 7 Geräte gleichzeitig theoretisch nutzbar sind. Etwas weniger verbreitet, weil erst wieder 2015 freigegeben, ist das VHF-Band (174 – 230 MHz). Dieses ist außerdem bis 2025 befristet.

Was die Zukunft bringt, weiß natürlich niemand, jedoch lohnt es sich bei der Anschaffung eines Drahtlos-Systems, sich vorher sehr genau zu informieren.

• Wieviele Funkstrecken brauche ich?
• Wo nutzte ich drahtlos?
• Welche Übertragungsqualität brauche ich?
• analog/digital?
• Nutze ich die Funke im Ausland?
• Wie zukunftssicher ist mein Funkbereich?

Die Produktmerkmale sowie Preisspannen der Hersteller sind diesem Bereich äußerst groß, also vom zweistelligen bis zum vierstelligem Bereich. Da lohnt es sich zu recherchieren und abzuwägen.

Tipp: Mit der kostenlosen App WiFi Analyzer wird das Android Handy zu einem WLAN-Analyse-Tool. Ähnliche Apps sind auch für die Welt der Apple Anwender verfügbar, zum Beispiel NetSpot für iOS.