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Redondance dans l’adaptation de la technologie WMAS de SennheiserPar le Dr Sebastian Georgi

Dr Sebastian Georgi is one of the system engineers for the WMAS system that is currently being developed by Sennheiser. For more than 10 years, he has been conducting research into wireless broadband techniques and how to specifically tailor them to professional audio applications. Georgi did his PhD thesis at Hamburg University of Technology in the field of OFDM. Georgi has a strong affiliation to music and plays the bassoon in a semi-professional orchestra in Hannover.

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Le Dr Sebastian Georgi est l’un des ingénieurs système du système WMAS actuellement développé par Sennheiser. Depuis plus de 10 ans, il mène des recherches sur les techniques sans fil large bande et sur la façon de les adapter spécifiquement aux applications audio professionnelles. Sebastian Georgi a obtenu son doctorat à l’Université de technologie de Hambourg dans le domaine du codage de signaux numériques par répartition en fréquences orthogonales sous forme de multiples sous-porteuses (OFDM). Sebastian Georgi est très attiré par la musique et joue du basson dans un orchestre semi-professionnel d'Hanovre.

Introduction

Chaque fois qu’une technologie révolutionnaire émerge, que l’on explore des territoires techniques inconnus, les hypothèses vont bon train, tout comme les comparaisons inévitables avec la technologie connue. Lors de nos séances d’information et de nos discussions avec des collègues du secteur sur les systèmes audio multicanaux sans fil, ou WMAS en abrégé, nous avons trouvé cette « redondance » particulièrement intéressante.
 
La mise en œuvre de la technologie WMAS de Sennheiser fonctionne avec une unité centrale en rack gérant de nombreux micros sans fil et moniteurs in-ear IEM à la fois, contrairement à la nécessaire coexistence de nombreuses liaisons émetteur-récepteur et récepteur-émetteur avec la technologie à bande étroite conventionnelle. Que faire en cas de panne de cette unité centrale ? Quelles sont les possibilités de redondance offertes par la technologie WMAS de Sennheiser ? Ce document vise à répondre à ces questions au travers de divers scénarios envisageables et des réponses apportées par la technologie WMAS de Sennheiser. 
 
Mise en œuvre de WMAS par Sennheiser : une unité centrale en rack gère de nombreux micros sans fil et moniteurs in-ear IEM simultanément et sur le même canal RF

Redundancy

In our technology context, redundancy means the doubling of various subsystems to ideally ensure operation without interruption, even when one subsystem fails. Therefore, when considering redundancy, all subsystems are evaluated for their probability of failure, and a decision is made to duplicate them or not.
 
An obvious solution to avoid a single point of failure in a technical system is to duplicate the entire system. Examples in pro audio would be duplicate mixing consoles, or a console with dual redundant engines, for major televised live audio events, or duplicate equipment racks at a broadcasting facility. 
 
Redundancy in live audio: Two DiGiCo Quantum 5 consoles mirrored at the FOH position of the opera 'The Canal Ballad’ at the opening performance of the Beijing Performing Arts Centre in December 2023.  
(Image courtesy of Racpro) 
 
In the case of a wireless audio system this would mean building the entire wireless audio system twice, using different frequencies, separate power supply circuits, ideally generators, too, setting up the duplicate systems at some distance and so forth. However, from an economical point of view, this does not make sense for most practical applications.

Chiffrement

La technologie WMAS développée par Sennheiser est axée sur la connexion. Cela signifie qu’un appareil mobile, tel qu’un émetteur de microphone ou un récepteur in-ear, établit une connexion avec l’unité centrale en rack. À partir de maintenant, cette connexion initiale sera appelée « appairage ». Dès qu’un appareil mobile est appairé avec l’unité centrale, une clé de chiffrement est échangée. La coordination peut alors se faire via un canal permanent de contrôle à distance au sein du même canal RF (radiofréquence) bidirectionnel qui est utilisé pour la transmission audio. 
Cela implique qu’il ne sera plus possible d’utiliser un deuxième récepteur de monitoring pour le même signal RF, ce que l’on fait souvent aujourd’hui en guise de filet de sécurité. Il convient toutefois de noter que cette option disparaîtra également pour les anciens systèmes audio sans fil à bande étroite, car l’obligation de chiffrer les donnée personnelles, audio y compris, entrera en vigueur dans l’UE à partir de 2025.
 

Scénarios de redondance pour la technologie WMAS de Sennheiser 

 
Examinons maintenant différents scénarios de défaillance et comment la configuration de la technologie WMAS de Sennheiser gère différents types de défaillances possibles. 
 

Interférence RF

 
Scénario :
Des interférences peuvent se produire sur une fréquence RF, par exemple en raison de l’activation de systèmes audio sans fil non coordonnés et sans vérification des fréquences disponibles au préalable. Il est aussi possible que d’autres appareils non audio émettent des signaux RF indésirables dans la gamme de fréquences UHF pour la télévision. 

Réponse :
La technologie WMAS de Sennheiser sera dotée d’une fonctionnalité de scan active en permanence, même en fonctionnement. Tous les appareils WMAS, qu’il s’agisse d’appareils mobiles ou d’antennes stationnaires, surveillent et mesurent en continu le spectre RF utilisé (selon le principe de détection distribuée du spectre). Ces données signalent les interférences détectées à l’opérateur pour qu’il puisse réagir au plus vite. Des essais sur le terrain ont montré que la technologie WMAS peut détecter plusieurs sources d’interférences ce qui donnera suffisamment de temps aux équipes en régie d’un événement en direct d’identifier la source d’interférence et de la désactiver.
 
En cas d’interférences massives sur le canal TV alloué, autrement dit si plusieurs sources d’interférence sont actives dans ce canal RF en particulier et que les perturbations sont excessives, il est possible de changer le canal RF en quelques secondes. Il ne sera pas nécessaire d’appairer à nouveau les appareils mobiles. Chacun procédera à une recherche rapide pour détecter la nouvelle porteuse. Cela entraînera une interruption audio de quelques secondes, ce qui n’est rien en comparaison avec le temps nécessaire pour reprogrammer plusieurs récepteurs en bande étroite et les émetteurs associés. Parallèlement, si la communication demeure possible avec les appareils mobiles, on pourra adresser une commande de changement de fréquence via le canal permanent de contrôle à distance. Cette procédure réduira le temps d’interruption audio.
 
Gauche : Une seule source d’interférence de 200 kHz suffit à brouiller une configuration multicanale dense en bande étroite. Au moins un canal audio est perdu ; il faut basculer sur une fréquence de secours. Plus il y a de sources d’interférences, plus on perd de canaux.
Droite : La même source d’interférence se produit dans une configuration WMAS. Grâce à la diversité de fréquence du système et au traitement avancé du signal, la technologie WMAS supporte ce brouillage dans le même canal. Et si l’on constate plusieurs sources d’interférences, l’opérateur pourra compter sur la détection distribuée du spectre et le contrôle à distance de tous les appareils pour agir rapidement.

Rupture de câble

 
Scénario :
En général, pour l’audio sans-fil, de nombreux câbles sont raccordés côté rack. Outre les câbles d’alimentation et ceux des antennes à distance, il existe les câbles pour les réseaux audio comme Dante ou pour les connexions via MADI (Multichannel Audio Digital Interfaces). Chacun de ces câbles pourrait être endommagé ou débranché accidentellement.
 
Réponse : 
Toutes les connexions audio de la configuration de la technologie WMAS par Sennheiser sont possiblement redondantes. 
 
Plusieurs antennes peuvent coexister dans le même canal RF pour étendre la couverture, mais aussi pour compenser la « perte » d’une antenne : si le câble d’une antenne venait à être débranché, une autre antenne prendrait le relai sans artéfacts audio audibles, à condition que les appareils mobiles se trouvent dans sa zone de couverture. Par conséquent, le chevauchement des zones couvertes par des antennes garantira la redondance, et même si l’unité centrale du système WMAS n’a besoin que d’une seule antenne dans de nombreux scénarios, les gestionnaires RF peuvent envisager d’en ajouter une malgré tout. 
 
Une perte temporaire de la connexion entre le réseau de contrôle et l’unité centrale n’entraîne aucune interruption audio. Concernant le câble d’alimentation, il est possible de prévoir des unités d’alimentation séparées et des câbles d’alimentation séparés. 
 

Panne de l’ordinateur de contrôle

 
Scénario :
Un ordinateur fixe ou portable sera nécessaire pour configurer le système et assurer le monitoring avant et pendant la performance. Cet ordinateur peut tomber en panne.
 
Réponse : 
Comme pour le scénario de rupture de câble, cette technologie permettrait de poursuivre une production en cas de défaillance de l’ordinateur de contrôle. L’opérateur peut connecter un ordinateur de secours à l’unité centrale en rack de la technologie WMAS et télécharger les données de production sur ce nouvel ordinateur de contrôle. Toutes les fonctions de l’appareil défaillant seront alors basculées sur le nouveau.
 

Micro défectueux

 
Scénario :
Les appareils mobiles peuvent être endommagés en cas d’utilisation intensive sur scène. Les capsules de micro Lavalier peuvent être obstruées par la transpiration ou le maquillage.
 
Réponse : 
Comme c’est le cas aujourd’hui avec les systèmes conventionnels à bande étroite, il convient d’apparier les système de secours avec l’unité centrale. Ceux-ci peuvent remplacer les appareils mobiles défectueux.
 
Les spectacles sur scène très intenses peuvent endommager un microphone. Les appareils de secours restent indispensables.

Panne de l’unité centrale en rack WMAS

 
Scénario :
Que faire dans le cas peu probable d’une panne de l’unité centrale ? Bien qu’une panne soit peu probable, la redondance du système est essentielle pour certaines applications critiques. 
 
Réponse :
Cette technologie permettrait la configuration d’une seconde unité centrale pouvant prendre le relai de toutes les connexions de l’unité centrale jumelle. Le cas échéant, l’opérateur devrait copier l’intégralité de la configuration de la première unité centrale vers une seconde avant un événement important. Cela vaut aussi pour la clé de chiffrement et toutes les informations d’appairage. Ainsi, en cas de basculement nécessaire, l’unité centrale de secours prendrait le relai de la première. Comme décrit dans le scénario « Interférence RF », il faudra que les appareils mobiles rétablissent la connexion avec la nouvelle unité centrale, ce qui entraînerait une interruption de quelques secondes seulement. Cependant, aucune manipulation d’appairage ou de reconfiguration ne sera nécessaire.
 

Conclusion

 
Les produits fonctionnant selon la technologie WMAS de Sennheiser vont se doter progressivement d’options de redondance. Pour de nombreux scénarios typiques exigeant une forme de redondance, la technologie assurera la continuité de fonctionnement sans interruption audio perceptible. Dans l’éventualité peu probable où tout un canal RF (de 6 ou 8 MHz de largeur) devait être brouillé par des interférences, ou qu’une unité centrale en rack tomberait en panne, la production pourrait reprendre après une brève interruption. Et si même une brève interruption n’est pas tolérable, on pourra toujours configurer deux systèmes audio sans fil en miroir, sachant qu’avec la technologie WMAS, l’unité centrale est compacte, sans commune mesure avec un rack entier de récepteurs de microphones et d’émetteurs pour moniteurs in-ear, ce qui rend les choses bien plus faciles qu’avec les actuels systèmes à bande étroite. 
 

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