Praktischer Umgang mit drahtlosen Mikrofonsystemen SHURE Europe GmbH Headquarters Europe, Middle East & Africa Applications Wannenäckerstraße 28 D-74078.

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1 Praktischer Umgang mit drahtlosen Mikrofonsystemen SHURE Europe GmbH Headquarters Europe, Middle East & Africa Applications Wannenäckerstraße 28 D-74078 Heilbronn Tel: +49-7131-7214 - 0 Fax: +49-7131-7214 - 14 Email: support@shure.De

2 Funktionsblöcke Sender Mikrofonvorverstärker Mikrofonvorverstärker bei Shure Bestandteil der abnehmbaren Mikrofonkapsel bei Shure Bestandteil der abnehmbaren Mikrofonkapsel Pegel- und Impedanzanpassung Pegel- und Impedanzanpassung Gleichspannung für Kondensatorelemente Gleichspannung für Kondensatorelemente Pre-emphasis (Vorverzerrung / Höhenanhebung) für Rauschunterdrückungssystem Pre-emphasis (Vorverzerrung / Höhenanhebung) für Rauschunterdrückungssystem

3 Pre-Emphasis zur Rauschunterdrückung Ein typisches Audiosignal enthält mehr tieffrequente Energie. Ein typisches Audiosignal enthält mehr tieffrequente Energie. Im Gegensatz dazu enthält typisches Rauschen mehr Energie im hochfrequenten Bereich. Im Gegensatz dazu enthält typisches Rauschen mehr Energie im hochfrequenten Bereich. Der Signal-Rausch-Abstand nimmt bei höherer Frequenz ab Der Signal-Rausch-Abstand nimmt bei höherer Frequenz ab

4 Sender: Pre-Emphasis Höhenanhebung um besseren Signal-Rausch- Abstand zu erreichen Höhenanhebung um besseren Signal-Rausch- Abstand zu erreichen

5 Erster Teil des "companding"-Systems Erster Teil des "companding"-Systems Ursprüngl. Dynamik- 2:1 Kompression bereich Ziel ist eine Anhebung des Trägersignals gegenüber dem Rauschpegel im HF Schaltungsteil Reduzierter Dynamikbereich Sender: Kompressor

6 Kompressor - Expander

7 Funktionsblöcke Sender Limiter Limiter Begrenzung von Spitzen im Audiosignal. Begrenzung von Spitzen im Audiosignal. Sitzt mit dem Compander in einer Rückkopplungsschleife und verhindert so die Übermodulation des Senders. Sitzt mit dem Compander in einer Rückkopplungsschleife und verhindert so die Übermodulation des Senders.

8 Funktionsblöcke Sender Zwei Möglichkeiten zur Generierung der Trägerfrequenz: Zwei Möglichkeiten zur Generierung der Trägerfrequenz: Frequenzsynthesizer bzw. PLL Schaltkreis Frequenzsynthesizer bzw. PLL Schaltkreis Quarzgesteuert Quarzgesteuert

9 PLL = Phase Locked Loop Nachlaufsynchronisation Nachlaufsynchronisation Die Sendefrequenz wird so eingestellt, dass sie mit einer Referenzfrequenz übereinstimmt. Die Sendefrequenz wird so eingestellt, dass sie mit einer Referenzfrequenz übereinstimmt. Änderungen der Sendefrequenz (Temperatur, Rauschen,...) werden automatisch nachgeregelt. Änderungen der Sendefrequenz (Temperatur, Rauschen,...) werden automatisch nachgeregelt.

10 Funktionsblöcke PLL Sender VCO (Voltage Controlled Oscillator) VCO (Voltage Controlled Oscillator) Erzeugt das FM Signal mit Hilfe einer einstellbaren Kapazität (Kapazitätsdiode), die Teil eines Schwingkreises ist. Erzeugt das FM Signal mit Hilfe einer einstellbaren Kapazität (Kapazitätsdiode), die Teil eines Schwingkreises ist. Die Kapazität wird über einen OP geregelt, der vom Frequenz Synthesizer angesteuert wird. Die Kapazität wird über einen OP geregelt, der vom Frequenz Synthesizer angesteuert wird.

11 Audio stabilisierte Spannung buffer amp Ausgangsstufe Referenz-Quarz Operations- verstärker Eingang für dividierte Frequenz Ausgang mit Differenzsignal Dividierer

12 Quarzgesteuerter Sender Schwingquarz zur Erzeugung der Basisfrequenz (ca. 15 - 30 MHz) Schwingquarz zur Erzeugung der Basisfrequenz (ca. 15 - 30 MHz) In diesem Schwingkreis sitzt eine Kapazitätsdiode über die die Frequenzmodulation realisiert wird. In diesem Schwingkreis sitzt eine Kapazitätsdiode über die die Frequenzmodulation realisiert wird. Frequenzmultiplizierer Frequenzmultiplizierer Erhöhen der Basisfrequenz auf Sendefrequenz Erhöhen der Basisfrequenz auf Sendefrequenz Meist Verdoppler oder Verdreifacher Meist Verdoppler oder Verdreifacher

13 Frequenzmultiplizierer Frequenzvervielfacher Frequenzvervielfacher Übersteuerte Verstärkerstufe, die harmonische Oberschwingungen der Grundfrequenz erzeugt. Übersteuerte Verstärkerstufe, die harmonische Oberschwingungen der Grundfrequenz erzeugt. Diese Oberschwingungen können herausgefiltert und der nächsten Stufe zugeführt werden. Diese Oberschwingungen können herausgefiltert und der nächsten Stufe zugeführt werden. Es sind meist mehrere Vervielfacher hintereinander geschaltet, um die endgültige Trägerfrequenz zu erzeugen. Es sind meist mehrere Vervielfacher hintereinander geschaltet, um die endgültige Trägerfrequenz zu erzeugen.

14 Funktionsblöcke Senders HF Ausgangsverstärker/Filter HF Ausgangsverstärker/Filter Versorgt die Antenne mit entsprechender Ausgangsleistung (10 bis 50mW) Versorgt die Antenne mit entsprechender Ausgangsleistung (10 bis 50mW) Filtert das Ausgangssignal, um Nebenaussendungen gering zu halten. Filtert das Ausgangssignal, um Nebenaussendungen gering zu halten.

15 Quarz PLL Quarzgesteuert: Referenzschwingung wird durch einen Quarz erzeugt; Quarzoszillator schwingt im Bereich 15-30 MHz. Referenzschwingung wird durch einen Quarz erzeugt; Quarzoszillator schwingt im Bereich 15-30 MHz. Feste Frequenz Feste Frequenz Einfache und preiswerte Methode Einfache und preiswerte Methode Abstrahlung ungewollter Frequenzen Abstrahlung ungewollter FrequenzenPLL: VCO kontrolliert direkt Ausgangsfrequenz; Teil des Ausgangssignals durchläuft Frequenzteiler und wird mit einem Referenzsignal verglichen. VCO kontrolliert direkt Ausgangsfrequenz; Teil des Ausgangssignals durchläuft Frequenzteiler und wird mit einem Referenzsignal verglichen. Schaltbare Frequenzen Schaltbare Frequenzen Komplexer und teurer Komplexer und teurer Deutlich saubereres Signal Deutlich saubereres Signal

16 Funktionsblöcke eines Empfängers

17 Funktionsblöcke Empfänger Eingangssektion Eingangssektion Verstärkt nur die Trägerfrequenzsignale Verstärkt nur die Trägerfrequenzsignale Filtert Fremdsignale aus Filtert Fremdsignale aus

18 Funktionsblöcke Empfänger Interner Oszillator (LO = Local Oscillator) Interner Oszillator (LO = Local Oscillator) Schwingt in einem festen Abstand über oder unter der Trägerfrequenz (z.B. VHF: 10,7MHz unter der Trägerfrequenz; PSM700: 110,6 MHz über der Trägerfrequenz) Schwingt in einem festen Abstand über oder unter der Trägerfrequenz (z.B. VHF: 10,7MHz unter der Trägerfrequenz; PSM700: 110,6 MHz über der Trägerfrequenz) Wird entweder Quarz- oder PLL- gesteuert gebildet Wird entweder Quarz- oder PLL- gesteuert gebildet

19 Funktionsblöcke Empfänger Mischer Mischer Kombiniert das empfangene HF-Signal mit der Oszillatorfrequenz Kombiniert das empfangene HF-Signal mit der Oszillatorfrequenz Erzeugt Summen- (HF+LO) und Differenzsignale (HF-LO = ZF = Zwischenträgerfrequenz) Erzeugt Summen- (HF+LO) und Differenzsignale (HF-LO = ZF = Zwischenträgerfrequenz) Zwischenträgerfrequenzfilter (ZF-Filter) Zwischenträgerfrequenzfilter (ZF-Filter) Läßt nur Differenzsignal (ZF) passieren Läßt nur Differenzsignal (ZF) passieren Filtert Summensignal aus Filtert Summensignal aus

20 Zwischenträgerfrequenz (ZF) Mischer ZF-Filter 10,7 MHz 200 MHz Summe: 389,3 MHz &Differenz: 10,7 MHz 189,3 MHz Oszillator Antenne Generierung der ZF Generierung der ZF Legt Empfangsfrequenz fest!

21 Funktionsblöck Empfänger ZF-Verstärker ZF-Verstärker Verstärkt ZF-Signal auf hohen Pegel Verstärkt ZF-Signal auf hohen Pegel Begrenzt Signal zur Anpassung an den Detektor Begrenzt Signal zur Anpassung an den Detektor Detektor/Demodulator Detektor/Demodulator Trennt Audiosignal vom ZF-Signal Trennt Audiosignal vom ZF-Signal Demoduliert das Audiosignal Demoduliert das Audiosignal

22 Funktionsblöcke Empfänger Expander Expander Zweiter Teil des "companding "- Systems (Umkehrung des Kompressors im Sender) Zweiter Teil des "companding "- Systems (Umkehrung des Kompressors im Sender) 1:2 Expansion zur Rekonstruktion des ursprünglichen Dynamikbereiches 1:2 Expansion zur Rekonstruktion des ursprünglichen Dynamikbereiches

23 Funktionsblöcke Empfänger Audioverstärker Audioverstärker Pegel- und Impedanzanpassung Pegel- und Impedanzanpassung De-emphasis (Nachentzerrung / Höhenabsenkung) innerhalb des Rauschunterdrückungssytems De-emphasis (Nachentzerrung / Höhenabsenkung) innerhalb des Rauschunterdrückungssytems

24 Funktionsblöcke Empfänger De-Emphasis De-Emphasis

25 Emphasis Durch die Pre- / De-Emphasis kann der Signal- Rausch-Abstand um bis zu 13 dB verbessert werden. Durch die Pre- / De-Emphasis kann der Signal- Rausch-Abstand um bis zu 13 dB verbessert werden.

26 ANTENNA Front End Mixer ZF Amp ZF Filter FM Detector Expander Local Oscillator Audio Amp Audio-Signal

27 Stereoübertragung Die meisten In Ear Monitoring Systeme übertragen ein Stereo-Signal. Die meisten In Ear Monitoring Systeme übertragen ein Stereo-Signal. Dies wird mit dem so genannten Stereo- Multiplex-Signal realisiert Dies wird mit dem so genannten Stereo- Multiplex-Signal realisiert Aus der Historie muss das MPX-Signal Mono- Kompatibel sein. Aus der Historie muss das MPX-Signal Mono- Kompatibel sein.

28 Stereo-MPX Signal

29 Erzeugung eines Stereo-MPX Signal Amplitudenmodulation

30 Dekodierung eines Stereo-MPX Signal

31 Berechenbare Störungen

32 Intermodulationseffekte Ursprung: Ursprung: Ein Signal in einem nicht linearen Übertragungssystem produziert Vielfache seiner Eigenfrequenz (Oberschwingungen, Harmonische) Ein Signal in einem nicht linearen Übertragungssystem produziert Vielfache seiner Eigenfrequenz (Oberschwingungen, Harmonische) Mehrere Signale rufen zusätzlich Summen- und Differenzsignale hervor. Mehrere Signale rufen zusätzlich Summen- und Differenzsignale hervor. Die Harmonischen können ihrerseits mit den Summen- und Differenzsignalen weitere Kombinationen bilden. Die Harmonischen können ihrerseits mit den Summen- und Differenzsignalen weitere Kombinationen bilden.

33 Übertragungssysteme Input Output nicht linear nicht linear linear linear

34 Nichtlineares System Erzeugung von harmonischen Schwingungen Erzeugung von harmonischen Schwingungen

35 Intermodulationseffekte Intermodulationseffekte 2. Ordnung: Intermodulationseffekte 2. Ordnung: werden durch zwei Signale produziert oder sie sind das zweifache (zweite Harmonische) der Grundfrequenz: werden durch zwei Signale produziert oder sie sind das zweifache (zweite Harmonische) der Grundfrequenz: -z.B.: f 1 + f 2 = f intermod -oder f 1 + f 1 = 2 f 1 = f intermod

36 Intermodulationseffekte Intermodulationseffekte 3. Ordnung: Intermodulationseffekte 3. Ordnung: werden werden -entweder durch drei Signale hervorgerufen z.B.: f 1 + f 2 - f 3 = f intermod -oder durch Signale und Harmonische verursacht z.B.: 2 f 1 - f 2 = f intermod -oder sie sind das dreifache (dritte Harmonische) der Grundfrequenz

37 Intermodulation 2. Ordnung nicht linearer Schaltkreis 800 MHz 801 MHz Summe Differenz 1601 MHz 1 MHz Beispiel: Summen- und Differenzsignal bei zwei Frequenzen Beispiel: Summen- und Differenzsignal bei zwei Frequenzen

38 Intermodulation 3. Ordnung Signale bei zwei Frequenzen Signale bei zwei Frequenzen nicht linearer Schaltkreis (800x2+801) (800x2-801) (801x2-800) (801x2+800) 800 MHz 801 MHz 2401 MHz 799 MHz 802 MHz 2402 MHz

39 Intermodulation Einspeisung zweier Sender in einen Empfänger Einspeisung zweier Sender in einen Empfänger 800 MHz 801 MHz 802 MHz 800 MHz 801 MHz 802 MHz 801 x 2 = 1602 1602 – 800 = 802 !

40 Intermodulation bei Sendern Eng benachbarte Sender können ineinander Intermodulationseffekte hervorrufen. Eng benachbarte Sender können ineinander Intermodulationseffekte hervorrufen. Das Intermodulationsprodukt wird zusammen mit dem Originalsignal gesendet. Das Intermodulationsprodukt wird zusammen mit dem Originalsignal gesendet. Instabilität oder Verstimmung des Ausgangs stört den Sendebetrieb. Instabilität oder Verstimmung des Ausgangs stört den Sendebetrieb.

41 Abstand [m] Pegel [dB] IM3 Produkt Intermodulation 3. Ordnung Abhängigkeit vom Abstand zweier Sender Abhängigkeit vom Abstand zweier Sender

42 Intermodulation Konsequenzen Konsequenzen IM-Produkte können in IM-Produkte können in -Sendern, -Antennenverstärkern und -Empfängern generiert werden. IM-Produkte 3. Ordnung sind am kritischsten IM-Produkte 3. Ordnung sind am kritischsten IM-Produkte sind vorhersehbar IM-Produkte sind vorhersehbar

43 Intermodulation Anzahl der Intermodulationsprodukte 3. Ordnung: Anzahl der Intermodulationsprodukte 3. Ordnung: Verwendete Frequenzen Intermodulations- Produkte N(N – 1) 10 22 36 412 520 630 742

44 Intermodulation bei Sendern Abhilfe: Abhilfe: Gut abgeschirmte Sender benutzen Gut abgeschirmte Sender benutzen Enges räumliches Platzieren von Sendern vermeiden. (Sender immer mindestens 0,5 m voneinander entfernt platzieren) Enges räumliches Platzieren von Sendern vermeiden. (Sender immer mindestens 0,5 m voneinander entfernt platzieren)

45 Weitere Effekte Störstrahlungen Störstrahlungen Summen- und Differenzprodukte zwischen Harmonischen der Basis- oder Quarzfrequenz (15-30 MHz) und Resten der Basisfrequenz werden unbeabsichtigt in den Vervielfacherstufen erzeugt Summen- und Differenzprodukte zwischen Harmonischen der Basis- oder Quarzfrequenz (15-30 MHz) und Resten der Basisfrequenz werden unbeabsichtigt in den Vervielfacherstufen erzeugt Jene Harmonische knapp über- und unterhalb der Trägerfrequenzen sind kritisch Jene Harmonische knapp über- und unterhalb der Trägerfrequenzen sind kritisch Empfänger, welche auf diese Harmonische abgestimmt sind, werden empfindlich gestört Empfänger, welche auf diese Harmonische abgestimmt sind, werden empfindlich gestört

46 Störstrahlungen von Quarzschwingungen

47 Weitere Effekte Abhilfen Abhilfen Moderaten Abstand zwischen Sender und Empfangsantennen einhalten Moderaten Abstand zwischen Sender und Empfangsantennen einhalten Harmonische bei der Auswahl der Trägerfrequenzen vermeiden Harmonische bei der Auswahl der Trägerfrequenzen vermeiden Kompatibilität der Trägerfrequenzen durch Rechnerprogramm überprüfen lassen Kompatibilität der Trägerfrequenzen durch Rechnerprogramm überprüfen lassen

48 Störungen bei Empfängern Interferenzen mit dem internen Oszillator: Interferenzen mit dem internen Oszillator: Oszillator eines Empfängers (LO = Local Oscillator) schwingt z.B. 10,7 MHz unterhalb der Trägerfrequenz Oszillator eines Empfängers (LO = Local Oscillator) schwingt z.B. 10,7 MHz unterhalb der Trägerfrequenz LO-Frequenz wird aus diesem Empfänger abgestrahlt LO-Frequenz wird aus diesem Empfänger abgestrahlt Übersprechen in anderen Empfänger, welcher auf dieser Frequenz arbeitet Übersprechen in anderen Empfänger, welcher auf dieser Frequenz arbeitet

49 Störungen bei Empfängern Interner Oszillator streut in benachbartes Gerät Interner Oszillator streut in benachbartes Gerät

50 Störungen bei Empfängern Abhilfen Abhilfen Empfänger getrennt aufstellen Empfänger getrennt aufstellen Empfangsantennen räumlich getrennt aufstellen Empfangsantennen räumlich getrennt aufstellen Aktive Antennensplitter benutzen, um Antennenanschlüsse voneinander zu isolieren Aktive Antennensplitter benutzen, um Antennenanschlüsse voneinander zu isolieren

51 Spiegelfrequenz Spiegelfrequenz Spiegelfrequenz Spiegelfrequenz = Oszillatorfrequenz - ZF Spiegelfrequenz = Oszillatorfrequenz - ZF Falls ein Sender exakt auf dieser Spiegelfrequenz arbeitet, entsteht in der Mischerstufe ein Differenzsignal, welches durch den ZF-Filter gelangt. Falls ein Sender exakt auf dieser Spiegelfrequenz arbeitet, entsteht in der Mischerstufe ein Differenzsignal, welches durch den ZF-Filter gelangt. Kann von breitbandigen Empfänger empfangen werden Kann von breitbandigen Empfänger empfangen werden

52 Spiegelfrequenz Abhilfen Abhilfen Selektive / schmalbandige Empfänger verwenden Selektive / schmalbandige Empfänger verwenden Mögliche Spiegelfrequenzen beim Auswahlprozeß der Trägerfrequenzen vermeiden Mögliche Spiegelfrequenzen beim Auswahlprozeß der Trägerfrequenzen vermeiden

53 idealer FilterSpiegelfrequenzempfang

54 Antennentechnik Antennen absorbieren einen Teil der elektrischen Feldlinien (T3 Demo) Antennen absorbieren einen Teil der elektrischen Feldlinien (T3 Demo) Antennenanzahl minimieren Antennenanzahl minimieren

55 Antennenspitter Antennenspitter Richtantennen Richtantennen logarithmisch- periodisch Antennen - Accessoires UA845UA220 UA870

56 Antennencombiner Wie viel bringt eigentlich ein Antennencombiner ? Wie viel bringt eigentlich ein Antennencombiner ? T-Stück ?!? T-Stück ?!? UA220 ?!? UA220 ?!? PA765 ?!? PA765 ?!? Vergleichsmessung Vergleichsmessung

57 Absetzbare Antennen Antennen brauchen immer einen Massebezug. Antennen brauchen immer einen Massebezug. Deshalb sind nur Antennen mit integriertem Massebezug abgesetzt werden. Deshalb sind nur Antennen mit integriertem Massebezug abgesetzt werden.

58 Richtcharakteristik von Antennen Wie Mikrofone haben auch Antennen unterschiedliche Richtcharakteristiken Wie Mikrofone haben auch Antennen unterschiedliche Richtcharakteristiken

59 Typische VHF Antenne

60 Typische UHF Antenne

61 Richtantennen Aktive Richtantenne UA870 Aktive Richtantenne UA870 Logarithmisch- Periodische Dipolanordnung Logarithmisch- Periodische Dipolanordnung Gewinn etwa 7 dB Gewinn etwa 7 dB 3 dB Strahl-breite: 100° (±50°) 3 dB Strahl-breite: 100° (±50°) -Supernierencharakteristik Verstärkung einstellbar (3 oder 10 dB) Verstärkung einstellbar (3 oder 10 dB)

62 Richtantennen Richtantenne PA705 Richtantenne PA705 620 - 870 MHz 620 - 870 MHz 7 dB mehr Gewinn als λ /4 - Antenne 7 dB mehr Gewinn als λ /4 - Antenne Stativadapter ( 5/8 in. ) im Lieferumfang Stativadapter ( 5/8 in. ) im Lieferumfang

63 Richtantenne

64 Aufstellung

65 Antennenpolarisation Ähnlich wie bei Lautsprecher Arrays, gibt es auch bei Antennen Polarisationseffekte Ähnlich wie bei Lautsprecher Arrays, gibt es auch bei Antennen Polarisationseffekte Für uns interessant: Für uns interessant: Horizontale Polarisation Horizontale Polarisation Vertikale Polarisation Vertikale Polarisation

66 Abgestrahlte Leistung Die im Datenblatt angegebene abgestrahlte Leistung ist kein oder nur ein sehr bedingtes Maß für die Reichweite Die im Datenblatt angegebene abgestrahlte Leistung ist kein oder nur ein sehr bedingtes Maß für die Reichweite Angaben meist in mW, im HF Bereich sind aber Angaben in dB sinnvoller. Angaben meist in mW, im HF Bereich sind aber Angaben in dB sinnvoller.

67 Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER Antennen in Vertikale oder 45° Position bringen

68 Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER WA470 RECEIVER Passive Antennenweiche bei zwei Empfängern verwenden

69 Häufige Fehler beim Betrieb WA440 WA404E RECEIVER Aktive Antennenweiche bei mehreren Empfängern verwenden

70 Häufige Fehler beim Betrieb Minimalen Abstand (¼ λ) zwischen abgesetzten Antennen in Diversity Systemen nicht unterschreiten: –Optimal ist 1/2 bis 1 Wellenlänge λ des Signals: –Beispiel VHF:0,9 m- 1,8 mbei 170 MHz 0,65 m- 1,3 mbei 230 MHz Bei zu großen Abständen der Antennen geht der Diversity-Effekt verloren, die zweite Antenne ist keine Alternative mehr. Immer hochwertige Antennenkabel verwenden RECEIVER

71 Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER Empfänger möglichst weit oben im Rack montieren

72 Häufige Fehler beim Betrieb RECEIVER DIGITAL PROCESSOR COMPUTER LIGHT CONTROLLER DIGITAL PROCESSOR COMPUTER LIGHT CONTROLLER Abstand zu Störquellen maximieren

73 Sender auf gleicher Frequenz Niemals zwei Sender gleichzeitig auf identischen Frequenzen betreiben. Niemals zwei Sender gleichzeitig auf identischen Frequenzen betreiben.

74 Abstand Antennen zu Metall Mindestabstand der Antennen zu Metall- konstruktionen Traversen, Stahlbetonwände: Mindestabstand der Antennen zu Metall- konstruktionen Traversen, Stahlbetonwände: 1m 1m min. 1 m

75 Sender Empfänger Abstand immer geringst möglich, aber nicht näher als 3m. Sonst können vermehrt IM-Produkte generiert werden. Abstand immer geringst möglich, aber nicht näher als 3m. Sonst können vermehrt IM-Produkte generiert werden. min. 3m

76 Praktischer Umgang mit drahtlosen Mikrofonsysteme SHURE Europe GmbH Headquarters Europe, Middle East & Africa Applications Wannenäckerstraße 28 D-74078 Heilbronn Tel: +49-7131-7214 - 0 Fax: +49-7131-7214 - 14 Email: Support@shure.de