Dynamikbearbeitung

Vorwort

Dynamik ist nicht nur in unserer hektischen modernen Welt eines der wichtigsten Zauberworte sondern auch in der Audiotechnik. Ganz egal ob es der Kompressor des Gitarristen ist, welcher vor dem Gitarrenamp geschaltet ist, der Limiter in der Gesangsspur oder der ausgefuchste Multibandkompressor beim Mastering, überall wird Dynamik bearbeitet.

Jeder Radiosender möchte mit seinem Programm gehört werden und je stärker das Material komprimiert wird umso lauter erscheint es. Doch wie so oft, gibt es auch hier die Kehrseite. Nahezu alle aktuellen Musikproduktionen aus dem Rock Popbereich sind gnadenlos zukomprimiert. 

Der Loudnesswahn fordert seinen Tribut und so bleibt oftmals die eigentliche Musik auf der Strecke.Kompressoren, speziell sogenannte Loudness Maximizer sind nicht mehr wegzudenken und sorgen für den Sound den wir so lieben. Doch es geht auch anders, man kann Kompressoren auch so einsetzen, das sie musikalisch klingen, man muss sie nur verstehen. Ausser Kompressoren gibt es auch andere Formen der Dynamikbearbeitung, Expander, Limiter und Gates. Grundsätzlich versteht man ja unter Dynamikbearbeitung die Veränderung des Unterschieds vom leisesten zum lautesten Ton, wobei dieser in dB angegeben wird.

Ein Unterschied von nur 5dB entspricht etwa einer akustisch wahrgenommenen Verdopplung der Lautstärke. Wenn also eine Aufnahme auf -5 dB gefahren wird, dann könnte sich die akustisch wahrgenommene Lautstärkezu 0dB hin noch verdoppeln. Eine Aufnahme ausgesteuert auf 0dB bietet keinerlei Spielraum mehr und klingt einfach nur tot, längeres Hören solcher Aufnahmen ermüden das Gehör und am Ende klingt alles gleich.

Grundlegendes

Die Funktionsweise eines Kompressors lässt sich am Besten mit Diagrammen erklären. Zunächst macht er erst Mal gar nichts, d.h. Das Eingangssignal wird ohne klangliche Veränderung durchgereicht. Dies ändert sich beim Erreichen der Ansprechschwelle, dem Threshold. Ab diesem Punkt wird komprimiert, genau heißt daß, alles was größer als dieser Schwellwert ist, wird in einem bestimmten Verhältnis verkleinert, sprich komprimiert. Dieses Verhältnis, auch Ratio genannt, beschreibt um welchen Faktor alle Signalanteile die über die Ansprechschwelle herausragen, verkleinert werden.

Zum Beispiel steht der Threshold auf –48dB, die Ratio auf 2:1. Wenn das Eingangssignal kleiner als die –48dB ist, haben wird ein identisch großes Ausgangssignal z.B. IN –60dB OUT –60dB. Wird das Eingangssignal höher als der Threshold, wird der „überstehende“ Anteil komprimiert also z.B. IN –24dB ist um 24dB größer als der Threshold, die 24dB werden nun im Verhältnis 2:1 komprimiert ergibt noch 12dB, das Ausgangssignal ist nun –36dB.

Das Ganze kann in dem Diagramm einfach dargestellt werden. In Pic1 sehen Sie den erwähnten Kompressor mit Threshold –48dB, bis zu diesem Wert haben wir unsere altbekannte Kurve IN = OUT. Das Kompressionsverhältnis (Ratio) von 2:1, zeigt sich in der ab dem Threshold flacheren Kurve, wo eben nicht mehr IN=OUT ist. Bei den meisten Kompressoren kann neben dem Threshold auch das Kompressionsverhältnis geregelt werden. In Pic2 sehen Sie eine extremere Einstellung mit dem Verhältnis 4:1

Einzelsignale werden komprimiert, um den Dynamikverlauf insgesamt zu glätten und somit leise Passagen verständlicher (weil lauter) zu machen, ohne dass laute Passagen zu laut oder unangenehm wirken. So besitzt beispielsweise die menschliche (Sing-)Stimme naturgemäß ein hohes Maß an Dynamik, die es in unbearbeiteter Form problematisch macht, den Gesang in einer typischen Pop-Mischung gegenüber den restlichen Spuren in den Vordergrund treten zu lassen.

Mittels eines Kompressors können diese Pegelschwankungen ausgeglichen werden, wodurch ein stetig hoher Durchschnittspegel und somit eine deutlich verbesserte Signalpräsenz erzielt wird. Auch zur Einhaltung der technischen Grenzen bei einer Musikaufnahme kann ein Kompressor eingesetzt werden (Vermeidung von Übersteuerungen besonders bei der digitalen Aufnahme). Hierbei wird das Originalsignal vor der Aufnahme in der Dynamik begrenzt.

Gesamtsignale werden komprimiert, um z.B. nicht wahrnehmbare kurzzeitige Pegelveränderungen zu vermindern. Das Gesamtsignal kann somit näher an die Verzerrungsgrenze gebracht werden. Dadurch wird der Klang insgesamt lauter. Der Effekt wird dem Bereich der Psychoakustik zugeschrieben. Häufig eingesetzt wird diese Technik wie bereits eingangs erwähnt bei Radiosendern ,die das meistens bereits stark komprimierte Originalsignal eines Musikstückes vor dem Senden erneut komprimieren, um eine möglichst hohe Lautheit bzw. akustische Durchsetzung im Vergleich zu anderen Sendern zu erreichen. Die dabei teilweise deutlich hörbare Veränderung des Originals wird hierbei billigend in Kauf genommen.

Ein gut eingestellter Kompressor ist nicht hörbar. Das stimmt wohl. Er macht das Signal auf jeden Fall gleichmäßiger und ausgeglichener. Die somit erzielte Reduzierung der Pegelschwankungen sorgt dafür, daß das komprimierte Signal einen niedrigeren Dynamikbereich hat, als das Eingangssignal. Harte Spitzen werden entschärft und insgesamt wird das Signal für die weitere Verarbeitung erträglicher. Bei perkussiven Signalen klingt das Signal „dichter“.

Kompressortypen

Grundsätzlich wird zwischen Breitband- und Multibandkompressoren unterschieden. 

Beim Singleband bzw. Breitbandkompressor wird der Pegel des gesamten Eingangssignals gleichmäßig bearbeitet. Das bedeuted, das alle Frequenzbereiche durch die gleichen Parameter verändert werden. Allerdings kann man den Frequenbereich auch einschränken, sodass z.B nur ein Frequenereich von 80 bis 250 Hz bearbeited wird. Da aber nur dieser eine Frequenzbereich bearbeitet wird, ist es weiterhin ein Singlebandkompressor.

Der Breitbandkompressor ist in der Tontechnik bei weitem der häufigste und kommt z. B. oft zum Einsatz, um Einzelsignalen einer Musikmischung mehr Durchsetzungsfähigkeit und Präsenz zu verleihen. Breitband-Kompressorschaltungen stoßen jedoch prinzipbedingt an ihre Grenzen.

Sobald im Eingangssignal mehrere Dynamikverläufe gleichzeitig in verschiedenen Frequenzbereichen unabhängig voneinander ablaufen, wie es in einer Mischung mehrerer Einzelsignale der Fall ist. So kann z.B. der Einsatz eines Breitbandkompressors auf einer Musikmischung dazu führen, dass ein Pegelanstieg im Bassbereich zur Abschwächung des Gesamtpegels der Mischung führt (typisches Pumpen beim Einsatz der Bassdrum.

Multibandkompressoren wurden entwickelt, um komplexe Signale zu bearbeiten.Hierbei wird vor der eigentlichen Bearbeitung mittels einer Frequenzweiche das Eingangssignal in mehrere Frequenzbänder aufgeteilt wird, von denen jedes einen von mehreren unabhängigen Kompressorschaltkreisen durchläuft, deren Ausgangssignale nach der Kompression wieder zusammen gemischt werden. Auf diese Weise ist es möglich, komplexe und breitbandige Mischsignale homogen zu verdichten, ohne dabei die unnatürliche gegenseitige Beeinflussung verschiedener Frequenzbänder in Kauf nehmen zu müssen.

Das Multibandkompressoren grundlegend in das Klangbild einer Musikmischung eingreifen können und die komplexe Parametrisierung viel Erfahrung mit der Bedienung und der Arbeitsweise der Geräte voraussetzt, gibt es Versuche, die Einstellung des Kompressors zu automatisieren. 

So gibt es Geräte, die das zu bearbeitende Programmmaterial analysieren können und auf Basis der spektralen und dynamischen Eigenschaften versuchen, das Material möglichst homogen zu verdichten. Dadurch wird dem Signal jedoch eine bestimmte Klangästhetik aufgeprägt, die nicht immer mit dem musikalischen Charakter des Materials harmoniert

Bauformen der Kompressoren

Röhrenkompressor

Im Gegensatz zu Kompressoren mit Halbleiterschaltung kommt beim Röhrenkompressor als verstärkendes Bauteil eine Elektronenröhre zum Einsatz. Obwohl beide Bauteile die gleiche Aufgabe haben, können die klanglichen Veränderungen des bearbeiteten Materials sehr unterschiedlich sein, da je nach verwendetem Verstärker bauteil- und schaltungsspezifische Eigenschaften mit in das Klangmaterial einfließen.

Optokompressor

Bei diesem Kompressor-Typ wird die Steuerspannung einer Leuchtdiode zugeführt, deren Helligkeit sich entsprechend ändert. Im Signalweg befindet sich ein Fototransistor oder ein Fotowiderstand, der die Funktion des Stellelements wahrnimmt. Besonders für die mit dem Photowiderstand arbeitende Variante ist eine gewisse Trägheit im Regelverhalten charakteristisch, die oft als besonders musikalisch empfunden wir

Limiter

Ein Limiter ist im Prinzip eine Sonderform des Kompressors. Wir sehen ja bereits bei einem 4:1 Kompressor wie flach die Kurve oberhalb des Thresholds wird. Bei einem idealen Limiter ist dieser Kurventeil waagerecht d.h. ab dem Threshold bleibt das Ausgangssignal immer gleich hoch, egal wie groß das Eingangssignal wird.

In der Realität spricht man aber bereits ab Kompressionsraten 10:1 vom Limiterverhalten. Da die Lautstärke nur noch geringfügig mit dem Eingangssignal ansteigt, kann man das sehr wohl. Im Pic3 sehen wir einen 10:1 Kompressor. Deutlich ist, daß selbst bei 0dB Eingangspegel das Ausgangssignal nur unmerklich größer wird als der Threshold-Wert es wird also begrenzt – oder gelimited.

Ein idealer Limiter hat ein Kompressionsverhältnis von ∞:1, zu sehen in Pic4 wo klar wird, das niemals ein größeres Signal als der Threshold von –48dB aus dem Ausgang herauskommen wird.

„Brick Wall Limiter“/ „Clipper“: Diese Bezeichnungen stehen für eine bestimmte Form des Limiting. Ein „Brickwall Limiter“ oder „Clipper“ gibt garantiert keine Pegel oberhalb des Thresholds aus. Durch die Verstärkung des Eingangspegels kann so rasch eine hohe Lautheit des Audiomaterials erzielt werden. Sie sind in der aktuellen Musik sozusagen die Geheimwaffe im Loudnesswar.

Bei Überschreiten des Thresholds regelt der Limiter das Signal bis zum Ablauf der „Attack-Time“ auf den Wert des Thresholds zurück. Dabei kann es zu Ausgangspegeln kommen, die oberhalb des Thresholds liegen. Der Limiter begrenzt das Signal durch die Sättigung des Verstärkers. Die Clipgrenze liegt dabei leicht oberhalb des Thresholds. Durch eine abgerundete Form der Clippingkennline wird das Signal zuerst komprimiert und dann begrenzt. Dabei entstehen durch die harmonischen Verzerrungen Obertöne. Limiter mit Röhrentechnik erzeugen für den Menschen meistens angenehmere Obertöne als Geräte in Transistorbauweise.

Diese Schaltung wird auch „Feed Forward“ oder „Look Ahead“ genannt. Präziser muss eigentlich von Vorwärtssteuerung gesprochen werden, da kein geschlossener Regelkreis wie bei der Rückwärtsregelung vorliegt. Das Signal wird um ein kurzes Zeitintervall (mindestens um die Ansprechzeit (Attack) der Steuerkette, z. B. 0,2 ms) verzögert. So kann der VCA das Audiosignal vor dem Überschreiten des Grenzwerts auf den zulässigen Pegel reduzieren. Ob das exakt funktioniert, hängt von der Präzision der Steuerkennline ab, da keine Kontrolle erfolgt wie im Regelkreis. Das psychoakustische Phänomen der Rückwärtsverdeckung sorgt dafür, dass der Steuervorgang kaum wahrgenommen wird.

Noise Gate

Ein Noise-Gate sorgt dafür, daß ein Eingangssignal erst ab einer gewissen, einstellbaren Größe zum Ausgang durchgelassen wird. Damit können Nebengeräusche wie z.B. Rauschen, in Spielpausen einfach unterdückt werden. Sobald der Ton wieder angeschlagen wird, schaltet das Gate das Signal wieder durch. Klingt einfach, kann aber fürchterlich klingen, vor allem wenn der Ansprechpunkt zu hoch liegt. In diesem Fall wird ein ausklingender Ton bei Erreichen der Ansprechpunktes einfach abgeschaltet. Dasselbe gilt für einen anschwellenden Ton, dieser ist zunächst nicht hörbar und wird erst nach Erreichen der Ansprechschwelle zu hören sein.

Das klingt für unsere Ohren sehr abrupt und unmusikalisch. Es gibt zwar Noise Gates bei denen das Schalten nicht schlagartig, sondern mit sanfterem Übergang erfolgt, so richtig Helfen tut das aber trotzdem nicht. Wenn man ein Noise-Gate einsetzt, muß der Ansprechwert sorgfältig ausgetestet werden. Das hängt von einigen Faktoren ab, z.B. Bass, wie stark rauscht die Elektronik, von der Spielweise wie hart ist der Anschlag, wieviel Nebengeräusche werden produziert.

Wir schauen uns jetzt noch an, wie so ein Noise-Gate in unserem Dynamik-Diagramm aussieht. Pic5 zeigt ein abrupt einsetzendes Noise-Gate. Alles am Eingang was kleiner als –48dB ist, wird nicht durchgelassen. Im Pic6 sehen wir den sanften Einsteig eines Soft-Noise-Gates.