Tontechnik für Mediengestalter: Töne hören - Technik verstehen - Medien gestalten

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Author: Hans Jörg Friedrich

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X.medi a.press

(8)

Hans Jorg Friedrich

Tontechnik fiir Mediengestalter Tone horen - Technik verstehen Medien gestalten

^ Spri ringer

Hans Jorg Friedrich Durrbachstr. 14 70329 Stuttgart Deutschland bans .friedrich @d-mo .de

ISBN 978-3-540-71869-7

e-ISBN 978-3-540-71870-3

DOI 10.1007/978-3-540-71870-3 ISSN 1439-3107 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet these Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet iiber http://dnb.d-nb.de abrufbar © 2008 Springer-Verlag Berlin Heidelberg Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der tjbersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Fine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Finzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulassig. Sie ist grundsatzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Einbandgestaltung: KiinkelLopka, Heidelberg Printed on acid-free paper 987654321 springercom

Vorwort

Ein Beruf in den Medien, nah dran am Geschehen, kreativ Tone gestalten... Es gibt viele Griinde - auch viele gute - sich fiir die Laufbahn als Mediengestalter zu entscheiden. Der Wandel vom klassischen Tontechniker zum Mediengestalter hat das Potential und die Attraktivitat des Berufs gesteigert. Gleichzeitig miissen aber auch die kreativen Chaoten die geradhnigen und wenig beugsamen technischen Gesetze akzeptieren und beherrschen lernen, miissen die Technikverhebten ihre Aufmerksamkeit auf die Akteure richten, mit denen sie arbeiten und ihrem Geist die Entfahung erlauben, die die Gestaltung von Tonen von ihnen verlangt. Die Aufgabe ist zweifeUos reizvoU, aber ebenso anspruchsvoh. Dieses Buch mochte den Beruf des Mediengestahers in seiner Breite beschreiben und Impulse setzen auch iiber die Randgebiete nachzudenken. Ich mochte mich bei alien Menschen bedanken, die mich bei diesem Buch unterstiitzt haben. Ich danke Herrn Urs Ehm von der d&b audiotechnik AG, Dagobert Schafer von der Firma Schalltechnik Dr.-Ing. Schoeps GmbH, Frank Meder von der SAE Stuttgart, Herrn Johannes Hiidepohl von der Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik. Vielen Dank an Claudia Peycke, Michael Speer, Hans-Peter Jahn, Alex Renz, Jorg Aichele und Boris Kellenbenz.

Stuttgart, September 2007

Hans Jorg Friedrich

Inhaltsverzeichnis

1

Tontechnik im Wandel 1.1 Tone im Wandel - Vom Porzellan zum Plastikgeschirr 1.2 Technik im Wandel - Vom Skalpell zum Scliweizer Taschenmesser 1.3 Berufsbilder im Wandel - Vom Techniker zum Gestalter

1 1 2 3

Teil I Schall - D e r R o h s t o f f 2

Schall i n d e r P h y s i k 2.1 Die Schallwelle 2.2 Schallausbreitung 2.3 Schallbesclireibung 2.3.1 Schalldruck 2.3.2 Schalldruckpegel 2.3.3 Schallleistung 2.3.4 Scliallleistungspegel 2.3.5 Spektrum

7 7 9 10 11 11 12 12 12

3

Schall i n d e r E l e k t r o t e c h n i k 3.1 Elektrische Gr6£en 3.1.1 Strom 3.1.2 Spannung 3.1.3 Widerstand 3.1.4 Das Ohmsche Gesetz 3.2 Elektronisclie Bauteile 3.2.1 Widerstand 3.2.2 Kondensator 3.2.2.1 Kondensatoren im Gleiclistromkreis 3.2.2.2 Kondensatoren im Wechselstromkreis 3.2.3 Spulen

13 13 13 14 14 14 14 15 15 16 18 18

VIII

Inhaltsverzeichnis 3.2.3.1 Spulen im Gleichstromkreis 3.2.3.2 Spulen im Wechselstromkreis 3.2.4 Operationsverstarker Elektronische Grundschaltungen 3.3.1 Reihenschaltung 3.3.2 Parallelschaltung 3.3.3 Gemischte Schaltungen 3.3.4 Anpassung 3.3.4.1 Spannungsanpassung 3.3.4.2 Stromanpassung 3.3.4.3 Leistungsanpassung 3.3.5 Verstarkerschaltungen 3.3.5.1 Impedanzwandler 3.3.5.2 Nichtinvertierender Verstarker 3.3.5.3 Invertierender Verstarker 3.3.6 Filterschaltungen 3.3.6.1 Passive Filter 3.3.6.2 Aktive Filter

19 19 19 20 21 21 21 22 23 23 24 24 24 25 25 25 26 27

4

Schall in d e r W a h r n e h m u n g 4.1 Das menscliliche Gehor 4.1.1 Das aufiere Ohr 4.1.2 Das Mittelohr 4.1.3 Das Innenolir 4.1.4 Gehorschutz 4.2 Psychoakustik 4.2.1 Das Horfeld 4.2.2 Lautstarke horen 4.2.2.1 Schalldruck und Sclialldruckpegel 4.2.2.2 Kurven gleicher Lautstarke 4.2.2.3 Bewertungskurven 4.2.2.4 Lautheit 4.2.3 Tonhohen horen 4.2.3.1 Das critical band 4.2.3.2 Verdeckung 4.2.4 Kombinationstone 4.2.5 Grundtonhoren - Residualeffekt 4.2.6 Haas-Effekt - Gesetz der ersten Wellenfront

29 29 30 30 31 31 32 32 32 33 34 34 35 35 36 37 39 39 39

5

Schall in s e i n e n F o r m e n 5.1 Sprache oder Musik 5.2 Sprache oder Gerausch 5.3 Musik oder Gerausch

41 41 42 42

3.3

Inhaltsverzeichnis

IX

Sprache 6.1 Sprachquellen 6.1.1 Wer spricht? 6.1.1.1 Sprecher und Schauspieler 6.1.1.2 Reporter 6.1.1.3 Promis und Passanten 6.1.2 Was wird gesprochen? 6.1.2.1 Kiinstlerisches Wort 6.1.2.2 Informatives Wort 6.1.2.3 Konversation 6.1.3 Wo wird gesprochen? 6.1.4 Bei welcher Gelegenheit wird gesprochen? 6.1.5 Auditive und audiovisueUe Medien 6.2 Stimme 6.2.1 Physiologic 6.2.2 Akustik 6.2.2.1 Formanten 6.2.2.2 Frequenzgang 6.2.2.3 Abstrahlverhalten 6.3 Texte 6.3.1 Syntax 6.3.2 Semantik 6.3.3 Pragmatik 6.4 Sprechen 6.4.1 Atmung, Tonung und Lautung - Worter sprechen . . . . 6.4.2 Rhythmus, Melodic, Klang und Dynamik - Texte sprechen 6.4.2.1 Rhythmus 6.4.2.2 Melodic 6.4.2.3 Klang 6.4.2.4 Dynamik

43 43 43 43 44 44 45 45 45 45 45 46 47 47 47 48 49 50 50 51 51 51 52 52 52

Musik 7.1 E-Musik und U-Musik 7.1.1 E-Musik 7.1.2 U-Musik 7.1.3 F-Musik 7.2 Andere Unterscheidungskriterien 7.2.1 Vokal - Instrumental 7.2.2 Grofie der Besetzung 7.3 Instrumente 7.3.1 Blasinstrumente 7.3.1.1 Schwingung 7.3.1.2 Erregung 7.3.1.3 Anpassung

57 57 58 58 58 59 59 59 59 60 60 62 63

54 54 54 54 55

X

Inhaltsverzeichnis

7.4

7.5

8

7.3.1.4 Floten 7.3.1.5 Rohrblattinstrumente 7.3.1.6 Doppelrohrblattinstruniente 7.3.1.7 Sonstige 7.3.2 Saiteninstrumente 7.3.2.1 Schwingung 7.3.2.2 Erregung 7.3.2.3 Anpassung 7.3.3 Schlaginstrumente 7.3.3.1 Schwingung 7.3.4 Elektronische Instrumente 7.3.4.1 Tonabnehmer 7.3.4.2 Klangsynthese 7.3.5 Gesang Musikalische Struktur 7.4.1 Melodik 7.4.1.1 Tonleitern und Skalen 7.4.2 Harmonik 7.4.2.1 Akkord 7.4.2.2 Stufentheorie 7.4.2.3 Funktionstheorie 7.4.3 Rhythmik 7.4.3.1 Tempo 7.4.3.2 Takt 7.4.3.3 Rhythmus Musizieren 7.5.1 Intonation 7.5.2 Timbre 7.5.3 Timing 7.5.4 Balance 7.5.5 Interpretation

Gerausche 8.1 Atmospharen 8.2 EflFektklange (SFX)

63 64 64 64 65 65 66 67 68 68 70 70 71 76 76 77 77 77 78 80 81 81 82 83 83 83 83 84 85 85 86 89 89 90

Teil II T e c h n i k — D i e W e r k z e u g e 9

Schallwandler 9.1 Mikrofone 9.1.1 Wandlerprinzipien 9.1.1.1 Elektrodynamische Mikrofone 9.1.1.2 Elektrostatische Mikrofone 9.1.2 Richtcharakteristik

95 95 95 96 97 99

Inhaltsverzeichnis

9.2

9.3

9.4

9.5

9.1.2.1 Druckempfanger 9.1.2.2 Druckgradientenempfanger 9.1.2.3 Richtwirkung 9.1.3 Bauformen 9.1.3.1 Kleinnienibranniikrofone 9.1.3.2 Grofinienibranniikrofone 9.1.3.3 Doppelmembranmikrofone 9.1.3.4 Grenzflachenmikrofone 9.1.3.5 Ansteckmikrofone 9.1.3.6 Rohrenmikrofone 9.1.4 Technische Daten 9.1.4.1 Frequenzgang/Ubertragungsbereich 9.1.4.2 Empfindlichkeit 9.1.4.3 Ersatzgerauschpegel 9.1.4.4 Gerauschpegelabstand 9.1.4.5 Grenzschalldruckpegel Tonabnehmer 9.2.1 Moving Coil (MC)/Moving Magnet (MM) 9.2.2 Kristallsysteme Lautsprecher 9.3.1 Parameter 9.3.2 Chassis 9.3.2.1 Wandlerprinzipien 9.3.2.2 Membranausformungen 9.3.3 Lautsprecherbox 9.3.3.1 Akustische Phanomene 9.3.3.2 Mehrwegesysteme 9.3.3.3 Konstruktionsmuster 9.3.4 Elektronik 9.3.4.1 Endstufe 9.3.4.2 Frequenzweiche 9.3.4.3 Controller 9.3.4.4 Konnektivitat 9.3.5 Lautsprecheranordnungen 9.3.5.1 Mono 9.3.5.2 Stereo 9.3.5.3 Mehrkanal 9.3.5.4 Wellenfeldsynthese Kopfhorer 9.4.1 Geschlossene Kopfhorer 9.4.2 Offene Kopfhorer 9.4.3 Kopfhorerverstarker 9.4.4 Druckkanimerprinzip Analog-Digital-Wandler - AD-Wandler 9.5.1 Zahlensysteme

XI 99 100 101 105 105 105 106 106 106 107 107 107 108 108 108 108 108 109 109 109 109 110 110 Ill 113 113 114 114 115 115 116 116 117 117 117 117 119 120 121 121 122 122 122 123 123

XII

Inhaltsverzeichnis 9.5.2

9.6

Abtastung 9.5.2.1 Analoge Tiefpassfilterung 9.5.2.2 Aliasing 9.5.2.3 Oversampling 9.5.2.4 Tastung 9.5.3 Quantisierung 9.5.3.1 Quantisierungsrauschen 9.5.3.2 Dithering 9.5.3.3 Noise Shaping 9.5.4 Technische Umsetzung 9.5.4.1 Multibit-Wandler 9.5.4.2 1-Bit-Wandler Digital-Analog-Wandler - DA-Wandler 9.6.1 Multibit-Wandler 9.6.2 1-Bit-Wandler

10 Mischpulte 10.1 Signalflussplane und Prinzipschaltbilder 10.2 Eingangskanalziige 10.2.1 Eingangsstufe 10.2.1.1 Mikrofoneingang 10.2.1.2 Line-Eingang 10.2.1.3 Tape-Eingang 10.2.2 Ausgange 10.2.2.1 Inserts 10.2.2.2 Sammelschienen 10.2.2.3 Ausgangsstufe 10.2.2.4 Direct Out 10.2.3 Signalmanipulation 10.3 Mastersektion 10.3.1 Bedienelemente 10.3.2 Signaliiberwachung 10.3.2.1 Pegel 10.3.2.2 Phasenlage (Korrelation, Stereobild) 10.3.2.3 Frequenzgang 10.3.3 Automation 10.3.3.1 Mutegruppen 10.3.3.2 Snapshot-Automation 10.3.3.3 Total RecaU 10.3.3.4 (MIDI)-Mute-Automation 10.3.3.5 Dynamische Automation 10.3.4 Steckfeld 10.4 Mischpult-Bauformen 10.4.1 BeschaUungs- und Sendepulte 10.4.1.1 FOH - Front of House

125 125 126 126 127 127 127 128 128 129 129 130 130 131 132 133 133 134 136 136 136 136 137 137 138 140 141 142 142 142 142 143 145 147 147 148 148 148 149 150 150 151 151 151

Inhaltsverzeichnis 10.4.1.2 Monitorpulte 10.4.1.3 Sendepulte 10.4.2 Mehrspur-Recording-Pulte 10.4.2.1 Record-Status 10.4.2.2 Mixdown-Status 10.4.3 HardwarecontroUer und virtuelle Mischpulte 10.4.4 Sonstige Mischpultkonzepte 10.4.4.1 8-Bus 10.4.4.2 Channel Strips 11 Aufnahme- & Ubertragungstechnik 11.1 Profi- und Consunierformate 11.2 Analoge Audioaufzeichnung 11.2.1 Magnetton 11.2.1.1 Tonband 11.2.1.2 Bandmaschinen 11.2.2 Schallplatte 11.2.3 Lichtton 11.3 Analoge Audioiibertragung 11.3.1 Kabelverbindungen 11.3.2 Telefon 11.3.3 Modulationstecliniken 11.3.3.1 Amplitudenmodulation - AM 11.3.3.2 Frequenzmodulation- FM 11.3.4 Mittelwelle, Kurz- und Langwelle 11.3.5 UKW 11.3.6 UHF 11.4 Digitale Audioaufzeichnung 11.4.1 Informationstheorie 11.4.1.1 Nachricht, Signal, Alphabet 11.4.1.2 Information, Entscheidungsgehalt, Entropie 11.4.1.3 Relevanz, Irrelevanz, Redundanz 11.4.2 Codierung 11.4.2.1 Signalformcodierung 11.4.2.2 Quellencodierung 11.4.2.3 Kanalcodierung 11.4.2.4 Leitungscodierung 11.4.3 Medien 11.4.3.1 Magnetische Speichermedien 11.4.3.2 Optische Formate 11.4.3.3 Magnetooptische Formate 11.4.3.4 Elektronische Verfahren 11.5 Digitale Audioiibertragung 11.5.1 Schnittstellen 11.5.1.1 AES/EBU

XIII 152 153 154 155 156 156 158 158 158 159 159 160 160 160 161 165 166 167 167 168 169 169 171 172 173 173 174 174 175 . . 176 178 178 179 180 181 184 187 188 190 191 191 192 192 192

XIV

Inhaltsverzeichnis 11.5.1.2 S/PDIF 11.5.1.3 ADAT 11.5.1.4 MADI 11.5.2 ISDN 11.5.2.1 G.711 11.5.2.2 G.722 11.5.2.3 MPEG 11.5.2.4 Apt-XlOO 11.5.3 Audio over IP 11.5.4 Digitaler Rundfunk 11.6 Aufzeichnung von Steuerbefehlen 11.6.1 Das MIDI-Protokoll 11.6.1.1 Adressierung 11.6.1.2 Message-Aufbau 11.6.1.3 Channel Voice Messages 11.6.1.4 Channel Mode Messages 11.6.1.5 System Common Messages 11.6.1.6 System Real-Time Messages 11.6.2 Die MIDI-tibertragung 11.6.2.1 Der MIDI-Datenstrom 11.6.2.2 Die MIDI-Schnittstelle 11.6.3 Die MIDI-Daten-Speicherung 11.6.4 MIDI-Erweiterungen 11.6.4.1 MIDI Timecode 11.6.4.2 MMC - MIDI Machine Control 11.6.4.3 MIDI Show Control 11.6.4.4 General MIDI (GM) 11.6.4.5 Downloadable Sounds (DLS) 11.6.5 MIDI Sequencer 11.6.6 MIDI Setup

12 Synchronisation 12.1 Takt 12.1.1 Perforation 12.1.2 Biphase 12.1.3 Pilotton 12.1.4 Word Clock 12.1.5 MIDI Clock 12.1.6 Selbsttaktende Codierung 12.1.7 Taktfehler - Jitter 12.2 Song Position 12.3 Timecode 12.3.1 Bildraten 12.3.2 Die Timecodeaufzeichnung 12.3.2.1 LTC - Longitudinal Timecode

193 194 194 194 195 195 196 196 197 197 198 199 199 199 200 201 202 203 204 204 205 205 205 206 207 207 207 208 209 210 213 214 214 215 215 215 216 216 217 217 217 218 219 219

Inhaltsverzeichnis 12.3.2.2 V I T C - Vertical Interval Timecode 12.3.2.3 M T C - MIDI Timecode 12.3.3 SMPTE-Timecode 12.3.3.1 D a t a Bits 12.3.3.2 User Bits 12.3.3.3 Synchronwort

XV 219 220 220 220 221 221

Teil III A u f g a b e n — D i e B e a r b e i t u n g 13

Aufnahme 13.1 AuEenaufnalimen 13.1.1 Filmton 13.1.2 EB-Ton 13.1.3 Atmospharen 13.1.4 Live-Konzerte 13.2 Studioaufnahmen 13.2.1 Live Recording 13.2.2 Overdub Sessions 13.2.3 Melirspuraufnalimen 13.2.4 Zweispuraufnahmen 13.3 Aufnahnievorbereitungen 13.3.1 Der richtige Aufnalimeraum 13.3.2 Die richtige Position im R a u m 13.4 Mikrofonierung 13.4.1 Mikrofonauswahl 13.4.2 Mikrofonaufstellung 13.4.2.1 Position im Verhaltnis zur Scliallquelle 13.4.2.2 Position im R a u m 13.5 Stereoaufnalimen 13.5.1 Synthetische Stereofonie 13.5.2 Intensitatsstereofonie 13.5.2.1 XY-Technik 13.5.2.2 Blumlein-Technik 13.5.2.3 MS-Technik 13.5.3 Laufzeitstereofonie 13.5.3.1 AB-Technik 13.5.3.2 Mehrpunkt-Technik 13.5.4 Gemischte Tecliniken - Aquivalenzstereofonie 13.5.4.1 Oline Klangveranderung 13.5.4.2 O R T F 13.5.4.3 Mit Klangveranderung 13.5.4.4 OSS - Jecklin-Scheibe 13.5.4.5 Kunstkopf 13.5.4.6 Echtkopf

225 225 226 226 226 227 227 228 230 231 231 232 232 234 235 235 236 237 240 241 242 244 244 247 247 248 249 249 249 250 250 250 251 252 252

XVI

Inhaltsverzeichnis 13.5.4.7 Stereomikrofone 13.5.5 Surroundtechniken 13.5.5.1 Atmokreuz 13.5.5.2 Fukuda Tree 13.5.5.3 INA 5 13.5.5.4 OSIS 321 13.5.5.5 KFM 360 13.5.5.6 Schallfeldmikrofone 13.6 Der Aufnahmeablauf 13.6.1 Der Wohlfiihlfaktor 13.6.2 Wichtige Informationen 13.6.3 Technik - Die wichtigste Nebensache 13.6.4 Take fiir Take

252 253 253 254 254 255 256 257 257 257 258 259 259

14 Mischung 14.1 Qualitatskriterien fiir die Mischung 14.2 Klangmanipulation und EfFekte 14.2.1 Klangregelung 14.2.1.1 Filter 14.2.1.2 Entzerrer 14.2.2 Dynamikprozessoren 14.2.2.1 Dynamik 14.2.2.2 Kompressor 14.2.2.3 Limiter 14.2.2.4 Expander 14.2.2.5 Noise Gate 14.2.2.6 De-Esser 14.2.2.7 Kompandersysteme 14.2.3 Panorama 14.2.4 Hall 14.2.5 Delay 14.2.6 Chorus/Flanger/Phaser

263 263 264 264 265 268 271 272 272 278 279 279 281 282 283 285 288 288

15 Schnitt 15.1 Sprachschnitt 15.1.1 Kiirzungssclinitte 15.1.2 Korrekturen 15.1.3 Kosmetik 15.1.4 Montage 15.1.4.1 Umfragen 15.1.4.2 Collagen 15.2 Musikschnitt 15.2.1 Versionssclinitte 15.2.2 Korrekturen 15.2.3 Effektschnitte

291 296 296 296 297 298 299 299 300 301 302 303

Inhaltsverzeichnis 16

XVII

Beschallung 305 16.1 Vorbereitungen 305 16.1.1 Das P r o g r a m m 305 16.1.2 Die Halle 307 16.1.3 Sonstiges 309 16.1.4 Materialauswahl 310 16.1.5 Die Bescliallungsanlage 312 16.1.5.1 Stacks & Cluster 312 16.1.5.2 Fills 314 16.1.5.3 Delay Lines 315 16.1.5.4 Line Arrays 316 16.1.5.5 Installationen 318 16.2 Technisclie Einriclitung 319 16.2.1 Technische Aspekte 319 16.2.1.1 Strom 319 16.2.1.2 Pultplatz 320 16.2.1.3 Backline 321 16.2.1.4 PA 322 16.2.2 Sicherheitsaspekte 323 16.3 Soundcheck 325 16.3.1 Einmessen der PA 325 16.3.2 Der Monitor Soundcheck 326 16.3.3 Der F O H Soundcheck 327 16.3.4 Larmschutz 329 16.3.4.1 TA Larm 329 16.3.4.2 Larm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung330 16.3.4.3 DIN 15905 Teil 5 331 16.4 Die Veranstaltung 331 16.4.1 Prazision 331 16.4.2 Balance 332 16.4.3 Klanggestaltung 332

Literaturverzeichnis

333

Sachverzeichnis

337

Tontechnik im Wandel

Worum es bei der Tontechnik geht erscheint schon beim blofien Anblick des Wortes augenfallig. Um Tone und um Technik. Umso erstaunlicher ist es, dass die Existenz der Tone und vielfach auch ihre Form scheinbar als gegeben angesehen werden und der Technik die gesamte Aufmerksamkeit zuteil wird. In diesem Buch soU die Tontechnik mehr sein, als die Lehre der Schallwandlung und -iibertragung. Deshalb bevorzuge ich eine weniger technische als vielmehr ganzheitliche Definition des Wortes Tontechnik: Tontechnik ist die Begleitung eines Schallereignisses von seiner Entstehung entlang einer Ubertragungskette bis zum Ort des Horens mit Hilfe von technischen Einrichtungen zur Manipulation, Speicherung und Ubertragung. Die etablierten Verfahrensweisen in der Produktion und Ubertragung von Sprache und Musik erfahren einen grundsatzlichen Wandel, seit der Computer Einzug in die Tonstudios, aber auch in die Wohnungen der Konsumenten gehalten hat. Dass sich die Produktionstechnik dadurch verandert ist offensichtlich, es gibt aber auch gravierende Auswirkungen auf die tontechnischen Berufsbilder und sogar auf das Horempfinden und damit die Form der produzierten Tone ansich.

1.1 Tone im Wandel — Vom Porzellan zum Plastikgeschirr Horen ist die Aufnahme eines meist wilden Gerausch- und Stimmengewirrs. Zuhoren bedeutet, daraus die jeweils relevanten Informationen zu extrahieren. Die Fahigkeit, selektiv zu horen, also aus dem von den Ohren empfangenen Klanggemisch die wichtigen Telle zu extrahieren lasst den Horer blind - oder besser taub - werden fiir die spezifischen Unzulanglichkeiten eines bestimmten Mediums. Anders ist kaum zu erklaren, dass sich die Menschen in den 1920er Jahren freiwillig vor einen Langwellenempfanger setzten, die Schallplatte trotz ihres Knisterns von vielen noch heute als der CD klanglich iiberlegen empfunden wird und die Musik-Kassette - die immerhin die Wahl zwischen rauschen

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1 Tontechnik im Wandel

und pumpen lie£ - den Weg in jedes Auto fand. Nun hangt diese Toleranz sicher davon ab, dass der Benutzer einen Vorteil zu anderen Medien empfindet. Das kann im Falle der ersten Radiogerate ein Mangel an Alternativen sein, im Falle der Schallplatte ein oft als sinnlich empfundenes taktiles Erlebnis oder es stellt sich, wie die MC, einfach als praktisch heraus. Aucli die modernen Medien sind klanglicli alles andere als perfekt. Aber liier greifen dieselben Mechanisnien. In Kauf genomnien wird heute ein verzerrter Fernsehton, zugunsten der Verfiigbarkeit eines passenden Bildes - in vielen Hauslialten hat der Fernselier das Radio langst abgelost. MP3-Artefakte werden iiberhort, well sich damit akzeptable Download-Zeiten erkaufen lassen und am Ende 60 Stunden Musik auf den Player passen. Dass der Klang nicht unbedingt das wichtigste Qualitatsmerkmal ist fiihrt bereits in der Produktion dazu, dass man sich Gedanken iiber die spateren Abhorbedingungen des fertigen Produktes macht. Klangasthetik wird zugunsten der Lautheit aufgegeben und die Produktionsqualitat bleibt oft weit hinter ihren Moglichkeiten, well sich der Aufwand fiir ein minderwertiges Ausgabeformat nicht rechtfertigen lasst. Das hat auch Auswirkungen auf die technischen Anlagen, die fiir eine Produktion eingesetzt werden.

1.2 Technik im Wandel — Vom Skalpell zum Schweizer Taschenmesser Die Computertechnik hat sowohl die Seite der Produktion, als auch die Seite der Konsumenten verandert. Auf der Seite der Konsumenten sind die neuen Medien zu nennen, die CD hat die LP und die MC abgelost, digitale Formate sind heute Standard. Konventionelle, analoge Produktionstechnik stellt hohe Anforderungen an die Qualitat der Schaltungen und der Bauteile. Das macht die Technik aufwandig und teuer. Analoge tontechnische Cerate lassen sich nur fiir einen Zweck verwenden. Nicht nur die Anschaffung ist teuer, auch die Wartung und die permanente messtechnische Betreuung sind mit hohen Kosten verbunden. Canz anders verhalt es sich mit den digitalen Systemen. Moderne AudioWorkstations arbeiten heute ohne zusatzliche Hardware auf handelsiiblichen Computersystemen. Sie sind intuitiv zu bedienen und erwecken damit den Anschein, dass weniger Know How notig ist, als es bei analoger Ausriistung der Fall ware. Die virtuelle Studioumgebung stellt nicht so hohe Platzanforderungen wie ihre analogen Pendants, so dass auch kleinere Raume bei Bedarf als Studio dienen konnen. Diese Faktoren haben dazu gefiihrt, dass eine grofie Menge an semiprofessioneUen Studios entstanden sind, die mit wesentlich geringeren Kosten eine akzeptable Qualitat produzieren konnen. Qualitatsunterschiede zwischen den Studios sind heute haufig nicht in den Produktionssystemen zu suchen sondern in baulichen Gegebenheiten, der Peripherie und vor allem den Kenntnissen und Fahigkeiten des Personals. Eine

1.3 Berufsbilder im Wandel - Vom Techniker zum Gestalter

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gute Raumakustik ist ein gro£er Kostenfaktor, allein schon well dafiir eine gewisse MindestgroEe erforderlich ist. Auch wenn erschwingliche digitale AudioWorkstations den giinstigen Einstieg ermoglichen, benotigt man fiir sehr gute Aufnahmen imnier noch sehr gute Mikrofone, die zudem noch zum jeweiligen Anwendungsfall passen miissen. Eine groiê Auswahl guter Mikrofone vorzuhalten ist teuer. Der letzte Qualitatsfaktor - und sicher einer der wichtigsten - ist der Mensch. Um die Berufe in der Tontechnik geht es im folgenden Abschnitt.

1.3 Berufsbilder im Wandel — Vom Techniker zum Gestalter Die klassische Rollenverteilung in der tontechnischen Produktion besteht aus drei Personen. Zustandig fiir die kiinstlerischen Aspekte ist je nach Programm der Regisseur, Spielleiter oder Tonmeister, die technische Umsetzung der Vorgaben obliegt dem Toningenieur und der Tontechniker ist als Tape-Operator fiir die Aufzeichnungsgerate zustandig. Die Digitalisierung der Produktionsmittel vereinfachte die Handhabung, so dass mehrere Aufgaben nunmehr von einer Person wahrgenommen werden konnte. Mit der zunehmend auch giinstigen Verfiigbarkeit von Produktionstechnik hat sich die vormals strenge funktionale Trennung der Berufe voneinander verandert. Heute wickeln sowohl Tonmeister und Toningenieure, als auch Mediengestalter eigenverantworthch komplette Produktionen ab. Als Unterscheidungskriterium gilt vielleicht anfangs noch eine andere Wertigkeit der Produktionen. Die Wertigkeit der Produktion hat dabei nichts mit dem Wert zu tun. Eine gute Low-BudgetProduktion eines Mediengestalters kann durchaus wertvoller sein, als eine schwache Opern-Produktion eines Tonmeisters. Die Wertigkeit meint hier die materiellen Werte, die an der Produktion hangen. Geht bei Produktion eines Demo-Bandes fiir eine neu gegriindete Schul-Band etwas schief, dann lasst sich der Fehler giinstiger korrigieren, als wenn ein hochbezahltes Sinfonieorchester zu Nachaufnahmen ins Studio beordert wird. Je teurer die Produktionen sind, desto hoher sind die Anforderungen an die Erfahrung des tontechnischen Personals und auch an deren Kompetenz, die, sofern man die Person nicht kennt, oft allein durch die formale Qualifikation beurteilt werden muss. Gerade fiir Mediengestalter bieten sich durch die Aufweichung der althergebrachten, starren Strukturen sehr interessante Perspektiven. Die Arbeit wird von Anfang an vielseitiger und verantwortungsvoller. Die Option kreativ zu sein, lost indes das Handwerk nicht ab. Die Technik zu beherrschen ist essentieUe Voraussetzung fiir die Schaffung eines Gestaltungsspielraums. Erfahrungen werden auch durch geringwertige Produktionen gesammelt. Und sie sind in Form der erstellten Tontrager nachweisbar. So lassen sich die Tiiren zu den hoherwertigen Produktionen durch Talent und Einsatz aufstoEen, auch ohne die bisher geforderte formale Qualifikation eines Hochschulstudiums.

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1 Tontechnik im Wandel

Dieser Prozess hat vor einigen Jahren erst begonnen, so dass gerade von lange existierenden Unternehnien - ich denke hier zuni Beispiel an den offentlich-rechtlichen Rundfunk - keine Wunder erwartet werden diirfen. Aber die mittelfristigen Perspektiven fiir Mediengestalter gehen weit iiber das hinaus, was ein Tontechniker noch vor einem Jahrzehnt von seinem Arbeitsleben erwarten konnte.

Teil I

Schall - Der Rohstoff

Schall in der Physik

Fiir den Mediengestalter sind Grundlagen unerlasslich. Wie tief man sich in die Physik - beziehungsweise in den Teilbereich der Akustik - einarbeiten muss, hangt von den gestellten Anforderungen ab. Wer Medien produzieren und gestalten mochte, der soUte iiber die grundlegenden BegriflFe Bescheid wissen, die es ermoglichen, ein Datenblatt zu lesen. Er sollte eine Vorstellung davon haben, was Schall eigentlich ist. Fiir die tagliche Arbeit ist das Verstandnis und der Umgang mit Pegeln auEerst wichtig. Schall besteht aus Schwingungen im horbaren Frequenzbereich, die sich wellenformig in einem Tragermaterial ausbreiten. Das fiir die Tontechnik relevante Tragermaterial ist die Luft. Man spricht bei der Schallwellenausbreitung in Gasen deswegen auch von Luftschall. Schall kann sich aber auch in Fliissigkeiten oder in FeststofFen ausbreiten. Letzteres ist unter dem Begriff Korperschall bekannt. Korperschallphanomene sind in der Regel unerwiinscht^. Eine Schallausbreitung ohne Tragermaterial ist nicht moglich.

2.1 Die Schallwelle Schall ist in der realen Welt fast immer ein Gemisch vieler Schwingungen. Fiir die Erarbeitung der Parameter einer Schwingung ist es jedoch sinnvoU, von einer einzelnen Schwingung auszugehen. Das ist insofern legitim, als alle komplexen Schwingungen Uberlagerungen vieler einfacher Schwingungen sind. Die zweite Vereinfachung, die zunachst gelten soil, ist dass es keine Reibungsverluste gibt. Eine Schwingung erfordert ein elastisches Tragermedium. Elastizitat erlaubt die Bewegung in einem bestimmten Bereich. Die RiicksteUkraft, also der Widerstand, der der Schwingung entgegensteht, ist umso grower, je grofier die Auslenkung ist. Um einen Schwinger zum Schwingen anzuregen, bedarf Davon ausgenommen sind natiirlich die Schwingungen von Saiten und Klangstaben zur Klangerzeugung.

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2 Schall in der Physik

es eines Impulses. Der Schwinger muss also aktiv aus seiner Ruhelage bewegt warden. Die dadurcli aufgenommene Energie treibt die Scliwingung an. Die Form einer solclien idealen Schwingung ist sinusformig. Visualisieren lasst sich so etwas durcli ein Masse-Feder-Pendel, das auf und ab scliwingt. Befestigt man einen Stift an der Unterseite, der die momentane Auslenkung auf ein Blatt Papier zeiclinet, das mit konstanter Geschwindigkeit vorbeilauft, ergibt sich die Sinuskurve.

y=sin(2nx) Abb. 2.1. Einfache Sinusschwingung. Der Schwingungsverlauf wiederholt sich periodisch, solange die Schwingung nicht gebremst wird. Die Zeit, in der eine solche Schwingungsperiode durchlaufen wird, nennt man Periodendauer. Die Anzahl Schwingungen pro Sekunde ist die Frequenz. Die Einheit der Frequenz ist das Hertz (Hz), fiir die Audiotechnik wichtig sind Frequenzen im horbaren Bereich zwischen 20 Hz und 20000Hertz, das entspricht 20Kilohertz (kHz). Der Takt digitaler Aufzeichnungsgerate liegt bei derzeit 96 kHz. Hohere Frequenzen im MegahertzBereich findet der Mediengestalter bei den Tragerfrequenzen fiir die Rundfunkiibertragung. Frequenz und Periodendauer lassen sich iiber den Kehrwert auseinander ableiten. Neben der Frequenz ist auch das Ma£ der Auslenkung fiir die Beschreibung der Schwingung wichtig. Man spricht von der Amplitude. Die Amplitude ist das Ma£ fiir die Starke der Schwingung. In der Horwelt klingen starke Schwingungen gleicher Frequenz lauter als schwache. Die Amplitude hat keinen Einfluss auf die Frequenz.

Periodendauer (T)

Abb. 2.2. Periodendauer und Amplitude.

2.2 Schallausbreitung

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Der dritte Parameter einer Schwingung ist die Phasenlage. Sie ist interessant im Zusammenhang mit anderen Schwingungen und gibt an, um welchen Grad die Schwingungen gegeneinander verschoben sind. Zwei Schwingungen sind in Phase, wenn der Kurvenverlauf iibereinstimmt, also die Maxima und die NuUdurchgange zum selben Zeitpunkt stattfinden. Gegenphasige Signale haben zur selben Zeit NuUdurchgange, wahrend am Scheitelpunkt die eine Schwingung ihren positiven Maximalwert, die andere ihren negativen erreicht. Angegeben wird die Phasenlage in Grad. 0° bedeutet gleichphasige, 180° gegenphasige Signale. Eine Phasenverschiebung von 90° weist auf unkorrelierte - das hei£t voneinander unabhangige - Signale hin. Die Phasenlage ist entscheidend, wenn es um Uberlagerungen von Schallwellen, die sogenannten Interferenzen geht. Uberlagert man Schallwellen gleichphasig, dann kommt es zu einer groEeren Amplitude, bei gegenphasigen Wellen sinkt die Amplitude ab. In der realen Welt sind Schwingungen gedampft. Das bedeutet, dass die Amplitude mit der Zeit abnimmt, bis die Schwingung schliefilich zum Stillstand kommt. Hier zeigt sich sehr gut, dass die Amplitude keinen Einfluss auf die Frequenz hat. Ansonsten wiirden ausklingende Tone kontinuierlich tiefer werden.

Abb. 2.3. Die Frequenz einer gedampften Schwingung ist konstant.

2.2 Schallausbreitung Je nach Medium breitet sich der Schall unterschiedlich schneU aus. Die Schallgeschwindigkeit c in Luft liegt fiir normale Temperaturen bei etwa 343 m/s. Aus der Schallgeschwindigkeit lasst sich die Wellenlange A (sprich lambda) ableiten. Die WeUenlange ist der Weg, den der Schall wahrend einer Periodendauer zuriicklegt. In der Luft liegen die Wellenlangen der horbaren Frequenzen zwischen 17 m und 17 mm. Dieser Unterschied weist bereits auf die Schwierig-

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keiten hin, niit denen Raumakustiker zu kampfen haben, die einen homogenen Rauniklang erreichen niochten.

Es gibt zwei Arten von Schallwellen. Longitudinalwellen und Transversalwellen. Longitudinal bedeutet eine Schwingung in Ausbreitungsrichtung, transversal eine Schwingung quer zur Ausbreitungsrichtung. Die Art der Schwingung ist abhangig vom schwingenden Material. Die Schallausbreitung in Luft erfolgt longitudinal. Schwingungen in Festkorpern konnen transversal erfolgen. Bei einer Longitudinalwelle bewegt sich eine Druckwelle durch den Raum. Die Luftteilchen schwingen in der Frequenz um ihre Ruhelage. So kommt es zu Druckverdichtungen und Ausdiinnungen, die sich periodisch abwechseln. Die niittlere Geschwindigkeit, niit der sich die Luftmolekiile um ihren Ruhepol bewegen ist die Schallschnelle v. Sie hat nichts mit der Schallgeschwindigkeit zu tun sondern liegt bei unter einem Millimeter pro Sekunde. Sie steigt mit zunehmender Lautstarke an. Man unterscheidet Kugelwellen von ebenen Wellen. Kugelwellen werden von Punktschallquellen erzeugt, ebene Wellen von Flachenstrahlern, die aber in der realen Welt kaum und wenn dann nur fiir hohe Frequenzen vorkommen. Statt dessen nahert sich eine Kugelwelle mit steigender Entfernung einer ebenen Welle an. Nahe der Schallquelle ist die Kriimmung der Kugelwelle noch sehr stark, mit steigendem Durchmesser wird sie aber immer schwacher, so dass man in einiger Entfernung von einer ebenen Wellenfront sprechen kann. Das Nahfeld bezeichnet einen Abstand zur Schallquelle bis etwa zur halben Wellenlange. Dariiberhinaus gelten Fernfeldbedingungen. Im Fernfeld sind Schalldruck und Schallschnelle gleichphasig. Die Schallausbreitung erfolgt in der Realitat immer gerichtet. Die PunktschaUquelle und ihre kugelformige Schallabstrahlung ist ein ideahsiertes, theoretisches Modell. Angegeben wird die gerichtete Schallabstrahlung und auch die gerichtete Schallaufnahme bei Mikrofonen mit dem Biindelungsgrad 7 (sprich gamma) beziehungsweise dem logarithmischen Biindelungsmafi. Die Biindelung ist immer frequenzabhangig, sie nimmt mit steigender Frequenz zu.

2.3 Schallbeschreibung Die wichtigsten Gr6£en, mit denen Schall beschrieben werden kann, sind in den folgenden Abschnitten aufgefiihrt. In der Tontechnik arbeitet man meist nicht mit absoluten Werten, sondern man verwendet die logarithmische DarsteUung, den Pegel.

2.3 Schallbeschreibung

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2.3.1 Schalldruck Unser Gehor reagiert auf Luftdruckunterschiede. Damit ist der Schalldruck ein wichtiger Parameter fiir die Beurteilung der Lautstarke eines Schallereignisses. Er tragt das Formelzeiclien p von pressure und wird in Pascal (Pa) angegeben. Der horbare Bereich ist nach unten durch die frequenzabhangige Horscliwelle, nacli oben durch die Schnierzgrenze eingeschrankt. Die Horschwelle ist definiert als 2 • 10^^ Pa bei 1 kHz, die Schnierzgrenze bei etwa 100 Pa. Der Schalldruck ist ortsabhangig. Je weiter man sich von der Schallquelle entfernt, desto geringer ist der Schalldruck. Er halbiert sich mit jeder Verdopplung der Entfernung. Der Schalldruck ist durch die Schwingung nicht konstant. Deshalb wird auch nicht sein Spitzenwert verwendet, sondern der Effektivwert. Der Effektivwert entspricht dem Wert, den ein unveranderliches Signal mit denselben Eigenschaften - in diesem Fall denselben Druck - hatte. Bei Sinusschwingungen berechnet man den Effektivwert, indem man den Spitzenwert durch \/2 dividiert. Das Verhaltnis von Spitzen zu Effektivwert nennt man auch den Crest-Faktor. 2.3.2 Schalldruckpegel Der grofê Wertebereich der horbaren Schalldriicke ist fiir die tagliche Arbeit zu uniibersichtlich. AuEerdem wird sie dem Gehor nicht gerecht. Das Weber-Fechnersche Gesetz besagt, dass die Wahrnehmungsorgane eine Reizverstarkung nicht linear, sondern nur logarithmisch iibertragen^. Daher bietet sich ein logarithmisches Verhaltnismafi an, um Schalldruckdifferenzen auszudriicken. Das ist der Schalldruckpegel. Der absolute Schalldruckpegel ist das Verhaltnis des momentanen Schalldrucks zur Horschwelle. Er wird folgendermafien berechnet: L =

20lg{^) Po

Die Einheit des absoluten SchaUdruckpegels ist dBspL- SPL steht fiir Sound Pressure Level. f>o ist die Horschwelle und f> der zu bewertende Schalldruck. Die HorschweUe entspricht also OdBspL, die Schmerzgrenze hegt bei durchschnitthch 134dBspLUm zwei Schalldriicke miteinander in Beziehung zu setzen, kann anstelle der Horschwelle auch jeder andere Schalldruck als Referenzwert f>o verwendet werden. Die Einheit dieses relativen SchaUdruckpegels ist das Dezibel (dB). 6dB entsprechen einer Verdopplung oder Halbierung des Schalldrucks, 20 dB dem Zehnfachen. Durch die Ortsabhangigkeit des Schalldrucks sinkt der Schalldruckpegel um 6 dB mit jeder Verdopplung der Entfernung.

Fiir das Gehor gilt das fiir mittlere und hohe Schalldriicke.

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2.3.3 SchalUeistung Im Gegensatz zum Schalldruck ist die SchalUeistung ortsunabhangig. Sie beschreibt eine Eigenschaft der Schallquelle, namlich die Menge an Schallenergie, die pro Zeiteinheit abgestrahlt wird. Diese akustische Leistung Pak hat die Einheit Watt (W). 2.3.4 SchalUeistungspegel Der Schahleistungspegel ist ein logarithmisches Mai^ zur Beurteilung von Schahleistungen im Verhaltnis zur Referenz von PQ = 10^^'^W. Seine Einheit ist das DezibeL Er wird wie folgt berechnet: Lw =

lOlgi^) -TO

2.3.5 Spektrum Nur sehen hat man es in der realen Welt mit reinen Schwingungen zu tun. Meist arbeitet man mit Frequenz- und damit Klanggemischen. Diese Klanggemische lassen sich zerlegen in einzelne reine Schallwellen unterschiedlicher Phase, Amplitude und Frequenz. Die Zusammensetzung der Frequenzen ist das Spektrum. Das Spektrum wird in einem Diagramm dargestellt, das fiir jede Einzelschwingung den Pegel anzeigt. Gerate, die das leisten, hei£en Spectrum Analyzer oder kurz Analyzer. Zerlegt wird das Signal mittels der Schnellen Fourier Transformation, kurz EFT. So sieht man die Pegel pro Frequenzband, nicht den momentanen Gesamtpegel.

Abb. 2.4. Spektrum einer einzelnen Frequenz.

Schall in der Elektrotechnik

In der Tontechnik wird der gewandelte Schall mit Hilfe elektronischer Cerate gespeicliert und verarbeitet. In dieser Form kann man eigentlich nicht von Schall sprechen. Auch wenn man nicht plant, selbst ein Mischpult zu bauen - obwohl die meisten Tontechniker diese Phase durchleben - benotigt der Mediengestalter Grundkenntnisse der Elektrotechnik. Im Folgenden soil deshalb kurz auf die wichtigsten Gr6£en, die passiven Bauteile, Operationsverstarker und die Grundschaltungen eingegangen werden. Im Rahmen dieses Buches kann kein tiefgehendes elektronisches Wissen vermittelt werden. Nach der Lektiire der folgenden Abschnitte sollte ein Mediengestalter in der Lage sein, die elektrischen Vorgange an den Ein- und Ausgangen seiner Gerate zu begreifen und analoge Filterschaltungen verstehen.

3.1 Elektrische Grofien Die Elektrotechnik beschaftigt sich mit den elektrischen Effekten, die auftreten, wenn Stromkreise aufgebaut werden. Um einen solchen Stromkreis zu beschreiben, geniigen drei Parameter. Der Strom, die Spannung und der Widerstand. Die Erklarungen sind bewusst knapp gehalten. Sie werden nicht ausreichen, um selbstandig elektronische Schaltungen aufzubauen. Aber das ist auch nicht die Aufgabe eines Mediengestalters. Wer sich tiefer in die Materie einarbeiten mochte, der sei auf die vielfaltige Literatur zum Thema verwiesen. 3.1.1 Strom Der Strom beschreibt den Ladungstransport. Seine Einheit ist das Ampere (A). Bezeichnet wird der Strom mit dem Buchstaben / . Je mehr Ladung pro Zeiteinheit durch den Stromkreis flie£t, desto hoher ist der Strom.

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3 Schall in der Elektrotechnik

3.1.2 Spannung Die Spannung oder auch das Potential beschreibt die Kraft, mit der der Ladungstransport vorangetrieben wird. Erzeugt wird Spannung durch eine Spannungsquelle. Eine Spannungsquelle hat zwei Pole. Zwisclien diesen beiden Polen bestelit ein Ladungsunterschied. Dieser Unterscliied strebt nach einem Ausgleich. Sobald der Stromkreis gesclilossen wird, also beide Pole miteinander verbunden werden, kommt es zu diesem Ladungsausgleicli. Je grower die Ladungsdifferenz ist, desto hoher ist die Spannung. Eine Spannung gilt immer gegeniiber einem Bezugspotential. Dieses (spannungsfreie) Bezugspotential ist die Masse oder die Erde. Die Einheit der Spannung heifit Volt (V). Das Fornielzeiclien der Spannung ist U. 3.1.3 W i d e r s t a n d Der Widerstand ist die Kraft, die dem Ladungstransport entgegensteht. Der Widerstand wird mit dem Buclistaben R bezeiclmet und hat die Einheit Ohm (i7). Jeder Verbraucher hat einen Widerstand. Der Widerstand eines elektrischen Leiters richtet sich nach dem materialabhangigen, spezifischen Widerstand (p, sprich rho), dem Leiterquerschnitt (q) und der Leiterlange (/).

3.1.4 Das Ohmsche Gesetz Das ohmsche Gesetz beschreibt die Zusammenhange zwischen Strom, Spannung und Widerstand. Charakteristisch fiir den ohmschen Widerstand ist der lineare Zusammenhang zwischen Strom und Spannung.

• •

Je hoher der Antrieb (U) ist, desto grofier wird der Strom bei gegebenem Widerstand Je hoher der Widerstand ist, desto geringer wird der Strom bei gegebener Spannung

3.2 Elektronische Bauteile Zum Aufbau elektronischer Schaltungen stehen diverse Bauteile zur Verfiigung. Das beginnt bei einfachen Bauteilen wie dem Widerstand, dem Kondensator oder der Spule, geht iiber Halbleiterbauteile wie Dioden und Transistoren bis hin zu komplexen Bauteilen wie Operationsverstarkern und anderen

3.2 Elektronische Bauteile

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integrierten Schaltkreisen. Man unterscheidet passive und aktive Bauteile. Aktive Bauteile verstarken, passive Bauteile niclit. An dieser Stelle sollen nur der Widerstand, der Kondensator, die Spule und der Operationsverstarker erwahnt werden. Diese werden hier, gerade auch im Hinblick auf ilir Verhalten bei anliegenden Wechselspannungen betrachtet. Alle genannten Bauteile, bis auf den Operationsverstarker sind passive Bauelemente. 3.2.1 Widerstand Ein Widerstand als Bauteil erzeugt einen elektrisclien Widerstand. Es handelt sicli also um einen Verbrauclier. Die Verlustleistung eines Widerstands wird in Form von Warme abgegeben. Widerstande werden unter anderem als Kohle- oder Metallscliiclitwiderstande gebaut. Da der spezifisclie Widerstand der Materialien bekannt ist, kann iiber die Lange und den Durclimesser der gewiinsclite Widerstand hergestellt werden. Der Leiter ist von einem isolierenden Korper umgeben. Auf diesem zeigen farbige Ringe den Widerstandswert an. In Sclialtplanen wird ein Widerstand als leeres Recliteck eingetragen. Trimm- oder regelbare Widerstande (Potentiometer) zeigen zusatzlich das Regelelement an. ^

^

^

^

Abb. 3.1. Festwiderstand, Trimmer und Potentiometer. In Wechselstromkreisen - und diese sind in der Tonteclmik ja besonders interessant - verhalt sich ein Widerstand frequenzunabhangig. 3.2.2 Kondensator Ein Kondensator gehort zur Gruppe der Kapazitaten. Der Begriff Kapazitat zeigt an, dass Kondensatoren etwas speicliern konnen. Ahnlicli wie eine andere Kapazitat, die Batterie, speichern sie Ladung. Die Kapazitat (C) besclireibt die Ladungsmenge, die ein Kondensator speichern kann. Sie wird in Farad {F) angegeben. Eine fiir Wechselspannungsanwendungen liaufig verwendete Bauart ist der Plattenkondensator. Dabei werden zwei Flatten von einem niclitleitenden Stoff - dem Dielektrikum - getrennt. Die beiden Fole des Kondensators liaben keine elektriscli leitende Verbindung. Damit ergibt sich theoretisch ein unendlich hoher Widerstand. Dennoch flie£t durch einen Kondensator unter bestimmten Umstanden Strom. Doch darum geht es spater. Bei Flattenkondensatoren ist die Folung egal. Bei der zweiten Bauform, den Elektrolytkondensatoren, ist

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das anders. Sie zeichnen sich durch eine hohere Kapazitat aus. Im Netzteil erfiillen sie die Aufgabe, die gleichgerichtete Wechselspannung zu glatten. Das Schaltzeichen sind zwei voneinander getrennte, senkrecht zur Leitung verlaufende Linien. Sie symbolisieren die beiden Flatten des Kondensators.

Abb. 3.2. Schaltzeichen eines Flatten- und eines Elektrolytkondensators. Die Kapazitat ist abliangig von der Flaclie der beiden Flatten (A), deren Abstand (d) und der Bescliaffenheit des Dielektrikums (e, spricli epsilon). Sie ist umso grofier, je grofier die Flache der beiden Flatten ist und umso kleiner, je grofier der Abstand ist.

3.2.2.1 Kondensatoren im Gleichstromkreis Um zu verstehen, was in einem Kondensator passiert, empfiehlt es sich, ihn zunaclist zu beobacliten, wahrend man eine Gleiclispannung anlegt. Dabei konnen zwei grundsatzliche Fliasen erkannt werden: Die Ladungsphase und die Entladungsphase. Ladungsphase Der entladene Kondensator weist zwischen seinen Flatten keinen Fotentialunterscliied auf. Der Kondensator wird aufgeladen, indem man eine Spannung anlegt. Die Betraclitung erfolgt zunachst bei Gleichspannung. Einer Flatte des Kondensators werden Elektronen zugefiihrt, auf der anderen Seite werden sie durch die Spannung abgezogen. Das sieht zunachst genauso aus, als gabe es eine leitende Verbindung zwischen den beiden Flatten. Strom flie£t. Tatsachhch aber entsteht an der einen Flatte eine negative Ladung durch den Elektroneniiberschuss, auf der anderen eine positive durch den Elektronenmangel. Es entsteht ein Fotentialunterschied, der dem der urspriinglichen Spannung entgegengesetzt wirkt. Der Stromfluss kommt zum Erliegen wenn die Spannung am Kondensator der Quellenspannung entspricht. Spannungsquelle und Kondensator befinden sich im Gleichgewicht. Da die Spannung nicht ausreicht, weitere Ladung zum Kondensator zu transportieren, wirkt der Kondensator wie ein unendlich hoher Widerstand. Der Widerstand des entladenen Kondensators ist zunachst sehr gering. Deshalb fliefit zunachst ein sehr hoher Strom, es herrschen Kurzschlussverhaltnisse. Um diesen Kurzschluss zu verhindern, wird ein Kondensator imnier liber einen Vorwiderstand geladen, der den Ladestrom begrenzt. Dieser Widerstand bestinimt nicht nur den niaxinialen Ladestrom, er ist zusanimen niit


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der Kapazitat des Kondensators auch dafiir verantwortlich, wie lange es dauert, bis der Kondensator aufgeladen ist. Diese Dauer ist als Zeitkonstante T (sprich tau) definiert. Ein tau ist die Zeit, in der ein entladener Kondensator auf 63% seiner Kapazitat aufgeladen wird. Nach 5 T ist der Kondensator nahezu vollig aufgeladen. Je grower der Widerstand ist, desto geringer ist der Ladestrom, desto langer dauert der Ladevorgang. Je geringer die Kapazitat, desto sclineller kann der Kondensator aufgeladen werden. R-C Entladungsphase Sclialtet man die urspriingliche Spannungsquelle eines geladenen Kondensators ab, dann fliefit der Strom plotzlich in die andere Richtung, da der Potentialunterscliied der Kondensatorplatten nach einem Ausgleich strebt. So konnen Verbrauclier angetrieben werden. Der Kondensator wirkt als Spannungsquelle.

laden

entladen

Abb. 3.3. Ladungs- und Entladungsphase.

Verhdltnis von Strom und Spannung Am ungeladenen Kondensator flie£t sofort nach dem Anlegen der Spannungsquelle ein sehr hoher Strom. Der entladene Kondensator hat einen sehr kleinen Widerstand. Damit ist der Spannungsabfall am ungeladenen Kondensator zunachst minimal. Widerstand und damit auch der Spannungsabfall nehmen im Verlauf der Ladungsphase kontinuierlich zu. Am geladenen Kondensator besteht das umgekehrte Verhaltnis: Es flie£t kein Strom, aber der Spannungsabfall ist maximal. Damit man sich diesen zeitlichen Zusammenhang nicht jedes Mai neu herleiten muss, kann man auf einen Merksatz zuriickgreifen: Im Kondensator geht der Strom vor, in Induktivitdten tut er sich verspdten. Bei den Induktivitaten handelt es sich um Spulen. Diese werden im Abschnitt 3.2.3 beschrieben.

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3.2.2.2 Kondensatoren i m Wechselstromkreis Im Wechselstromkreis andern sich die Spannungsverhaltnisse standig. Solange die Wechselspannung dieselbe Polaritat hat, verhalt sich der Kondensator wie im Gleichstromkreis. Man kann also dadurch, dass m a n den Betrachtungszeitraum kurz genug wahlt, auch im Wechselstromkreis das aus dem Gleichstromkreis bekannte Verhalten wiederfinden. Andert sich die Polaritat der Wechselspannung, dann andert sich auch der Zustand des Kondensators. So wechseln sich Lade- und Entladephase standig ab. Welche Auswirkung das auf den Widerstand des Kondensators hat, ist abhangig von der Frequenz. 1st die Periodendauer hoch im Vergleich zur Zeitkonstante, dann kommt der Kondensator an die Sattigungsgrenze und hat einen dementsprechend hohen Widerstand. Ist die Periodendauer jedoch niedrig im Vergleich zur Kapazitat, wechselt der Zustand so schneU, dass der Kondensator kaum aufgeladen wird. Damit bleibt sein Widerstand die ganze Zeit iiber gering. Dieser frequenzabhangige Widerstand wird in Filterschaltungen genutzt, die im Abschnitt 3.3.6 thematisiert werden.

3.2.3 Spulen Eine Spule ist ein gewickelter Draht. Flie£t Strom durch diesen Draht, dann entsteht ein Magnetfeld. Bei Spulen spricht m a n auch von Induktivitaten. Das Prinzip der Induktion besagt, dass in einem stromdurchflossenen Leiter, der in einem Magnetfeld bewegt wird, eine Spannung induziert wird. Das Formelzeichen der Induktivitat ist L, gemessen wird sie in Henry (H). Elektronisch wirksam ist eine Spule im Wechselstromkreis. Dort wirkt sie wie ein frequenzabhangiger Widerstand. Dabei verhalten sich Spannung und Strom allerdings anders, als beim Kondensator.

_rvw^_

A b b . 3.4. Schaltzeichen einer Spule. Flie£t Strom durch eine Spule, dann existiert kein aufieres Magnetfeld und der Leiter bewegt sich darin auch nicht. Dennoch wird in einer Spule eine Spannung induziert. Diesen Effekt nennt m a n Selbstinduktion. Das Magnetfeld entsteht dadurch, dass Strom durch die Spule fliefit. Andert sich der Strom, dann andert sich auch das Magnetfeld. Es wird eine Spannung induziert, die dem Strom entgegenwirkt. Die folgende Formel zeigt den Zusammenhang.


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3.2.3.1 Spulen im Gleichstromkreis Legt m a n eine Gleichspannung an eine Spule an, dann fliefit ein Strom durch sie hindurch. Dieser Strom sorgt dafiir, dass sich ein Magnetfeld aufbaut. Anfangs ist die Magnetfeldanderung besonders stark. Deshalb ist auch zunachst die Induktionsspannung sehr groi^. Dieser groiê Widerstand fiihrt dazu, dass nur ein geringer Strom fliei^t. Bis sich das Magnetfeld vollstandig aufgebaut hat, nimmt die Induktionsspannung kontinuierhch ab. Schhei^hch andert sich das Magnetfeld gar nicht mehr. Es fallt keine Induktionsspannung mehr ab und der Strom kann die Spule ungehindert passieren. Das zeigt, dass der Strom und die Spannung in ihrer Phase verschoben sind und es deutet bereits die Frequenzabhangigkeit einer Spule an. 3.2.3.2 Spulen im Wechselstromkreis Liegt eine Wechselspannung an einer Spule an, so fiihrt das zu einer standigen Anderung des Magnetfelds. Damit wird auch standig eine Spannung induziert. Diese ist umso hoher, je schneller sich das Magnetfeld andert. Das bedeutet, dass die Spule fiir hohe Frequenzen einen gro£en Widerstand hat, fiir niedrige Frequenzen einen geringen. Auch der frequenzabhangige Widerstand einer Spule lasst sich fiir Filterschaltungen benutzen. AUerdings werden fiir Audiofilterschaltungen vorwiegend Kondensatoren eingesetzt, da die benotigten Spulen grower waren, teurer und anfalliger fiir Storeinstreuungen. 3.2.4

Operationsverstarker

Operationsverstarker sind aktive Bauteile. Sie benotigen eine Spannungsversorgung, um arbeiten zu konnen. Ein O P ist kein einzelnes Bauteil, sondern eine integrierte Schaltung, die in einem Gehause als Operationsverstarker die gewiinschte Funktionalitat bereitstellt. Der Name lasst vermuten, dass die gewiinschte Funktion in der Verstarkung besteht. Tatsachlich werden sie in Vorverstarkerschaltungen eingesetzt, aber auch in aktiven Filterschaltungen, bei denen es ebenfalls um eine Verstarkung, nur eben eine frequenzabhangige geht. Daneben hat der Operationsverstarker aber noch eine weitere Eigenschaft, die in kombinierten Schaltungen sehr niitzlich ist. Er hat einen sehr hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand. Dadurch lassen sich Schaltungsteile voneinander entkoppeln. Denn wenn m a n Schaltungsteile miteinander verbindet, dann addieren sich nicht nur die Wirkungen der beiden Einzelschaltungen, sondern die Schaltungsteile beeinflussen sich gegenseitig. Das schafft haufig Probleme und lasst sich durch den Einsatz von Operationsverstarkern verhindern. Der Operationsverstarker hat zwei Signaleingange und einen Ausgang. Ein Signaleingang ist invertierend und wird mit einem Minuszeichen gekennzeichnet, der andere ist nicht invertierend und an einem Pluszeichen zu erkennen. Hinzu kommen noch zwei Pole, an der die Spannungsversorgung anliegt. Die

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Spannungsversorgung ist symmetrisch, zum Beispiel ±15 V. Das Massepotential liegt bei OV. +15V nichtinvertierender Eingang — invertierender Eingang

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Ausgang

-15V Abb. 3.5. Schaltzeichen eines Operationsverstarkers. Die Signale, die an den beiden Eingangen anliegen, werden miteinander verglichen. Ist die Spannung am nichtinvertierenden Eingang hoher als die am invertierenden Eingang, dann springt die Spannung am Ausgang auf die positive Versorgungsspannung. Umgekehrt gibt der Verstarker die negative Versorgungsspannung am Ausgang aus, wenn die Spannung am invertierenden Eingang hoher ist. Da die Ausgangsspannung nicht hoher sein kann als die Versorgungsspannung, kann man dieses Verhalten auch als maximale Verstarkung interpretieren. Um die Verstarkung des Operationsverstarkers zu begrenzen nutzt man die Gegenkopplung. Dabei wird das Ausgangssignal wieder auf den invertierenden Eingang zuriickgegeben. Abschnitt 3.3.5 zeigt die Grundschaltungen mit Operationsverstarkern.

3.3 Elektronische Grundschaltungen Der Sinn elektronischer Schaltungen ist der Antrieb eines Verbrauchers durch eine Spannungsquelle. Dazu verbindet man die Bauteile durch Leitungen miteinander.

Abb. 3.6. Schaltzeichen fiir Gleich- und Wechselspannungsquellen. Eine Spannungsquelle kann eine Batterie oder eine Steckdose sein, aber auch die Wechselspannung des Audiosignals treibt die nachgeschalteten Verbraucher an. So konnen Schaltungen in verschiedene Abschnitte unterteilt werden, bei denen man Spannungsquelle und Verbraucher in Verbindung setzt. Verbraucher konnen unabhangig von ihrer tatsachlichen Wirkung als Widerstande im Schaltkreis betrachtet werden. Es konnen aber auch mehrere Verbraucher in einer Schaltung vorkommen. Je nachdem, wie diese untereinander verbunden sind, ergeben sich unterschiedhche Effekte.

3.3 Elektronische Grundschaltungen

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3.3.1 Reihenschaltung Bei der Reihenschaltung von Widerstanden fliefit der gesamte Strom durch jeden Widerstand. Nach dem ohmschen Gesetz ergibt sich damit ein widerstandsabhangiger SpannungsabfaU an jedem Verbraucher. Spannung und Widerstand verhalten sich zueinander p r o p o r t i o n a l Die Einzelspannungen addieren sich zur QueUenspannung.

t/„

Rn • I, I i=l

U,

U,

Ur, Rn

U,

A b b . 3.7. Reihenschaltung von Widerstanden.

3.3.2 Parallelschaltung Werden Widerstande paraUel geschaltet, teilt sich der Strom zwischen den Widerstanden auf. Dabei verhalt sich der Strom umgekehrt proportional zum Widerstand. Die Spannung an alien Widerstanden ist gleich. Der Gesamtwiderstand einer ParaUelschaltung von Widerstanden ist kleiner als der kleinste Einzelwiderstand. Das kann m a n sich erklaren, wenn m a n sich vorstellt, dass eine Menge FuEballfans ins Stadion drangt. An jedem Eingang steht ein KontroUeur. Er wirkt als Widerstand und bremst den Zulauf. Werden mehrere Eingange parallel geoffnet, dann konnen die Zuschauer das Stadion schneller betreten, als es der schneUste Kontrolleur (und damit der kleinste Einzelwiderstand) h a t t e bewerkstelligen konnen. Der grofie Besucherstrom trennt sich in mehrere kleinere Strome auf.

h.

J-ges —

i=l

1 R.ges

E

1 Tin

1 =

u.

ges

Rn

3.3.3 Gemischte Schaltungen Die meisten Schaltungen sind eine Kombination aus Parallel- und Reihenschaltung. Um Spannungen, Strome und Widerstande zu berechnen, miissen die Schaltungen in einzelne Segmente reiner Schaltungen aufgeteilt werden.

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"••(- iji'- iji- ijiA b b . 3.8. Parallelschaltung von Widerstanden.

Diese Einzelteile werden zunachst berechnet und das Ergebnis gilt dann als einzelner Widerstand fiir das iibergeordnete Segment. Abbildung 3.9 zeigt die Kombinationen aus einer Reihen und einer Parallelschaltung. Zunachst muss der Ersatzwiderstand der ,inneren' Schaltung berechnet werden. Dieser Ersatzwiderstand geht dann als Einzelwiderstand in die ,aufiere' Schaltung ein.

A b b . 3.9. Ersatzwiderstande gemischter Schaltungen.

3.3.4 A n p a s s u n g Die elektronischen Eigenschaften von Ein- und Ausgangen werden definiert, damit die gewiinschten Effekte auftreten, wenn m a n sie miteinander verbindet. Man spricht dabei von Anpassung. In der Tonstudiotechnik werden zwei Anpassungen verwendet. Besonders haufig bei analogen Ein- und Ausgangen ist die Spannungsanpassung. In der friiheren Rundfunktechnik und in der Digitaltechnik arbeitet m a n hingegen mit der Leistungsanpassung. Um es noch einmal deutlich zu sagen: Moderne Rundfunkstudios verwenden Spannungsanpassung. Bevor die beiden Anpassungen beschrieben werden, gilt es zu klaren, was passiert, wenn zwei Gerate miteinander verbunden werden^. Ausgangs- und Eingangswiderstand bilden zusammen einen Spannungsteiler. ein Spannungsteiler ist eine Reihenschaltung von Widerstanden. Im idealen Stromkreis entspricht die Summe der Einzelspannungen der Quellenspannung. Das bedeutet, dass nur ein Teil der Spannung am Gerateausgang verfiigbar ist, sobald eine Last - also ein anderes Gerat - angeschlossen wird. Drei grundlegende Falle sollen betrachtet werden: ^ Das gilt auch fiir Schaltungsteile, aber als Mediengestalter arbeitet man meistens mit in sich geschlossenen Schaltungen.


23

Der Eingangswiderstand ist grower als der Ausgangswiderstand: Da die Spannungen proportional zu den Widerstanden sind, fallt der groi^te Teil der Ausgangsspannung am Eingangswiderstand des folgenden Gerats ab. Der Strom nimmt durch den gestiegenen Gesamtwiderstand ab. Der Eingangswiderstand ist kleiner als der Ausgangswiderstand: Auch in diesem Fall steigt der Gesamtwiderstand, allerdings flie£t ein holierer Strom als im ersten Fall. Der Spannungsabfall am Eingang ist niedrig. Eingangs- und Ausgangswiderstand sind gleicli: Die Spannung am Eingang entspricht der lialben Quellenspannung. Der Strom vermindert sicli wie in den anderen Beispielen. Das P r o d u k t aus Spannung und Strom - also die Leistung - wird bei dieser Besclialtung maximal. 3.3.4.1

Spannungsanpassung

Bei der Spannungsanpassung soil die Spannung am Eingang maximal sein. Je hoher der Eingangswiderstand wird, desto hoher ist die Spannung am Eingang. Sind die beiden Widerstande gleicli, dann kann m a n die Halfte der Spannung nutzen, ist der Eingangswiderstand zehn Mai so hoch wie der Ausgangswiderstand, dann ist der Nutzpegel deutlich hoher. Neben der Weitergabe eines Signals muss m a n auch an seine Verteilung denken. Dabei kommt es haufig vor, dass ein Signal vervielfacht wird, um es unterschiedlich zu bearbeiten. Jeder angeschlossene Verbraucher wirkt als parallel geschalteter Eingangswiderstand. Der Ersatzwiderstand einer Parallelschaltung ist immer geringer als der geringste Einzelwiderstand. Damit sinkt die Ausgangsspannung immer weiter ab. Um zu verhindern, dass das Signal am Ausgang zusammenbricht, wahlt m a n einen Eingangswiderstand, der um eine Vielfaches hoher ist, als es bei der Verschaltung von nur zwei Geraten notwendig ware. Diese Mafinahme nennt m a n Uberanpassung. Das stellt sicher, dass auch dann der Ausgangspegel grofi genug ist, wenn mehrere Gerate parallel mit dem Ausgang verbunden werden. Anders sieht es aus, wenn zwei Ausgange auf einen Eingang geschaltet werden. Hier wirkt ein Ausgang aufgrund seiner geringen Ausgangsimpedanz als Last fiir den anderen Ausgang. Summierungen miissen deshalb immer iiber Summierer vorgenommen werden. Y-Kabel diirfen nur einen Ausgang auf zwei Eingange verteilen, nie umgekehrt. 3.3.4.2

Stromanpassung

Ein geringer Eingangswiderstand im Vergleich zum Ausgangswiderstand wird dann verwendet, wenn ein konstanter Strom gefordert wird, zum Beispiel zum Laden von Akkus, die einen konstanten Ladestrom benotigen. In der Tonstudiotechnik spielt die Stromanpassung keine Rolle.

24


3.3.4.3 Leistungsanpassung Bei der Leistungsanpassung soil das P r o d u k t aus Spannung und Strom maximal iibertragen werden. Senkt m a n den Eingangswiderstand ab, dann erholit sich zwar der Strom, aber die Spannung vermindert sicli. Genauso kann m a n durcli einen hohen Eingangswiderstand die Spannung maximieren, der Stromfluss vermindert sich aber. Die groEte Leistung erlialt man, wenn Eingangsund Ausgangsimpedanz gleicli sind. In der Rundfunkteclinik hat m a n lange mit Leistungsanpassung gearbeitet. 3.3.5 Verstarkerschaltungen Aktive Schaltungen sind Verstarkerschaltungen. In der Audiotechnik werden oft Operationsverstarker eingesetzt. Die drei Grundschaltungen des Operationsverstarkers werden zunachst erklart. 3.3.5.1 Impedanzwandler Der Operationsverstarker vergleicht die Signale, die an beiden Eingangen anliegen und gibt entweder die positive oder die negative Versorgungsspannung aus. Er verstarkt also immer maximal. Um die Verstarkung zu begrenzen, wird ein Teil des Ausgangssignals an den invertierenden Eingang zuriickgegeben. Gibt m a n das gesamte Ausgangssignal auf den Eingang zuriick, dann entspricht das Signal am Ausgang dem Eingangssignal. Diese Schaltung wird Impedanzwandler genannt. Was passiert bei der Gegenkopplung? Das Signal am Eingang sei positiv. Damit ist die Spannung am nichtinvertierenden Eingang grower als die am invertierenden Eingang. Der Ausgang regelt auf die positive Versorgungsspannung. Diese liegt dann am invertierenden Eingang an. Die Ausgangsspannung kann deshalb nur so lange ansteigen, solange die Spannung am nichtinvertierenden Eingang genauso hoch ist, wie die am invertierenden Eingang. So sind invertierender und nichtinvertierender Eingang immer im Gleichgewicht. Das Ausgangssignal entspricht dem Eingangssignal. Verwendet wird der Impedanzwandler, um Schaltungsteile miteinander zu verbinden. Durch den hohen Eingangswiderstand wird der vorhergehende Schaltungsteil nur wenig belastet und ist unabhangig vom nachfolgenden Schaltungsteil.

A b b . 3.10. Impedanzwandler.


25

3.3.5.2 Nichtinvertierender Verstarker

A b b . 3.11. Der nichtinvertierende Verstarker.

Abbildung 3.11 zeigt das Schaltbild des nichtinvertierenden Verstarkers. Die Verstarkung entspricht hier dem Verhaltnis der Widerstande zueinander plus 1: i?i + i?2 Mit dem nichtinvertierenden Verstarker lasst sich also keine Dampfung erreichen. Das gelingt nur mit dem invertierenden Verstarker 3.3.5.3 Invertierender Verstarker

A b b . 3.12. Der invertierende Verstarker.

Die Signalspannung wird iiber den Widerstand i?2 auf den invertierenden Eingang des Operationsverstarkers gelegt. Die Gegenkopplung geschieht iiber i?i. Die Ausgangsspannung ist gegeniiber der Eingangsspannung invertiert. Die resultierende Verstarkung entspricht der folgenden Formel.

V„ =

"i?2

3.3.6 Filterschaltungen Hochpass, Tiefpass, Bandpass und Bandsperre konnen sowohl passiv als auch aktiv realisiert werden. Die einfachen passiven Filter sind elektronisch an-

26


spruchslos, Filter hoherer Ordnung^ werden schaltungstechnisch aber schnell aufwandig. Aktive Filter verwenden Operationsverstarker und benotigen entsprecliend eine Spannungsversorgung. Digitale Filter errechnen aus dem Eingangssignal und ihrer Ubertragungsfunktion den Ausgangswert. Praktisch realisiert wird das iiber Logikbausteine. An dieser Stelle sollen nur passive und aktive Filterschaltungen besprochen werden. 3.3.6.1 Passive Filter Passive Filter werden aus Spannungsteilern aufgebaut. Die einzelnen Widerstande sind dabei zumindest teilweise frequenzabliangig. Die Einfiihrung in die Welt der elektronisclien Bauteile im Abschnitt 3.2 auf Seite 14 hat bereits zwei passive Bauteile mit einem frequenzabliangigen Widerstandsverhalten genannt: Spulen und Kondensatoren. Im ersten Scliritt soil ein Hoclipassfilter erster Ordnung aufgebaut werden. Dazu verwendet man einen Widerstand und einen Kondensator. Daher kommt auch der Begriff RC-Glied. Abbildung 3.13 zeigt einen Hoch- und einen Tiefpassfilter erster Ordnung. o-

u —1—o

U aus

Abb. 3.13. Tief- und Hochpassfilter erster Ordnung. Die Schaltung ist ein Spannungsteiler. Die Last soil an dieser Stelle unberiicksiclitigt bleiben. Es soil angenommen werden, dass der Lastwiderstand hoch genug ist, die Schaltung nicht zu beeinflussen. Die Spannungen im Spannungsteiler verhalten sich proportional zu den Widerstanden. Das bedeutet, dass das Signal am Ausgang umso grofier wird, je grofier der Widerstand ist, an dem die Spannung abgegriffen wird. Betrachtet man das Verhalten des Tiefpassfilters bei einer sehr niedrigen und bei einer sehr hohen Frequenz, dann ergibt sich folgendes Bild: Eine niedrige Frequenz fiihrt dazu, dass der Kondensator voUstandig aufgeladen wird. Damit wirkt er wie ein sehr hoher Widerstand. Je tiefer die Frequenz ist, desto grofier ist der Widerstand im Verhaltnis zum ohmschen Widerstand in der Schaltung. Die Spannung am Kondensator steigt und damit der Pegel am Ausgang. Fiir hohe Frequenzen gilt entsprechend das Gegenteil. Beim Hochpassfilter greift man das Signal am Widerstand ab. Der Widerstandswert bleibt zwar konstant, die Spannung hangt aber vom Gesamtwiderstand der Schaltung ab. Bei tiefen Frequenzen fallt daher am Widerstand nur eine geringe, bei hohen eine hohe Spannung ab.

^ Die Ordnung eines Filters gibt an, mit welcher Flankensteilheit das Signal gedampft wird. Filter erster Ordnung dampfen mit 6 dB/Oktave.


27

Einfach nur einen Filter zu bauen ist natiirlich nicht das Ziel. Er soil in seinen Arbeitsbereichen definiert sein. Dazu muss man die Dimensionen berechnen konnen. Der entscheidende Parameter ist die Grenzfrequenz. Die Grenzfrequenz ist die Frequenz, bei der das Ausgangssignal gegeniiber dem Eingangssignal um 3dB gedampft ist. 2-nR-C Die Ubertragungsfunktion zeigt, wie sich das Signal iiber den Frequenzgang verandert. Bei gleiclier Grenzfrequenz sind voUig unterscliiedliche Ubertragungsfunktionen moglicli. Verscliiedene Standardfiltertypen liaben sich herauskristallisiert. Sie liaben jeweils eigene Eigenschaften. Drei bekannte Vertreter sind der Butterworth-, der Bessel- und der Tschebyschefffilter. Butterworthfilter werden fiir Audioschaltungen haufig eingesetzt, da er einen weitgehend linearen Frequenzgang bis nahe an die Grenzfrequenz hat und einen homogenen Pegelabfall jenseits der Grenzfrequenz. Tschebyschefffilter besitzen eine Restwelligkeit im Frequenzgang, zeigen aber eine starke Flankensteilheit. Im Tschebyschefffilter Typ II ist aufierdem die Welligkeit im Sperrbereich angesiedelt. Er empfiehlt sich, wenn eine frequenzabhangige Restdurchlassigkeit akzeptabel ist. Der Besselfilter legt besonders grofien Wert auf einen hnearen Phasengang. 3.3.6.2 Aktive Filter Bei einem aktiven Filter wird ein passiver Filter in eine Verstarkerschaltung integriert. Die einfachste Moglichkeit ist, den Ausgang eines herkommlichen passiven Filters auf den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstarkers zu schalten. Die andere Moglichkeit ist, durch die frequenzabhangigen Bauteile die Widerstandsverhaltnisse im Gegenkopplungszweig zu beeinflussen. Abbildung 3.14 zeigt die entsprechenden Schaltungen. Neben der Filterung muss iiber die Gegenkopplung auch die Verstarkung eingestellt werden. Die maximale Verstarkung wird durch den zusatzlichen Widerstand bestimmt. Beim Tiefpassfilter ergibt sich der Ersatzwiderstand aus der ParaUelschaltung von Ri und C. Es gilt: ,^

V —

RETS

r,

Ri

• Re

^^ , JÊrs — Rl + Re i?2

Beim Hochpassfilter besteht der Ersatzwiderstand aus der Reihenschaltung aus i?iund ReEntsprechend gilt: V = ———,

tÊrs

RETS = Re

+

Ri

28


A b b . 3.14. Aktiver invertierender Tief- und Hochpassfilter 1. Ordnung.

Schall in der Wahrnehmung

Die physikalischen Parameter helfen dabei, die Entstehung und die Verbreitung von Schall zu erklaren, aber sie sind niclit geeignet, das zu besclireiben, was wir lioren. Der unterscliiedliche Musikgeschmack von Mutter und Tochter lasst sicli vielleicht nocli mathematiscli, statistiscli erfassen, geholfen ist damit aber aufier den Statistikern niemandem. Das Horen hangt davon ab, welclie Schallereignisse auf unser Ohr treffen. Wie das Ohr sie verarbeitet und das Nervensystem sie interpretiert ist ebenso wichtig. Diese Interpretation ist niclit willkiirlich und kann auch nicht gesteuert werden. Sie ist am ehesten vergleichbar mit der Charakteristik eines Mikrofons. Sie ist von Mensch zu Mensch unterschiedlich und hangt von physiologischen, also korperlichen Faktoren ab. Erreicht das Empfinden des Schalls unser Bewusstsein, dann wird in einem weiteren Interpretationsschritt das Gehorte bewusst bewertet. Hier spielt das geschulte Ohr eine gro£e Rolle, genauso Erinnerungen an bereits Gehortes. Im ersten Schritt geht es um den ,Bauplan' des menschhchen Ohrs. Der Mediengestalter wird keinen Horsturz behandeln, so dass es bei einer prinzipiellen Betrachtung bleiben wird. Diese ist aber die Voraussetzung dafiir, die Grenzen des menschhchen Gehors zu erkennen. Die wiederum muss man kennen, um Gefahren fiir sich und andere zu verhindern. Anschliefiend werden die wichtigsten psychoakustischen Effekte angesprochen, die es einmal zu verhindern, ein andermal gezielt einzusetzen gilt. Wie Schall bewusst erlebt wird, ist das Thema der Kapitel iiber Sprache, Musik und Gerausche und wird uns spater beschaftigen.

4.1 Das menschliche Gehor Das menschliche Ohr ist ein Sinnesorgan. Es ermoglicht die Unterscheidung von Lautstdrke, Frequenz und Einfallsrichtung des horbaren Schalls. Dabei erfiillt das Ohr mehrere Funktionen. Der Schall muss zunachst aus der Umwelt

30

4 Schall in der Wahrnehmung

aufgenomnien werden. Anschlie£end erfolgt eine Anpassung auf den komnienden Ubertragungsweg. Der Schall, wie er in der Umwelt vorkommt, wird in eine Form gewandelt, aus der die Sinneszellen die Informationen ableiten konnen. Zuletzt muss der Sinneseindruck an das Geliirn zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet werden. 4 . 1 . 1 D a s aufiere O h r Fiir die Aufnalime des Schalls aus der Umwelt ist das aufiere Ohr verantwortlich. Es besteht aus der Ohrmuschel, dem aufieren Gehorgang und dem Trommelfell. Die Ohrmuschel optimiert den Ubergang zwischen der Luft und dem Gehorgang, so dass moglichst wenig Schallenergie verloren geht. Aufierdem sorgt sie dafiir, dass spater festgestellt werden kann, aus welcher Richt u n g ein Schallsignal kommt. Erreicht wird die Vorne-Hinten-Ortung iiber den Frequenzgang, der fiir seitlich oder riickwartig einfallenden Schall anders ist, als fiir frontal einfallenden Schall. An dieser Ubertragungsfunktion hat auch der Kopf einen entscheidenden Anteil. Zwischen rechts und links unterscheidet m a n mit Hilfe der Laufzeitdifferenzen zwischen beiden Ohren. Das ist sehr vereinfacht dargestellt und beriicksichtigt noch keine nachgelagerten Interpretations- oder Korrekturmechanismen und keine Erfahrungswerte. Der Gehorgang verbindet die Ohrmuschel mit dem Trommelfell. Dadurch, dass das eigenthche Hororgan tiefer im Kopf sitzt, ist es besser geschiitzt. Das passiert durch Harchen im Gehorgang und eine Kriimmung, die keine direkte Verbindung von aufien auf das Trommelfell zulasst. So kann Wind zum Beispiel nicht direkt auf das Trommelfell driicken. Das Trommelfell selbst wandelt die Luftdruckschwankungen in mechanische Schwingungen und trennt gleichzeitig das au£ere Ohr vom Mittelohr. 4.1.2 D a s Mittelohr Im Mittelohr wird die Erregung des Trommelfells iiber elastisch miteinander verbundene Knochelchen weitergeleitet. Der erste dieser Knochen, der Hammer ist mit dem Trommelfell verwachsen und iibernimmt so dessen Schwingung. Er gibt sie an den Amboss weiter und der wiederum an den Steigbiigel. Der Steigbiigel verbindet das Mittelohr mit dem Innenohr iiber das sogenannte Ovale Fenster. Die Gehorknochen sind nicht nur aneinander befestigt, sondern werden auch von Muskeln gehalten. Diese Muskeln konnen die Beweglichkeit der Knochen einschranken. Das passiert unwillkiirlich bei hohen Lautstarken. Das Mittelohr erfiillt also eine Schutzfunktion vor ,Ubersteuerung' des Innenohrs. Den Effekt kennt m a n von Besuchen lauter Konzerte oder Diskotheken. Verlasst m a n den Schauplatz, dann hort m a n zunachst alles leiser. Diese Dampfung nimmt im Laufe der Zeit wieder ab. Neben dieser Schutzfunktion findet auch wieder eine Anpassung s t a t t , die fiir geringe Lautstarken den Schall sogar verstarkt und an das Ovale Fenster, den Eingang des Innenohrs weitergibt.

4.1 Das menschliche Gehor

31

Das Mittelohr bildet einen abgeschlossenen R a u m . Luftdruckanderungen konnten so nicht ausgeglichen werden. Deshalb besteht eine Verbindung in den oberen Rachenraum. Diese Verbindung ofFnet sich beim Gahnen oder Schlucken und ermoglicht so den Druckausgleich. Jeder kennt das aus eigener Erfahrung, wenn beispielsweise im Flugzeug groiê Hohenunterschiede durchflogen werden. Der Verbindungsgang wird O h r t r o m p e t e oder Eustach'sche Rohre genannt. 4.1.3 Das Innenohr Bisher wurde der Schall nur weitergeleitet und an die jeweils neuen Gegebenheiten angepasst. Im Innenohr sitzen die Rezeptoren, die Sinneszellen, mit denen die Schallreize aufgenommen und an das Nervensystem iibermittelt werden. Das Innenohr beherbergt nicht nur das Hor- sondern auch das Gleichgewichtsorgan. Auf dieses soil hier aber nicht eingegangen werden. Untergebracht ist das Hororgan in der sogenannten Schnecke, einem knochernen Korper der Windungen ahnlich einem Schneckenhaus aufweist. Darin liegt das fiir den Horvorgang zustandige Corti-Organ. Das Corti-Organ ist mit Lymphfliissigkeit gefiillt und von Lymphfliissigkeit umgeben. Die umgebende Fliissigkeit transportiert die SchaUwelle, die iiber das ovale Fenster in das Innenohr eintritt. Sie lauft durch die Schnecke hin und zuriick und endet am Runden Fenster wieder im Mittelohr. Das Runde Fenster iibernimmt den Druckausgleich. Durch die Schwingung wird auch die Fliissigkeit im CortiOrgan zum Schwingen gebracht. Innerhalb des Corti-Organs sitzen die Horzellen auf der Basilarmembran. Die Form der Basilarmembran sorgt dafiir, dass jede Stelle durch eine andere Frequenz zum Schwingen angeregt wird. So findet eine Abbildung der Frequenz auf einen P u n k t auf der Basilarmembran und damit auf bestimmte Horzellen statt. Diese Horzellen melden die Erregung an die Nervenbahnen welter. Je nach Starke der Erregung erfolgt die Aussendung der Nervenimpulse schneller oder langsamer. 4.1.4 Gehorschutz Das Gehor ist so leistungsfahig und dabei so anpassungsfahig, dass m a n oft sorglos damit umgeht. Dabei muss gerade der Mediengestalter d a r u m bemiiht sein, sein Gehor und damit seine Arbeitsfahigkeit fiir einen langen Zeitraum zu erhalten. Das widerspricht einerseits der Neigung auditiv arbeitender Menschen, sich gerne mit Schall zu umgeben und andererseits auch dem beruflichen Zwang, sich in einer Umgebung aufzuhalten, in der Schall - auch in eigener Verantwortung - erzeugt wird. Larm- oder besser Gehorschutz ist auf individueller Ebene der Schutz vor Immission, also vor der Aufnahme von Schall, auf breiterer Ebene geht es um die Reduktion der Emission, also des Ausbringens von SchaU. Fiir den Immissionsschutz stehen einfache Ohrstopsel zur Verfiigung, die den Larm auf ein ertraghches Mafi reduzieren. Das ist sicher besser als nichts, es ist aber

32


nicht dazu geeignet, den Frequenzgang des Gehors iiber lange Zeit zu erhalten. Solche einfachen Ohrstopsel dampfen einige Frequenzen sehr gut, wahrend andere nur schwacher gedampft werden. Besser geeignet sind Mafianfertigungen - sogenannte Otoplastiken - mit denen eine lineare Absenkung bis zu 25 dB erreicht werden kann. Sie sind recht teuer, aber fiir einen Mediengestalter, der oft in lauter Umgebung arbeiten muss, eine lohnende Investition. Bei Beschallungen ist neben dem Selbstschutz auch immer das Schutzbediirfnis des Publikums zu beachten. Auch dann, wenn es dem erklarten Wunsch nach grofierer Lautstarke entgegen steht. Fiir die Ausbringung von Schall gibt es Grenzwerte, die man im Blick behalten muss, wenn man als BeschaUer bei offenthchen Veranstaltungen tatig ist. Sie sind Thema des Abschnitts 16.3.4 auf Seite 329.

4.2 Psychoakustik Was das Ohr hort ist nicht das, was vom Horenden empfunden wird. Deshalb definiert die Psychoakustik eigene Grofien, die die Horempfindung beschreiben. So ist fiir Georg Eska die Psychoakustik das Delta zwischen Stimulus (Erregung) und der Wahrnehmung. Stimulus und Wahrnehmung stehen in keinem linearen sondern in einem logarithmischen Zusammenhang. Je grower die Erregung ist, desto grower muss der Erregungswechsel sein, um zu einer Anderung der Wahrnehmung zu fiihren. Das Weber-Fechnersche Gesetz besagt, dass eine lineare ReizgroEenzunahme lediglich eine logarithmische Zunahme der Wahrnehmung zur Folge hat. 4.2.1 Das Horfeld Das Horfeld begrenzt den Lautstarke- und den Frequenzbereich, der vom Ohr verarbeitet werden kann. Die horbaren Frequenzen liegen im Bereich zwischen 16 Hz und 20 kHz, wobei das Gehor hohe Frequenzen mit steigendem Alter immer schlechter wahrnimmt. Eine obere Horgrenze von 16 kHz ist deshalb durchaus normal. Was die Lautstarke angeht, so ist sie nach unten durch die Horschwelle begrenzt, nach oben durch die Schmerzgrenze. Die Horschwelle ist stark frequenzabhangig. Deshalb wurde der Schalldruckpegel fiir eine Frequenz von IkHz definiert. OdB entsprechen einem Schalldruck von 20 i^Pa = 2 • 10^^ Pa. Die Schmerzschwelle ist von Mensch zu Mensch unterschiedlich und wird mit einem Schalldruckpegel zwischen 120 und 140 dB angegeben. 4.2.2 Lautstarke horen Ausgehend vom Schalldruckpegel als Ma£ fiir die im Ubertragungsmedium vorherrschenden Druckschwankungen unterscheidet sich die wahrgenommene

4.2 Psychoakustik Schmerzgrenze

140

0,02

33

0,05 0,1

0,2

0,5 1 2 Frequenz (kHz)

10

20

A b b . 4 . 1 . Das Horfeld. Lautstarke frequenzabhangig. Diese Frequenzabhangigkeit kann m a n auch an der Horschwelle ini Horfeld erkennen. Das Ohr ist fiir verschiedene Frequenzen unterschiedlich empfindlich. Um eine frequenzunabhangige Aussage iiber die Lautstarke treffen zu konnen, hat m a n die Einheit Phon entwickelt. Die Lautstarke kann jetzt frequenzunabhangig bewertet werden, der Charakter des Signals fliefit nocli niclit in die Bewertung ein. Er ist aber in der Frage, wie laut Scliall empfunden wird, sehr wiclitig. Deshalb definiert die Psychoakustik eine weitere Grofie: Das Sone. 4 . 2 . 2 . 1 Schalldruck u n d S c h a l l d r u c k p e g e l Schalldruck und Schalldruckpegel wurden bereits bei den physikalischen Parametern des Schalls eingefiihrt. Die fiir das Horen relevanten Grenzen werden an dieser Stelle nachgereicht. Das Ohr kann SchaUdriicke von 2 0 / i P a bis zu 200 P a verarbeiten. Zur Verdeutlichung der Dimension: Zwischen dem leisesten und dem lautesten schmerzfrei wahrnehmbaren Gerausch liegt der Schalldruckfaktor Zehnmillionen. Der SchaUdruckpegelbereich des Horfelds entspricht 0-140 dBspL- Als Referenzschalldruck wird die Horschwelle bei 1 kHz verwendet, die mit 20yU,Pa angenommen wurde. Dieser Schalldruck entspricht OdBspL- Relative Pegel, bei denen zwei beliebige Pegel miteinander ins Verhaltnis gesetzt werden, tragen keinen Zusatz. Sie werden einfach mit dB gekennzeichnet. Das Formelzeichen ist wie fiir alle Pegel L (level), erganzt um den Index p . Mit der folgenden Formel lasst sich der Schalldruckpegel aus dem momentanen Schalldruck pi und dem Referenzschalldruck po bestimmen. L.

20 •

lg{^) Po

34


4.2.2.2 Kurven gleicher Lautstarke Die Kurven gleicher Lautstarke zeigen den Frequenzgang des Gehors fiir verschiedene Lautstarken. Die Einheit ist das Phon. Ein Phon entspricht bei 1 kHz einem Schalldruckpegel von 1 dB. Oder anders ausgedriickt: Hort man einen Ton, der mit einem Kilohertz schwingt und einen Schalldruckpegel von GOdBspL hat, dann entspricht das einer Lautstarke von 60 phon. Jetzt ist das Ohr nicht fiir alle Frequenzen gleich empfindlich. Zwischen zwei und drei Kilohertz ist das Ohr am empfindlichsten. Ein 3-kHz-Ton mit einem Schalldruckpegel von 60 dBspL wird deshalb lauter empfunden als der 1-kHz-Ton. Umgekehrt sinkt die Empfindlichkeit des Gehors zu den Randbereichen des Frequenzgangs stark ab. Ein Ton mit einer Frequenz von 200 Hertz klingt bei gleichem Schalldruckpegel deutlich leiser. Ermittelt man fiir alle Frequenzen die Lautstarke fiir einen bestimmten Schalldruckpegel, dann hat man eine Kurve gleicher Lautstarke. Mehrere Kurven gleicher Lautstarke gibt es deshalb, well sich der Frequenzgang des Ohrs bei unterschiedlichen Lautstarken verandert. Grundsatzlich kann man sagen, dass das Ohr bei hohen Lautstarken linearer arbeitet, als bei niedrigen.

0,02

0,05 0,1

0,2

0,5 1 2 Frequenz (kHz)

10

20

Abb. 4.2. Kurven gleicher Lautstarke.

4.2.2.3 Bewertungskurven Fiir die Larmbeurteilung gibt es verschiedene Bewertungskurven. Bei diesen Bewertungskurven handelt es sich um Filter, die fiir verschiedene Schalldruckpegel den Frequenzgang eines Signals an das menschliche Gehor anpassen. Das hat den Zweck, dass anhand des SchaUdruckpegels eine Aussage iiber die Lautstarke getroffen werden kann, die vom Horer empfunden wird. Am haufigsten begegnet dem Mediengestalter die A-Bewertung. Sie ist zwar nur fiir Pegel zwischen 20 und 40 dB vorgesehen, wird aber in nahezu alien Bereichen der Tontechnik, also auch bei den BeschaUungen eingesetzt. Bewertete Schalldriicke sind mit der Kurve (A-D) gekennzeichnet: Zum Beispiel 96dB(A).

4.2 Psychoakustik

35

4.2.2.4 Lautheit Die Frequenzabhangigkeit des Gehors ist ein wesentlicher Faktor in der Beurteilung, wie laut ein Schallereignis empfunden wird. Aber auch die zeitliche Struktur hat einen Anteil daran. Um zu erfassen, definiert die Psychoakustik die Grofie Lautheit mit der Einheit sone. Die Lautheit von einem sone ist definiert fiir ein Schallereignis, das genauso laut empfunden wird, wie ein Ton mit 40 phon. Fine empfundene Verdopplung der Lautstarke fiihrt zu einer Verdopplung des Lautheitswertes. Oberhalb von 40 phon existiert ein linearer Zusammenhang zwischen Lautstarke und Lautheit. Darunter geniigt ein geringerer Lautstarkeanstieg, um als doppelt so laut empfunden zu werden. Kurze und impulshafte Tone werden leiser empfunden, als sie sind. Der Crest-Faktor beschreibt die Impulshaftigkeit als ein Verhaltnis von Spitzen- zu Effektivwert. Gleichformige sinusartige Signale haben einen hohen Fffektivwert, impulshafte einen niedrigen. Die Bandbreite des Signals ist ein weiterer Aspekt fiir die empfundene Lautheit. Je breitbandiger das Signal ist, je grofier also der Bereich ist, der im Innenohr angeregt wird, desto lauter wirkt das Signal. Fiir den Mediengestalter ist die Lautheit eine der wichtigsten Kriterien zur akustischen Beurteilung des richtigen Mischungsverhaltnisses. Das entspricht aber nur bedingt den messtechnischen Informationen, die die Messgerate im Studio zur Verfiigung stellen. VU-Meter sind in gewissen Grenzen geeignet, die Lautheit abzubilden, man soUte sich allerdings starker auf sein Gehor konzentrieren. Ein Beispiel soil die Problematik der Lautheit illustrieren: Fiir eine Horfunksendung soil ein Telefongesprach aufgezeichnet werden. Der Moderator wird technisch optimal eingepegelt und oft auch entsprechend der Sound-Design-Vorgaben des Senders komprimiert. Die Kompression sorgt letztendlich dafiir, dass die niederpegeligen Signalbestandteile angehoben werden. Dadurch steigt der Effektivwert und mit ihm die Lautheit. Jetzt wird das Telefonsignal dazugemischt. Telefonaufnahmen zeichnen sich durch hohe Pegelspitzen aber eine ansonsten wenig dichte Zusammensetzung aus. Der Crest-Faktor ist sehr hoch. Die Bandbreitenbegrenzung auf den Bereich zwischen 300 und 3000 Hertz sorgt auEerdem fiir eine geringe Lautheit. Durch die Pegelspitzen kann die Verstarkung nicht stark genug linear angehoben werden, ohne dass das Aufnahmesystem iibersteuert. Fiir die Mischung muss man also den Pegel des Moderators reduzieren und das Telefonsignal stark komprimieren. Am Ausgang kann die gesamte Mischung dann noch einmal komprimiert werden, um den Lautheitsverlust gegeniiber dem sonstigen Programm auszugleichen. Das ist ein gutes Beispiel dafiir, wie die Augen (Pegel) und das Ohr (Lautheit) zusammenspielen miissen. 4.2.3 Tonhohen horen Die Projektion der Frequenz auf bestimmte Horzellen hat verschiedene Konsequenzen. Zum Einen ist die Anzahl der Horzellen begrenzt. Daher ist auch

36


die Anzahl der horbaren Frequenzen limitiert. Die Ausbreitung der Schwingung erfolgt in einer Fliissigkeit, die eine Masse hat und deshalb trage ist. Auch die Harchen der Sinneszellen haben gewisse Stellzeiten. Deshalb wird ein unscharfer Bereich erregt, nicht eine einzelne SinneszeUe. Man hort also in gewissen Frequenzbandern, auch critical band genannt. 4.2.3.1 Das critical band Die Breite eines solchen Frequenzbandes entspricht 150 hintereinanderliegenden Haarzellen. Die Einheit dafiir ist das Bark. Unterhalb von 500Hz entspricht ein Bark einer Frequenzdifferenz von etwa 100 Hz, dariiber deni Intervall einer Terz. Das hat Auswirkungen auf die Wahrnehmung des Zusammenklangs zweier Tone mit ahnlichen Frequenzen. Pegeladdition

h=h Gehort wird ein einzelner Ton. Seine Lautstarke hangt von der Phasenlage der beiden Tone zueinander ab. Die Schwingungen konnen sich unterstiitzen, wenn sie in Phase schwingen oder sich gegenseitig storen, wenn sie gegeneinander schwingen. Die Phasenlage zueinander bleibt aber wahrend die Schwingungen anhalten konstant. Schwebung

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< Zur Mehrspur

Zur Zweispur

Zum Master

A b b . 10.2. Prinzipaufbau eines Mischpults, bestehend aus Eingangskanalen, Mastersektion und Tape-Return-Kanalen.

Pulten und bei Sendepulten fiir den Rundfunk, da hier oft mit fertig produzierten Stereoquellen, zum Beispiel Tontragern gearbeitet wird. Stereoeingange analoger Pulte beherbergen die doppelte Elektronik, beide Signalwege werden aber iiber gemeinsame Regler gesteuert. Aus diesem Grund geht die weitere Beschreibung immer von Mono-Kanalziigen aus. Ein einzelner Eingangskanalzug sieht im Prinzipschaltbild folgendermafien aus: Signalverarbeitung;

• Eingangsstufe ISR; î

1 1

•

1 Line/Tape Q -

•

Klangregelung

1/

II EQ 1

1 Dynamics Comp. Exp. Limiter Gate

-i Ausgangsstufe : Pre

Post Direct Out

Mute

A b b . 10.3. Eingangskanalzug bestehend aus Eingangen, Funktionsgruppen und Ausgangen.

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10 Mischpulte

10.2.1 Eingangsstufe Ublicherweise hat ein Eingangskanalzug einen Mikrofon- und mindestens einen Line-Eingang. Es kann jeweils nur einer der beiden Eingange verwendet werden. Welcher gerade aktiv ist, entscheidet ein Schalter auf der Oberseite des Mischpultes. Mit dem Vorverstarker - englisch gain - wird der Pegel in den Arbeitsbereich des Pultes verlegt. Damit werden Verzerrungen und Storgerausche niinimiert und die spatere Signalnianipulation kann in weiten Grenzen auf den Pegel wirken, ohne dass das Signal aus dem Arbeitsbereich austritt. Um Phasenfehler zu korrigieren, haben die P u l t e auEerdem noch eine Taste ( 0 ) , mit der die Phase des Signals gedreht wird. Da die interne Audiobearbeit u n g haufig unsymmetrisch funktioniert, wird das Signal in der Eingangsstufe desymmetriert. 10.2.1.1 Mikrofoneingang Anschliisse fiir Mikrofone sind normalerweise als XLR-Buchsen ausgefiihrt. Am Mikrofoneingang liegt eine bei groEeren Pulten kanalweise, bei kleineren Pulten global schaltbare Phantomspeisung an. Globale Schalter befinden sich haufig auf der Riickseite des Pultes und bleiben deshalb normalerweise immer an. Einzelne Schalter liegen auf der Oberflache des Eingangskanalzuges und konnen bei Bedarf an- und ausgeschaltet werden. Der Mikrofonvorverstarker hat eine sehr hohe Verstarkung. Die Ausgangsspannung mancher Mikrofone kann die Mikrofoneingange iibersteuern. Fiir solche Falle existiert meist eine schaltbare Dampfung, das sogenannte Pad. Bei manchen Pulten wirkt es nicht nur auf den Mikrofoneingang, sondern auf alle Eingange. Der Signalpegel wird durch das P a d normalerweise um 20 dB reduziert. 10.2.1.2 Line-Eingang Der zweite Eingang ist fiir Line-Pegel ausgelegt. Hier konnen elektronische Musikinstrumente, Effektgerate oder auch Tape-Return-Signale angeschlossen werden. Der Anschluss erfolgt symmetrisch, meist iiber eine 6,3 m m Stereo-Khnkenbuchse. Auch die Vorverstarkung des Line-Signals kann geregelt werden. W a h r e n d ein Mikrofonvorverstarker typischerweise nur Verstarkung kennt, kann der Line-Eingang haufig gedampft oder verstarkt werden. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn das P a d ausschlie£lich auf den Mikrofoneingang wirkt. 10.2.1.3 Tape-Eingang Die Tape-Eingange diirfen nicht mit Tape-Return-Eingangen verwechselt werden. Tape-Return-Eingange sind Line-Eingange, an denen ein BandmaschinensignaP anliegt. Tape-Eingange sind dagegen unsymmetrische Eingange, Natiirlich gilt dies auch fiir jedes andere Aufzeichnungsgerat.

10.2 Eingangskanalziige

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an die Consumergerate - Tape Decks oder Tuner - angeschlossen werden konnen. Das ist manchmal niitzlich, um etwas in das Studio zuzuspielen, vor allem aber Live-Pulte haben einige dieser Eingange, weil bei Beschallungen oft von entsprechenden Geraten zugespielt werden muss. Fiir die Tape-Eingange wird deshalb auch normalerweise kein voUwertiger Eingangskanalzug verwendet, sondern eine einfache Version, die nur die Eingange und die Ausgange bereitstellt. 10.2.2 A u s g a n g e Ausgange sind im Zusammenhang mit Eingangskanalziigen alle P u n k t e , an denen das Signal das Modul verlasst. Das kann, muss aber kein physikalischer Anschluss am Mischpult sein. Ausgange werden danach eingeteilt, ob sie sclialt- oder regelbar sind und ob es sich um einen Abzweig oder einen Einsclileifpunkt handelt. Einschleifpunkte heifien Inserts und sind im entsprechenden Abschnitt beschrieben. Im Zusammenhang mit Eingangskanalziigen gibt es meist nur einen dezidierten physikalischen Ausgang: den Direct Out. Alle anderen Ausgange verzweigen das Signal auf Sammelschienen. Die verschiedenen Arten von Sammelschienen werden im Abschnitt 10.2.2.2 genauer besprochen. 10.2.2.1 Inserts Das Signal wird aus dem Pult herausgefiihrt, beispielsweise in ein externes Gerat und von dessen Ausgang zuriick an den urspriinglichen Ort im Signalweg. Ein Insert - auch Insert Send Return genannt - ist also eine Ausgang-EingangKombination. Der Insert Send ist der Ausgang, der Eingang hei£t Insert Ret u r n . Der Anschluss ist oft unsymmetrisch als einzelne 6,3 m m Klinkenbuchse ausgefiihrt. Dabei nutzt m a n den Schaft des Klinkensteckers als gemeinsame Masse. Das Send-Signal liegt am Tip an, das Return-Signal wird am Ring eingeschleift. Bessere Pulte haben zwei symmetrische Khnkenbuchsen. So lange kein Stecker im Insert steckt, ist der Ausgang mit dem Eingang verbunden. Auch wenn m a n den Send belegt, wird der Signalweg noch nicht getrennt. Erst wenn in den Return ein Stecker eingesteckt wird, wird die urspriingliche Verbindung getrennt. Das hat den Grund, dass m a n nicht einfach zwei Signale zusammenmischen kann, indem m a n sie auf dieselbe Leitung steckt. Das liegt an der Impedanz. Der Eingangswiderstand muss bei der SpannungsUberanpassung immer wesentlich grofier sein, als der Ausgangswiderstand. Schaltet m a n aber zwei Ausgange an einen Eingang, so wahlt das Signal den Weg des geringsten Widerstandes. Das ist nicht der Eingang, sondern der andere Ausgang. Selten muss der Insert iiber einen Schalter aktiviert werden. Der Insert wird in erster Linie verwendet, um Ersetzungseffekte einzuschleifen. Bei Ersetzungseffekten wird das Eingangssignal durch das Ausgangssignal ersetzt. Das ist immer dann der Fall, wenn das Originalsignal nicht mehr

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10 Mischpulte

benotigt wird. Inserts konnen aber auch dazu genutzt werden, ein Signal zu verdoppeln. Dazu verbindet man den Insert Send des signalfiihrenden Kanals mit dem Insert Return des Kanalzuges, der fiir das gedoppelte Signal genutzt werden soil. Man konnte bereits vor dem Pult das Signal mit Hilfe einer SplitBox verteilen, aber dann miisste man die Einstellungen der Eingangsstufe in beiden Kanalen vornehmen. 10.2.2.2 Sammelschienen Eine Sammelscliiene ist eine Verbindung von den Eingangskanalziigen zur Mastersektion. Melirere Eingangssignale konnen auf eine Sammelschiene gesclialtet oder geregelt werden. Die wichtigsten Sammelschienen sind die Busse, die Ausspielwege und die Subgruppen. Busse

Eigentlich ist ein Bus dasselbe wie eine Sammelschiene. In Beschreibungen von Mischpulten ist jedoch oft die Rede von 8-Bus-Pulten. Diese haben eine deutlich hohere Anzahl an Sammelschienen. Als Bus gezahlt werden jedoch nur die Wege, die zum Anschluss an die Bandmaschine vorgesehen sind. Deshalb soil hier mit dem Wort Bus auch nur diese Gruppe der Sammelschienen bezeichnet werden. Eingangssignale werden auf den Bus geschaltet. Die Schaltergruppe heifit Routing. Sie ist bei kleineren Pulten neben dem Pegelsteller untergebracht, die grofien Konsolen haben meist ein grofieres Routing ganz oben am Eingangskanal. Aus dieser Anordnung darf man aber nicht auf die Lage im Signalweg schlie£en. Das Routing greift das Signal immer hinter dem Pegelsteller ab. Das Routing ist meist paarweise schaltbar. Also auf eins und zwei oder drei und vier... Bei Mehrspuraufnahmen mochte man allerdings ein Monosignal immer nur auf eine Spur aufnehmen. Deshalb gibt es noch einen Regler, mit dem das Signal stufenlos auf beide Busse verteilt werden kann. Verwendet wird dafiir oft der Panorama-Regler. Wahrend der Aufnahme geht es aber nicht um die spatere Position im Stereobild, sondern lediglich um die technische Auswahl der Aufnahmespur. Deshalb wird in diesem Fall der Regler auch entweder ganz nach links oder ganz nach rechts gestellt. Die Unterscheidung, wann man eine technische und wann man eine akustische Gr6£e regelt ist nicht unwichtig und man soUte sich dariiber im Klaren sein. Regler, die eigens fiir das Routing vorgesehen sind, tragen normalerweise auf der Skala auch nicht die Bezeichnung hnks/rechts, sondern odd/even^. Genauso verhalt es sich iibrigens auch mit dem Fader. Bei der Aufnahme regelt man damit die technische Hohe des Pegels, bei der Mischung die Lautstarke in der Mischung.

ungerade/gerade


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Ausspielwege Eigentlich miisste man analog zum englischen Begriff Auxiliary Output ,Hilfsausspielweg' sagen, aber da sie mehr als ein Notbehelf sind und sehr wichtige Funktionen erfiillen, finde ich den Begriff Ausspielweg treffender. Die AuxWege sind einzeln regelbar. Meist sind acht Aux-Wege vorhanden, bei kleinen Pulten oft nur vier. Der Vorteil eines regelbaren Ausspielwegs ist, dass auf der Sammelschiene spater eine eigene Mischung existiert, die unabhangig, beziehungsweise bedingt abhangig vom Hauptausgang des Pultes ist. Die Aux-Wege erfiillen vor alleni zwei Funktionen. Bei der Aufnalime und bei Bescliallungen wird dem Musiker seine Abliorniischung, der Monitor erstellt. Externe Effektgerate werden iiber Ausspielwege angesteuert, sofern das Originalsignal welter genutzt werden soil und der Effekt auf mehr als eine Quelle wirken soil. Je nacli Anwendungsfall wird das Signal vor oder nach dem Pegelsteller abgegriffen. Wo das Signal abgezweigt wird, wird iiber eine Taste eingestellt. Es kann fiir jeden Aux-Weg einen eigenen Sclialter geben oder fiir mehrere zusammen, entweder fiir alle Kanale oder auch pro Kanal. Der Abgriff vor dem Pegelsteller heifit Pre Fader, kurz Pre, der daliinter Post Fader oder Post. Pre-Fader-Aux-Wege sitzen entweder vor oder hinter den Modulen zur Signalmanipulation. In den meisten Fallen sinnvoll ist der Ausgang hinter den Funktionsgruppen. Sie werden fiir die Monitormischung verwendet. Und es spricht nichts dagegen, dem Musiker das entzerrte Signal auf den Kopfhorer zu geben. Da jeder Aux-Weg einzeln regelbar ist, lasst sich eine weitgehend unabhangige Mischung erstellen. Post-Fader-Aux-Wege liegen hinter dem Channel-Fader und damit auch immer hinter der Klangregelung und den Dynamikprozessoren. Sie werden in erster Linie verwendet, um Effektgerate zu beschicken. Im Gegensatz zu den Inserts handelt es sich um Erganzungseffekte, zum Beispiel HaUgerate. Das Originalsignal bleibt erhalten und wird zusatzlich einem Effektgerat zur Verarbeitung zugefiihrt. Solche Effekte werden mit dem Post-Fader-Signal beschickt, damit sich Anderungen am Pegelsteller auch auf den Effekt auswirken. Wenn das Originalsignal leiser wird, soil natiirlich auch der Hall zuriickgehen. Subgruppen

Eingangskanale - Busse - Mehrspur - Tape Return - Stereosumme Eingangskanale - Subgruppen

Stereosumme

Abb. 10.4. Signalfluss bei Verwendung von Subgruppen im Vergleich zum Einsatz von Bussen.

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10 Mischpulte

Subgruppen sind ein BegriflF aus der Welt der Beschallung und des LiveRecordings^. Hier werden Instrumentengruppen auf Sammelschienen zusammengefasst. Zum Beispiel kann m a n alle Kanale eines Schlagzeugs auf eine Subgruppe legen. Die Subgruppen haben in der Mastersektion einen Pegelsteller, mit dem dann die Lautstarke der gesamten Gruppe auf einmal geandert werden kann. Subgruppen werden mit Hilfe des Routings gebildet. Der Unterschied zwischen den Subgruppen und Bussen ist, dass Busse einzeln am Ausgang abgegriffen werden und beispielsweise an die Mehrspurmaschine angeschlossen werden, die Subgruppen hingegen werden intern an die Summe weiter geroutet. Auiêrdem wirkt sich der Pegelsteller am Subgruppen- beziehungsweise Busausgang einmal auf die Lautstarke der Gruppe aus, einmal auf den Pegel der Aufnahmespur. Hier ist also wieder die Untersclieidung zwisclien einer teclinischen und einer akustisclien Einstellung siclitbar. In der Zeit digitaler Pulte sind die Eingange meist in Stereo ausgefiilirt. So auch die Subgruppen. Nimmt m a n das Beispiel mit der Sclilagzeuggruppe, dann ist das Subgruppensignal eine Stereovormischung. Man muss also auch eine Stereosubgruppe oder zwei Monosubgruppen verwenden. Anders verhalt es sich mit VCA-Subgruppen. Hier regelt der Subgruppenregler einen VGA (Voltage Controlled Amplifier). Das Audiosignal lauft nicht iiber diesen Regler sondern nur eine Steuerspannung. Deshalb lasst sich eine beliebige Anzahl an Eingangskanalen iiber eine VGA-Subgruppe regeln. Summen EbenfaUs nichts anderes als ein Bus ist eine Summe. Als Summe bezeichnet m a n aber die Hauptausgange eines Mischpults. Das ist oft eine Stereosumme, aber Mehrkanallosungen sind auf dem Vormarsch. Signale konnen iiber das Routing direkt auf die Stereosumme geschaltet werden. Angewendet wird das wahrend der Mischung, wenn die Kanalvielfalt auf das spatere Format - Stereo oder Surround - reduziert wird. Aber auch beim Live-Recording oder dem Live-Mix werden Signale, die nicht Teil einer Subgruppe sind, direkt an die Summe geroutet. 10.2.2.3 Ausgangsstufe Mit den Bedienelementen am Kanalausgang stellt m a n den Ausgangspegel fiir die Post-Fader-Ausgange ein, auEerdem liegt hier das Routing und der P a n o r a m a , bzw. Balance-Regler. Mindestens zwei Taster schalten den Kanal bei Bedarf s t u m m oder in den Solo-Modus. Mehr zu den Solo-Modi steht im Abschnitt 10.3.2.1.

Live-Recording heifit nicht zwingend, dass es sich urn eine Live-Aufnahme handelt. Es heifit lediglich, dass direkt auf das spatere Endformat gemischt wird.


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Das Besondere an den Reglern der Ausgangsstufe ist, dass sie je nach Produktionsschritt unterschiedliche Aufgaben erfiillen. Bei der MehrspurAufnahme wird niit deni Kanal-Fader der Aufnahmepegel, also eine technische Gr6£e geregelt. Bei der spateren Mischung stellt derselbe Regler die Lautstarke des Kanals in der Mischung ein, regelt also eine akustiscli, kiinstlerische Grofie. Ebenso verhalt es sicli mit dem Panorama-Regler bezieliungsweise dem Balance-Regler. Das Routing ist meist paarweise ausgefiihrt. Man hat also einen Schalter fiir die Busse 1-2, 3-4, . . . Fiir Monosignale reicht eine einzelne Spur auf dem Aufzeichnungsgerat natiirlich aus. Deshalb wird der Panorama-Regler genutzt, um das Signal entweder auf die ,linke' oder auf die ,rechte' Seite des Routings zu legen. Bei aktivierter Routing-Taste 1-2 und Panorama auf Linksanschlag geht das Signal ausschlie£lich auf den ersten, bei Rechtsanschlag auf den zweiten Bus. Verwendet man den Direct Out zum Ansteuern des Rekorders, dann bleibt der Panorama-Regler ohne Wirkung. Wahrend ein Panorama-Regler einen Eingang und zwei Ausgange hat, hat ein Balance-Regler zwei Eingange und zwei Ausgange.

0 0 ' Pan

^ Balance

Abb. 10.5. Unterschied zwischen Panorama und Balance. Deshalb haben Stereo-Kanalziige einen Balance-Regler. Da die zwei Ausgangssignale auch zwei Spuren am Rekorder belegen, bleibt der BalanceRegler bei der Aufnahme in Mittelstellung. Bei der Mischung oder bei LiveAufnahmen dienen Panorama- und Balanceregler der Positionierung im Stereo- beziehungsweise Surround-Klangbild. Das Surround-Panning erfolgt entweder mittels zwei Panorama-Reglern, wobei einer zwischen rechts und links und der andere zwischen vorne und hinten regelt oder mittels eines Joysticks und einer virtuellen Positionierung im Raum. 10.2.2.4 Direct Out Der Direct Out sitzt am Ende des Eingangskanalzugs. Also hinter der Signalmanipulation und hinter alien Pegelstellern. Er ist normalerweise als symmetrischen Klinkenbuchse am Anschlussfeld zu finden. Er wird fiir die Mehrspuraufzeichnung genutzt. Den Direct Out zu benutzen bietet sich an, wenn die Anzahl der Eingangskanale der Spurenzahl des Mehrspurrekorders entspricht. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Dekodierung bei MS-Stereofonie. Wie das funktioniert steht im Abschnitt 13.5.2.3. Direct Outs konnen nicht verwendet werden, wenn nur wenige Spuren zur Verfiigung stehen und mehr als ein Signal auf einer Spur aufgezeichnet werden muss. Das ist mit einem Direct Out nicht zu bewerkstelligen.

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10 Mischpulte

10.2.3 Signalmanipulation Die iiblicherweise im Pult eingebauten Funktionsgruppen zur Signalverarbeitung sind Filter, Entzerrer und Dynamikprozessoren. Diese Funktionen werden fiir die meisten Quellen benotigt, so dass es durchaus sinnvoll ist, sie in jedem Kanal zur Verfiigung zu haben. Ein weiteres Merkmal der eingebauten Funktionen ist, dass es sich um ErsetzungseflFekte handelt. Ersetzungseffekte ersetzen das Eingangs- durch das Ausgangssignal. Anders verhalt es sich mit Erganzungseffekten, zum Beispiel Hallgeraten, bei denen das Effektsignal zum Originalsignal hinzugemischt wird. Ersetzungseffekte, die nicht im Pult eingebaut sind, konnen iiber den Insert eingeschleift werden. Dabei ist eine Verkettung niehrerer Gerate nioglich. Wie die Gerate zur Signalmanipulation aufgebaut sind, und wie sie verwendet werden steht im Kapitel 14.

10.3 Mastersektion Die Mastersektion ist die Steuerzentrale fiir alles, was nicht einem einzelnen Kanalzug zugeordnet werden kann. AuEerdeni finden sich hier die Vorrichtungen fiir die Signaliiberwachung und die Automation. 10.3.1 Bedienelemente Die Mastersektion beherbergt EinsteUungsmoghchkeiten, die fiir das gesamte Pult gelten. So werden Aux-Wege haufig zentral Pre oder Post geschaltet. Hinzu kommen die Statusschalter bei Recordingpulten, die spater in diesem Kapitel noch ein Thema sein werden. Weiter werden die Ausgangspegel der Sammelschienen in der Mastersektion geregelt. Dazu gehoren die Subgruppen oder Busse, die Aux-Master-Sends und der Master Fader. Der Master Fader regelt den Pegel der Stereosumme. AUerdings muss die Mischung insgesamt einen korrekten Pegel ergeben. Der Master Fader wird immer auf 0 dB gestellt und lediglich zum Ausblenden am Ende des Stiickes verwendet. Die Abhorlautstarke wird iiber einen separaten Regler eingestellt und nicht iiber den Master Fader, da der ja den Pegel der Summe regelt. Die Abhormatrix eines Pultes - eigentlich handelt es sich dabei nicht um eine Matrix sondern nur um eine Quellenanwahl - ermoglicht es, das Signal an verschiedenen Ein- und Ausgangen des Pultes abzuhoren. Aufierdem konnen weitere Quellen, die an das Pult angeschlossen sind, direkt abgehort werden, also auch ohne einen Kanal im Pult zu belegen. 10.3.2 Signaliiberwachung Wahrend der Produktion miissen die technischen und akustischen Gr6£en standig iiberwacht werden. Mischpulte stellen dazu optische und akustische

10.3 Mastersektion

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Hilfsniittel zur Verfiigung. An verschiedenen Stellen ini Signalweg befinden sich Messpunkte. Die Messwerte konnen auf verschiedenen Geraten optisch wiedergegeben werden. 10.3.2.1 Pegel Der Pegel ist die wichtigste technische Groiê bei der Aufnahme. Ohne einen brauchbaren Pegel liilft der sclionste Frequenzgang niclits. Der Pegel kann an den Eingangen und an den Ausgangen gemessen werden. Optisch iiberwacht wird der Pegel iiber eines der zahlreichen Pegelmessgerate, die nachfolgend besprochen werden. Solche Pegelmessgerate konnen fiir jeden Kanal vorhanden sein, oder nur fiir die Summen. Verschiedene Solo-Modi erlauben das gezielte Abhoren und Messen einzelner Kanale. Um die drei Solo-Modi PFL, AFL und Solo in Place geht es zunachst. Je nach Pult gibt es einen, mehrere oder alle Modi. Sie sind entweder iiber verschiedene Tasten schaltbar oder iiber einen einzigen Solo-Schalter und eine zentrale Einstellung, welcher Solo-Modus gerade aktiv ist. Danach werden die Referenzpegel genannt, mit denen man ini Studio konfrontiert ist. PFL - Pre Fader Hierbei handelt es sich um eine Sammelschiene. Sie liegt vor dem Kanal-Fader und ist in Mono ausgefiihrt. Sie wird verwendet, um ein Signal auf den richtigen Arbeitspegel zu bringen. Deshalb hegt sie hinter der Eingangsstufe. Ein Kanalsignal wird iiber einen Schalter auf den PFL-Bus geroutet. Normalerweise wird auch das zentrale Pegelmessgerat und der Studiomonitor auf den PFL-Bus geschaltet, sobald ein Signal dort aufgeschaltet wird. So kann man sehr schnell iiberpriifen, ob iiberhaupt ein Signal anliegt. Uber die Pegelanzeige wird es auf den Nominalpegel eingepegelt. PFL eignet sich auch zum Abhoren von Einzelsignalen wahrend einer Beschallung. Die Umschaltung der Abhore bezieht sich nur auf den Control-Room- und den Kopfhorerausgang, so dass die eigentliche Summe - also das Signal, mit dem die PA beschickt wird - unangetastet bleibt. AFL - After Fader Listening Am Kanalausgang sitzt der Abgriff zu einer weiteren Sammelschiene. Es handelt sich dabei um einen Stereo-Kanal. Man kann hier also ein einzelnes Signal in seiner Position im Stereobild abhoren und den Pegel kontroUieren. Auch hier wird normalerweise der Pegelmesser und die Abhore umgeschaltet. Auch AFL kann wahrend des laufenden Betriebs verwendet werden. Solo in Place Bei diesem Solo-Modus handelt es sich nicht um eine Sammelschiene. Man hort weiterhin die Stereosumme. Schaltet man einen Kanal auf Solo, dann

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10 Mischpulte

werden alle anderen Kanale stumm geschaltet. Das hatte im laufenden Betrieb natiirlich Auswirkungen. Deshalb wird er nur wahrend der Mischung von Mehrspuraufnahnien verwendet. In Live-Pulten ist die Funktion nieist gar nicht vorhanden. Hort man einen Kanal Solo in Place ab, dann liort man zunaclist nichts anderes, als bei AFL. Der Vorteil liegt darin, dass einzelne Kanale Solo Safe geschaltet werden konnen. Damit werden sie nicht gemutet, wenn ein anderer Kanal Solo geschaltet wird. Das hat den Sinn, dass ein einzelnes Signal inklusive seiner Effekte abgehort werden kann. Das lasst sich liber AFL nicht so einfach erreichen. Schaltet man den gewiinschten Kanal AFL und das Hallgerat ebenso, dann hort man auch den Kanal mitsamt seinem Effekt, das Effektgerat erhalt aber nach wie vor alle Signale, die einen Hall bekommen soUen. Bei Solo in Place sind die anderen Kanale und damit auch die Aux Sends gemutet. Referenzpegel Unterschieden wird zwischen dem Studio- und Rundfunknormpegel auf digitaler und analoger Ebene, sowohl in Spannungs- als auch in Leistungsanpassung. 0 dBm sind definiert fiir 1 mW an 600 f2. Der Ursprung dieser Einheit kommt aus der Rundfunktechnik, bei der lange Zeit mit Leistungsanpassung gearbeitet wurde. Der Rundfunknormpegel liegt bei +6dBi„. Die Aussteuerungsanzeigen zeigen nicht den absoluten Pegel in dB,„ sondern den Pegel relativ zum Rundfunknormpegel. Zeigt das Messgerat 0 dB an, dann bedeutet das einen absoluten Pegel von +6dB,„. Heute wird auch beim Rundfunk mit Spannungsanpassung gearbeitet. Der auf die Spannung bezogene Referenzpegel liegt bei 0,775 V. Praktischerweise entspricht das der Spannung, die notig ist, um 1 mW Leistung an 600 i? zu erzeugen:

R'

R

60012

Die Zahlenwerte von dB^ und dB,„ sind also identisch. Der Internationale Studionormpegel liegt bei +4dBu, haufig wird in Deutschland aber auch auEerhalb des Rundfunks mit +6dBu gearbeitet, insbesondere dort, wo dem Rundfunk zugearbeitet wird. Fine weitere Grofie ist der Homerecording-Pegel. Er liegt bei -lOdBy- Die Einheit dBy ist auch als Tascam Level bekannt. OdBy entsprechen einer Spannung von einem Volt, der Homerecording-Pegel von -10 dBy entspricht einem Effektivwert von etwa 0,32 V. Das entspricht dem Ausgang von Consumergeraten. Der digitale Referenzpegel schlie£lich bezieht sich auf Vollaussteuerung. Entsprechend ist die Einheit dBps • FS steht fiir FuU Scale. Da es keine Werte iiber Vollaussteuerung geben kann, kann der dB-Wert nur negativ sein. Der Headroom - die Aussteuerungsreserve ist auf 9dB festgelegt. Damit liegt der digitale Normpegel bei -OdBps. Das entspricht gleichzeitig dem analogen Studionormpegel, also entweder +4 oder +6dBu. Bei Rundfunknormpegel: + 6 dBu = 0 dB = —9 dBps

10.3 Mastersektion

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Overload Ein einfaches und vor allem in giinstigen Pulten gern verwendetes Anzeigegerat besteht aus einer einzelnen LED, die eine Ubersteuerung anzeigt. Sie ist vor allem dann sinnvoU, wenn die einzelnen Kanale nicht iiber eigene Pegelmessgerate verfiigen. VU-Meter Ein VU-Meter ist ein Gerat, das in erster Linie geeignet ist, um die Lautlieit eines Signals zu beurteilen. VU stelit fiir Volume Unit. VU-Anzeigen waren friiher Zeigerinstruniente, lieute werden genau wie bei den Peak-Metern, die im nachsten Abschnitt besproclien werden, LED-Ketten oder ahnliclie Leuchtmittel verwendet. Unterschiedlicli sind sie in Bezug auf die Ansprecli- und Abschwellzeiten. Das VU-Meter zeigt nach 300 ms den korrekten Wert an. Der Riickstellwert ist identiscli. VU-Meter sind auf Grund ihrer Traglieit nicht zum Pegeln von Signalen geeignet. Die Lautheit eines Signals lasst sicli mit ilinen jedocli abscliatzen. PPM - Peak Program Meter Um Pegelspitzen zu erkennen, sind VU-Meter - vor allem die Zeigergerate - zu trage. Deslialb hat ein PPM eine wesentlich kiirzere Integrationszeit von nur 10 ms. Dafiir ist die Abschwellverhalten deuthch verlangsamt. Es entspricht l,5s/20dB. Bei der Aufnahme sind Peak-Meter gut geeignet, um Ubersteuerungen zu vermeiden, bei der Mischung mochte man jedoch auch Aussagen iiber die Lautheit des Signals treffen. Deshalb lassen sich viele Messgerate zwischen VU und Peak-Charakteristik umschalten. Kombiinstrumente zeigen beide Werte gleichzeitig an. Auch wenn der Name Peak Meter die Anzeige der Spitzenwerte nahelegt, zeigt das PPM den Spitzenwert geteilt durch A/2 an. Das entspricht bei Sinusschwingungen dem Effektivwert. Die Einheit ist dB relativ zum jeweiligen Studionormpegel. Digitale

Aussteuerungsmesser

Bei digitalen Aufnahmen miissen Ubersteuerungen auf jeden Fall vermieden werden. Deshalb miissen digitale Pegelmessgerate die Signalspitzen zuverlassig anzeigen. Die Integrationszeit liegt hier bei maximal einer Millisekunde. Ubersteuerungen werden schon bei wenigen Samples angezeigt. Die Einheit ist dBps10.3.2.2 Phasenlage (Korrelation, Stereobild) Um die Phasenlage einer Mischung zu beurteilen, gibt es zwei gangige Gerate. Den Korrelationsgradmesser und das Stereosichtgerat.

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10 Mischpulte

Korrelationsgradmesser Meist in das Pegelmessgerat integriert ist der Korrelationsgradmesser. Der Korrelationsgradmesser setzt zwei Signale miteinander in Bezieliung. Der Korrelationsgrad ist dabei die Phasenbeziehung der beiden Signale zueinander und entspricht der Cosinusfunktion. Angezeigt wird ein Wert zwischen -1 und 1. Ein Signal, das auf beiden Seiten identiscli ist - also ein Mono-Signal - bekommt den Wert 1. Beim anderen Extrem liegt ebenfalls dasselbe Signal auf beiden Kanalen, in einem ist jedocli die Phase gedrelit. Der Wert betragt - 1 . Der Mittelwert, also 0 gilt fiir alle Signale, die in keiner Bezieliung zueinander stehen. Das kann das Fehlen eines Kanals sein, Ping-Pong-Stereo, bei dem alle Kanale entweder ganz links oder ganz rechts liegen oder auch dasselbe Signal, das um 90° phasenverschoben ist. Auch dort besteht keine Phasen-Korrelation zwischen beiden Kanalen. Normalerweise liegt der Korrelationsgrad zwischen 0 und 1. Lediglich bei Orchesteraufnahmen ist es normal, wenn der Korrelationsgrad kurzfristig auch mal in den negativen Bereich geht. Der Korrelationsgradmesser war vor allem in der Zeit der Schallplatte wichtig, da negative Korrelationsgrade unter Umstanden nicht geschnitten werden konnten. Heute verwendet man das Gerat zum Aufspiiren von Phasenproblemen, die bei der Mono-Wiedergabe zu ungewollten Ausloschungen fiihren konnen. Stereo sichtgerdt Das Stereosichtgerat hat grofie optische und elektronische Ahnhchkeit mit einem OsziUoskop. Tatsachlich handelt es sich um ein zweikanaliges Oszilloskop, das in der X/Y-Betriebsart lauft und dessen Anzeige um 45° gedreht ist. Analoge Kathodenstrahler werden allerdings mehr und mehr durch digitale LCD-Displays ersetzt. Aus der Anzeige des Gerats kann man den Pegel, die Stereobreite und die Phasenlage der Kanale zueinander ablesen.

Mono

Stereo

nur links

Mono/Phase inv.

nur rechts

Stereo/Phase inv.

Abb. 10.6. Anzeige eines Stereosichtgerats.

10.3 Mastersektion

147

Stille wird als P u n k t in der Mitte der Bildflache dargestellt. Analoge Cerate tasten den Strahl in dieseni Fall nieist aus, urn ein Einbrennen zu verhindern. Vom Mittelpunkt ausgehend zeigt eine Skala den Pegel. Je melir Pegel anliegt, desto weiter nach au£en erfolgt die Darstellung. Monosignale sind eine senkreclite Linie. Mischt m a n ein Stereosignal dazu, dann breitet sich die Darstellung nach links und rechts aus. Je schwaclier die Auspragung der Senkrecliten ist, desto breiter ist das Stereosignal, und desto weniger monofone Bestandteile sind ini Signal zu finden. W a h r e n d Pop-Musik oft durch den Solo-Gesang, der meist in der Mitte liegt eine Verstarkung zur Mitte bin zeigt, ist die Darstellung klassiscber Orcbestermusik oft fast kreisformig. Drebt m a n einen Kanal eines Mono-Signals in der Pbase, dann ist das resultierende Diagramm nicht mebr senkrecbt sondern waagerecbt. Die waagerecbte Linie entspricbt einem Korrelationsgrad von - 1 . Fehlt ein Kanal, dann ist die Linie 45° nach hnks oder rechts geneigt, je nachdem welcher Kanal ausgefallen ist. Das entspricht einem Korrelationsgrad von 0. Bei Stereosignalen erkennt m a n einen moglichen Phasenfehler daran, dass die Darstellung insgesamt nicht in die Hobe sondern in die Breite geht. Fallt bei einem Stereosignal ein Kanal aus, dann zeigt das Stereosichtgerat iibrigens keine zur Seite gekippte Stereo-Darstellung, sondern, da der fiir Stereo notwendige zweite Kanal fehlt, eine entsprechend gekippte Linie. 10.3.2.3 Frequenzgang Gerate zur Messung des Frequenzgangs sind in Mischpulten eher selten anzutreffen. Sie sind aber ein Hilfsmittel zur Signabiberwachung und sollen deshalb an dieser Stelle besprochen werden. In digitalen Audioworkstations sind sie auch haufig eingebaut. Ansonsten findet m a n sie als externes Gerat, meist in Verbindung mit einem grafischen Terzband-Entzerrer. Die Gerate hei£en Analyzer. Sie zerlegen das Spektrum in seine Frequenzbander und bilden so den momentanen Frequenzgang ab. Ein Haupteinsatzgebiet ist die Entzerrung von Raumen, zum Beispiel vor Beschallungen. Dazu wird Rosa Rauschen auf die Lautsprecher der Beschallungsanlage gegeben. Der Analyzer zeigt den Frequenzgang an, der dann mit dem grafischen Equalizer korrigiert wird. Dadurch erhalt m a n einen ,linear' klingenden R a u m . Das muss nicht immer gewiinscht sein. Oft soil der R a u m bereits den Charakter des spateren P r o g r a m m s unterstiitzen. Dafiir verwendet m a n dann keinen Rauschgenerator, sondern ein reales Signal, das dem spateren Live-Programm ahnelt und m a n stellt den EQ nicht nach der Analyzer-Anzeige ein, sondern nach Gehor. Aber korrekt ist natiirlich die erste Variante.

10.3.3 A u t o m a t i o n Eine Automation soU die Bedienung des Pultes vereinfachen. Unter dem Begriff Automation werden an dieser Stelle alle Einrichtungen zusammengefasst.

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10 Mischpulte

die den Zustand eines Mischpults speichern oder dynamisch verandern konnen. 10.3.3.1 M u t e g r u p p e n Mutegruppen sind ein einfaches Hilfsmittel, um nicht benotigte Kanale gesammelt zu aktivieren beziehungsweise zu deaktivieren. SinnvoU ist das zum Beispiel bei Beschallungen niit wechselnden Programniinhalten. So konnen mit einem Knopfdruck alle Kanale der Band stummgeschaltet warden, wahrend auf der Biihne moderiert wird oder ein Sketch aufgefiihrt wird. Mutegruppen miissen zunachst definiert werden. Dazu mutet m a n alle Kanale, die in einer Mutegruppe vertreten sein sollen und speicliert dann die Einstellung auf eine freie Mutegruppe. Melirere Mutegruppen konnen gleiclizeitig aktiv sein. Deslialb definiert m a n sie nach Funktionsgruppen. Es gibt Kanale, die den gesamten Abend nicht verwendet werden. Diese sollten in einer eigenen Mutegruppe zusammengefasst werden. Ebenso die Kanale der Band. Die Mutegruppe mit den unbelegten Kanalen bleibt den gesamten Abend aktiv, die der Band wird inimer dann aktiviert, wenn keine Musik gespielt wird. Mutegruppen beeintrachtigen die Einflussmoglichkeiten im Eingangskanalzug nicht. Soil die Band gemutet sein, aber der Keyboarder soil einen Umbau untermalen, dann kann m a n die Keyboard-Kanale offnen, ohne die Mutegruppe deaktivieren zu miissen. So bleiben die anderen Kanale gemutet. Eine solche manuelle Anderung hat auch keinen Einfluss auf die gespeicherte Gruppe. 10.3.3.2

Snapshot-Automation

Reichen die Moglichkeiten von Mutegruppen nicht aus, dann kann eine Snapshot-Automation verwendet werden. Der Snapshot bezieht sich nur auf die Mute-Schalter. Vor allem fiir szenische Darbietungen ist eine solche Automation sinnvoll. Fiir jede Szene werden alle Kanale gemutet, die nicht verwendet werden und ein Snapshot wird gespeichert. W a h r e n d der Vorstellung ruft m a n die Snaps nacheinander durch einen Tastendruck auf. Wie genau m a n Szenen unterteilt, bleibt jedem selbst iiberlassen, die Anzahl der moglichen Schnappschiisse ist aber begrenzt. Es bietet sich an, nicht jeden Wechsel auf der Biihne mit einem eigenen Snapshot zu wiirdigen. Tritt ein einzelner Schauspieler auf oder ab, dann kann m a n die Anderung gut auch manuell vornehmen. Kanale, die frei sind, sollten nicht iiber die SnapshotAutomation sondern iiber eine Mutegruppe stummgeschaltet werden. So lassen sich weitere Kanale bei Bedarf schneU aktivieren ohne dass sie vom nachsten Snapshot gleich wieder gemutet werden. 10.3.3.3 Total Recall Produktionen werden haufig nicht an einem Tag abgeschlossen. Oft liegen sogar langere Zeitpunkte zwischen den Mischungsterminen. Total Recall spei-

10.3 Mastersektion

149

chert den niomentanen Zustand eines Pultes, damit man ihn anschliefiend wiederherstellen kann. In der analogen Welt war das sehr kompliziert, well fiir jeden Taster, der gespeichert werden soUte, eine Vorrichtung geschafFen werden musste, die die Einstellung iiberpriift. Deshalb werden nur bei groiên analogen Produktionspulten alle Parameter gespeichert. Digitale Pulte operieren nur mit Zahlenwerten, die ohne gro£en technischen Aufwand gespeichert und wieder abgerufen werden konnen. Die Bedienung ist dabei zwischen analogen und digitalen Pulten grundsatzlich unterschiedlich. In analogen Pulten wird fiir jeden Parameter angezeigt, ob er hoher oder niedriger eingestellt werden muss. Das ist so, well jeder Wert einer dezidierten Schalter- und Reglerstellung zugeordnet ist. Bei digitalen Pulten wird meist mit zustandslosen Tastern und Endlosdrehgebern gearbeitet, die ebenfalls keinen tatsachlichen Zustand haben. So konnen die digitalen Werte wieder in den Speicher eingelesen werden, ohne dass ein Regler angefasst werden muss. Eine Ausnahme bilden die Fader, die heute haufig motorisiert sind, und deshalb automatisch eingestellt werden konnen. Total Recall ist nur dann sinnvoU, wenn wirklich alle Reglerstande erfasst werden. Denn eine Speicherung der Faderstande ist ohne Kenntnis iiber die Vorverstarkung und die Einwirkung von Entzerrern und Regelverstarkern auf den Signalpegel wertlos. 10.3.3.4 (MIDI)-Mute-Automation Die bisher vorgestellten Automationstypen speicherten jeweils einen Zustand des Pultes oder Telle davon. Die EinsteUungen wurden jedoch manueU aufgerufen. Reproduzierbare Mischungen, die sich iiber die Zeit andern, erfordern eine Information iiber die jeweilige Position im Stiick. Das bedeutet, dass das Pult mit einer Zeitinformation versorgt werden muss, oder von einem Gerat ferngesteuert werden muss, das iiber eine solche Zeitinformation verfiigt. Bei der MIDI-Mute-Automation handelt es sich um eine solche Vorrichtung, bei der die Zustande der Mute-Schalter iiber die Zeit gesteuert werden. Was MIDI genau ist, ist im Abschnitt 11.6 erklart. Wichtig fiir das Verstandnis ist auch die Synchronisation, die im Kapitel 12 beschrieben ist. MIDI arbeitet mit relativ hohen zeitlichen Abweichungen. Digitale Pulte konnen eine solche Automation auch auf der Basis anderer Protokolle realisieren. Meist verfiigen sie aber ohnehin iiber weitreichende Automationsmoglichkeiten, die im nachsten Abschnitt erklart werden. Eingesetzt wird eine solche Automation iiberall dort, wo ein zeitlich exakt wiederkehrendes Programm stattfindet. Das ist im Studio bei der Mischung so, es kann aber auch bei Live-Veranstaltungen - zum Beispiel bei Musicals der Fall sein. Hier miissen aber Havariestrategien entwickelt werden, die einen Umstieg von der zeitgebundenen Automation auf eine manuelle SnapshotAutomation ermoglichen. Der Sequenzer kann im Pult integriert sein oder extern vorhanden sein. Es iibernimmt die Speicherung der Steuerdaten entlang der Zeitleiste. Er muss

150

10 Mischpulte

mit dem Aufzeichnungsgerat zeitverkoppelt sein. Harddiskrecording-Systeme bieten meist sowohl Audio-Spuren, fiir die Tonaufzeichnung, als auch MIDISpuren zum Aufzeichnen von Steuersignalen an. Damit ist die Synchronitat bereits gegeben. 10.3.3.5 Dynamische Automation Was in der analogen Welt nur den High-End-Pulten vorbehalten war, gehort bei den digitalen und virtuellen Pulten heute schon fast zur Standardausstattung. Viele Parameter lassen sich iiber die Zeit automatisieren. Das sind nicht nur die Mute-Schalter, sondern auch die Kanal-Fader, die deswegen heute haufig motorisiert sind, die Aux Sends und manchmal sogar die EinsteUungen der Filter. So lassen sich hochdynamische Mischungen erzeugen. Eine solche Mischung kann nicht in einem Durchgang erstellt werden. Man konzentriert sich statt dessen auf einen oder zwei Parameter, die man einstellen mochte. Die anderen Parameter werden, sofern ihre Automationsdaten bereits aufgezeichnet wurden, abgespielt. Das bedeutet, dass die Kanale unterschiedliche Zustande kennen. Sie hei£en normalerweise read, write und update. Alle Kanale stehen immer auf read, sofern sie nicht gerade bearbeitet werden soUen. Aufgezeichnete Daten werden abgespielt, Kanale, zu denen keine Automationsdaten vorliegen, verandern sich iiber die Zeit nicht. Der Kanal, der bearbeitet werden soU, wird zunachst in den Write-Modus geschaltet. Im Write-Modus werden alle vorherigen Daten iiberschrieben. So lasst sich eine erste Mischung erstellen. Danach sind moglicherweise an manchen Stellen leichte Anderungen notwendig. Diese werden mit dem Update-Modus erledigt. Solange kein Parameter verandert wird, wird die bestehende Mischung abgespielt. Sobald man jedoch eingreift, werden die neuen Daten aufgezeichnet. Meist sind in den Reglern Sensoren untergebracht, die auf Beriihrung reagieren. So merkt das System, wann der Tontechniker Anderungen vornimmt. Lasst man den Regler wieder los, dann wird der Parameter mit einer festglegten Riicklaufzeit wieder auf den alten Automationswert zuriickgefiihrt. 10.3.4 Steckfeld In festen Studioumgebungen ware es sehr unergonomisch, an der Riickseite des Mischpultes Kabel ein- und auszustecken. Bei der Vielzahl an Anschliissen, die dort existieren, ware eine fliegende Verkabelung auch sehr uniibersichtlich. Ein Steckfeld - englisch Patchbay - schafft hier Abhilfe. Ein Steckfeld legt aUe denkbaren Anschliisse einer Studioumgebung offen. So konnen an einer zentralen Stelle mittels kurzer Kabel die Verbindungen hergestellt werden. Um nicht jede Verbindung erst stecken zu miissen, werden Standardverbindungen fest verdrahtet. Diese sogenannten Hardpatches funktionieren nach dem Muster der Inserts. Das hei£t, dass die Ausgange genutzt werden konnen, das Signal abzugreifen, ohne dass das Hardpatch getrennt wird. Das passiert erst, wenn ein Kabel in den Eingang gesteckt wird.

10.4 Mischpult-Bauformen

151

Angeordnet sind die Kanale normalerweise waagerecht nebeneinander, die verschiedenen Aus- und Eingange untereinander. Typischerweise beginnt die Patchbay mit den Ausgangen der Stagebox. Sie sind normalerweise hardgepatched auf die Mikrofoneingange des Pultes. Die Direct Outs sind mit den Eingangen der Mehrspurmaschine verbunden und deren Ausgange liegen sowohl an den Eingangen der Tape-Return-Sektion an, als auch an den LineEingangen der Eingangskanalziigen. Auch die Inserts der Kanale liegen an der Patchbay auf. Die Aux-Wege sind eventuell mit den Eingangen der Effektgerate vorbelegt. Eine Patchbay ist nicht zwingend notwendig, aber in vielen Fallen sinnvoll. • • • •

Die Kanalbelegung am Pult ist unabhangig von der Belegung der Patchbay Die Mehrspurmaschine kann flexibel angesteuert werden. Sind mehr Effektgerate als Ausspielwege vorhanden, dann konnen die Effekte liber die Patchbay flexibel verbunden werden. Einzelne Effekte konnen so auch in die Inserts der Eingangskanale eingeschleift werden.

10.4 Mischpult-Bauformen Verschiedene Aufgabenbereiche stellen unterschiedliche Anforderungen an die Ausstattung und den Funktionsumfang eines Mischpults. Die Haupteinsatzgebiete sind die Aufnahme, die Beschallung und die Sendung. Beschallungspulte unterscheiden sich dadurch, ob sie fiir die FOH-Mischung oder die Monitormischung verwendet werden, und ob das Programm einen szenischen Ablauf hat oder nicht. Recordingpulte unterscheiden sich in der GroEenordnung und der Anpassung an die Aufzeichnungsmedien. Sendepulte haben grundsatzlich einen ahnlichen Aufbau wie Beschallungspulte, sind jedoch normalerweise mit zusatzlichen Summen und erweiterten Kommunikationseinrichtungen ausgestattet. 10.4.1 Beschallungs- und Sendepulte Bei dieser Anwendung geht es darum, die ankommenden Signale direkt in das gewiinschte Zielformat zu mischen. Neben der Beschallung und der Sendung gehort auch das Live-Recording dazu, also die Aufnahme ohne den Umweg iiber eine Mehrspuraufzeichnung mit anschliefiender Mischung. Durch die direkte Verbindung von Eingangen und endgiiltiger Mischung entsteht die Notwendigkeit, alle relevanten Parameter im direkten Zugriff zu haben. 10.4.1.1 FOH - Front of House Die Mischung fiir das Publikum wird Front of House genannt.

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10 Mischpulte

Ein- und

Ausgdnge

Am Pult liegen alle Eingangssignale an. Neben den Eingangskanalen fiir die Quellen muss das Pult auch Eingange fiir die EflFekt-Riickwege bereitstellen. Ausgangsseitig werden weder Direct Outs noch Busse benotigt. Die Signale werden direkt oder indirekt iiber Subgruppen an die Summen geroutet. Die Anzahl der Summen ist dabei variabeL Kleinere Beschallungen werden 2- bis 3-kanalig gefahren. Bei groiêren Beschallungen kommen noch Wege fiir die Delay-Lines dazu, die aber auch von der Stereosumme aus beschickt werden konnen. Eine haufige Anforderung ist auch ein Mitschnitt oder eine Ausspielung fiir die Video-Dokumentation oder anwesende Journalisten^. Fiir solche Aufgaben eignen sich Ausspielmatritzen. Hier liegen die Gruppen- und die Summenausgange an und konnen individuell zusammengemischt werden. Das ist der reinen Ausspielung der Stereosumme vorzuziehen, well die Mischung fiir die PA auf die Raumakustik abgestimmt ist, die auf der Ausspielung nicht wahrnehmbar ware. Bessere Mitschnitte benotigen zusatzliche Mikrofone im Saal, mit denen die Atmosphare iibertragen wird. Diese Mikrofone gehen nicht auf die Summe, aber iiber eine eigene Gruppe auf die Ausspielung in der Matrix. FOH-Monitoring Gibt es einen separaten Monitormischer auf der Biihne, dann werden die Signale dort gesplittet. Entgegen dem Wortsinn ,spalten' werden sie verdoppelt und einmal an den Monitormischer und einmal an den FOH-Mischer verteilt. Sinn der Splitter ist die Unabhangigkeit der jeweiligen Mischung von der anderen. Muss die Monitormischung vom FOH-Platz aus gemacht werden, dann spricht m a n auch vom Front of House Monitoring. Das bedeutet, dass der Tontechniker noch weitere Ausgange iiberwachen muss. Die Kommunikation mit der Biihne ist aufgrund der gro£en Distanz nicht allzu dezent moglich. Deshalb ist ein separater Monitor-Mischer auf der Biihne bei grofieren Veranstaltungen die bessere Wahl. Ist das aber nicht moglich, dann muss der Techniker einen Teil der Ausspielwege Pre Fader schalten konnen und fiir die Monitor-Mischung verwenden. Es miissen also ausreichend Ausspielwege fiir die Effektbeschickung und die Monitorwege vorhanden sein und sie miissen unabhangig voneinander P r e oder Post Fader geschaltet werden konnen.

10.4.1.2 Monitorpulte Mit der Monitormischung werden die Akteure auf der Biihne mit einer Mischung versorgt. Diese Mischung muss auf die Bediirfnisse der Musiker abgestimmt sein. Es geht dabei nicht um klangliche Schonheit - auch wenn sie dennoch angestrebt werden soU - sondern darum, dass der Musiker alle Welche Ausspielungen erfolgen diirfen und sollen, muss in Abstinimung mit dem Veranstalter erfolgen.


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fiir das Zusammenspiel notwendigen Informationen seines Spiels und das der anderen Musiker erhalt. Der Monitormischer wird an der Seite der Biihne untergebracht, daniit die Musiker leicht Kontakt mit dem Techniker aufnehmen konnen um Anderungswiinsche zu auiêrn. Es ist hilfreich, wenn vorab ein Satz an Kommandos verabredet wird. Ein- und Ausgdnge Am giinstigsten ist es, wenn jedem Musiker den kann. Deshalb verfiigen Monitorpulte rechtigter Ausgange. Jeder Eingang kann werden. Es ergibt sich ein matritzenartiges

eine eigene Mischung erstellt weriiber eine grofie Anzahl gleichbeauf jeden der Ausgange geregelt Prinzipschaltbild.

Eingange

Ausgange

Abb. 10.7. Prinzipschaltbild eines Monitormischers. Der Tontecliniker hat meist eine eigene Monitorbox, auf der er iiber PEL Einzelsignale ablioren kann. Klangregelung Viele Monitorpulte haben nur eine eingesclirankte Klangregelung. Die Erfahrung zeigt aber, dass sich Musiker uniso wohler fiihlen, je besser ihr MonitorMix klingt. Deshalb soUte man auch fiir die Monitormischung eine Klangregelung und Effekte einsetzen. 10.4.1.3 Sendepulte Auch im Sendepult werden die Eingange direkt auf das Zielformat gebracht. Dass das Signal nicht an Ort und Stelle konsumiert oder aufgezeichnet wird, ist dabei unerheblich. Der zentrale Unterschied dieser Pulte liegt in der Anbindung an die Aufienwelt. Vorgesprdche Wahrend einer Sendung konnen Leitungen von verschiedenen Orten gleichzeitig oder nacheinander auflaufen. Der Moderator einer Sendung mochte mit seinem Gesprachspartner ein Vorgesprach fiihren. Dieses Vorgesprach darf natiirlich nicht an die Aufienwelt dringen.

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10 Mischpulte

n-1 Die Summe aller Signale ist n. n-1 ist die Menge aller Signale abziiglich eines bestimmten Signals. Dieses Signal ist normalerweise eine ankommende Leitung. Dieses Signal muss natiirlicli walirend des Gesprachs auf den Sendeweg geschaltet werden, es darf aber niclit auf dem Riickweg zum entfernten Gesprachspartner liegen. Dieser wiirde sich dann durch den Ubertragungsweg verzogert selbst lioren. Das ist natiirlicli sehr irritierend, sein eigenes Echo auf dem Ohr zu haben und muss deshalb auf alle Falle vermieden werden. Genauso muss die ankommende Leitung frei vom Riickprogramm sein. Auch die zugeschaltete Leitung muss also n-1 fiihren. Fiir Anfanger recht schwer zu durchschauen ist die Frage, wer einen Fehler macht. Folgende Faustregel kann dabei helfen: Hort man selbst ein einzelnes Echo (des Signals, das man herausgibt), dann liegt der Fehler auf der anderen Seite der Leitung. Hort man mehrere Echos des gesamten Signals, dann haben vermutlich beide einen Fehler gemacht. Klingt aUes richtig, dann kann es sein, dass man selbst den Fehler gemacht hat. Wenn man nicht explizit darauf achtet, ob die richtigen Signale auf die Riickleitung gehen, dann iibersieht man den Fehler sehr leicht. Es ist deshalb notwendig, den Techniker auf der anderen Seite der Leitung darauf aufmerksam zu machen, wenn man nicht n-1 als Riickprogramm erhalt. Anstelle von n-1 gibt es auch den Begriff Mix-Minus. 10.4.2 Mehrspur-Recording-Pulte Bei der Mehrspuraufnahme unterscheidet sich das Format der Aufnahme von dem Abhorformat. Abgehort wird je nach Studioausstattung und Zielformat in Stereo oder Surround. Aufgenommen wird aber ein zum Beispiel 24-kanaliges Signal. Aus der Mehrspuraufnahme wird bei einem zusatzlichen Arbeitsschritt - der Mischung - ein Stereo- oder Surroundsignal erzeugt. Doch schon um die Aufnahme abzuhoren, muss eine Ausspielung im Format der Abhoranlage erfolgen. Deshalb endet der Signalfluss nicht wie bisher am Ziel - hier der Mehrspuraufnahme - sondern wird von dort weitergefiihrt, zuriick in das Mischpult, in das spatere Zielformat iiberfiihrt und auf den Lautsprechern ausgegeben. Abbildung 10.8 zeigt einige wichtige Prinzipien. Effektriickwege und die Audioausgange sequenzergesteuerter Klangerzeuger werden nicht aufgezeichnet und die aufzuzeichnenden Signale der Eingangskanale werden nicht auf die Summe geroutet. Um diesen erweiterten Signalfluss abzubilden, gibt es verschiedene Bauformen, im Wesentlichen die Split- und die Inline-Pulte. Neben den Eingangskanalen und der Mastersektion ist zusatzlich eine Tape-Return- oder auch Monitorsektion vorhanden. Split- und Inline-Pulten gemeinsam ist, dass zur Aufnahme und Wiedergabe einer Spur auf der Bandmaschine mindestens ein Eingangskanalzug und ein Tape-Return-Kanalzug notwendig sind. Unterschiedhch ist jedoch die Anordnung dieser Kanale. Split-Pulte haben fiir die

10.4 Mischpult-Bauformen Input Mic

FX

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clpc riC'iUiii

Expander

oooooo

Aux/PreAux/PostRouting -

-^2J—* Monitormix -0-^FX-Send ^z5—»Master

Direct Out < S i i 6 6

6666

j Tape Retujrn

Mehrspur A b b . 10.8. Signalfluss einer Mehrspuraufnahme.

Tape-Return-Wege komplette Kanalziige mit eigener, wenn auch haufig reduzierter Klangregelung und EflFektbeschickung. Der Nachteil dieses Konzeptes ist der hohere Platzbedarf und der groEere technische Aufwand durch die zusatzlichen Kanale. Vorteilhaft ist hingegen die groiêre Anzahl voUwertiger Kanale bei der Mischung. Werden viele synthetische Instrumente verwendet, die bei der Mischung am Pult anliegen, ist ein Split-Pult durchaus sinnvoll. Da die Eingangskanalziige von den Tape-Return-Kanalziigen getrennt sind, ergibt sich eine bessere Ubersicht. Bei Inline-Pulten existiert im Kanalzug ein zweiter Signalweg, der fiir das Tape-Return-Signal verwendet wird. In der einfachsten Form besteht er lediglich aus eineni physikalischen Eingang, einem P a n o r a m a und eineni Pegelsteller. Grofiere P u l t e haben nieist einen zweiten, oft kleineren Fader und ein kleines Routing fiir den Monitorweg. Hinzu komnit, dass die Funktionsgruppen ganz oder teilweise dem einen oder anderen Weg zugeordnet werden konnen. Inline-Pulte sind sehr kompakt und bei wenigen zusatzlichen Signalen in der Mischung liegen keine voUwertigen Kanale brach. Dafiir ninimt m a n eine gewisse Komplexitat und Uniibersichtlichkeit in Kauf. Mit den Recording-Pulten miissen zwei Arbeitsschritte durchgefiihrt werden: Die Aufnahme und die Mischung. Fiir jeden dieser Arbeitsschritte gibt es eine angepasste Grundkonfiguration des Pultes. Giinstiger- aber nicht zwingenderweise wird sie geladen, wenn der jeweilige Arbeitsschritt ansteht. Man Viele Aspekte der Signalverspricht vom Record- und dem Mixdown-Status. teilung im Recordingpult sind statusabhangig. 10.4.2.1 Record-Status Im Record-Status sind in den Eingangskanalziigen die Mikrofoneingange aktiv, da bei der Aufnahme davon ausgegangen werden kann, dass hauptsachlich Mikrofonsignale verarbeitet werden miissen. Von den Eingangskanalziigen gehen die Signale entweder iiber das Routing oder die Direct Outs auf die

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10 Mischpulte

Mehrspurmaschine. Dort werden sie aufgezeichnet und liegen zusatzlich wieder am Ausgang an. Dieser Ausgang ist mit den Tape-Return-Eingangen im Mischpult verbunden und die Tape-Return-Eingange sind auf die Stereo- oder Surround-Summe geroutet. Die Funktionsgruppen sind in Inline-Pulten den Eingangen zugeordnet. Der Pegel wird iiber den Channel, die Abhorlautstarke liber die Monitor Fader geregelt. 10.4.2.2 Mixdown-Status W a h r e n d der Mischung sind die meisten Schallquellen bereits aufgezeichnet und werden von der Mehrspurmaschine abgespielt. An den Eingangskanalziigen sind jetzt die Line-Eingange aktiv. Dort hegen die Mehrspurausgange an. Als weitere Signale kommen EfFektsignale und die Audiosignale sequenzergesteuerter Instrumente dazu. Mikrofonaufnahmen sind bei der Mischung auiêrst uniibhch. In Inhne-Pulten wird der groiê Fader fiir die Lautstarke des Tape-Return-Signals verwendet.

Tabelle 10.1. Statusabhangige Funktionen und ihre Einstellung. Punktion Eingang Grofier Fader Kleiner Fader EQ/Dynamics

Record-Status Mic Input Tape Input

Mixdown-Status Line Tape Return Input Tape

Statusabhangige Funktionen konnen oft zentral oder auch kanalweise umgeschaltet werden. Denn natiirlich konnen im Record-Status auch Line-Signale auf die Eingangskanalziige gelegt werden. Viele Tonmeister beginnen schon bei der Aufnahme mit der Mischung, dazu werden die Regler getauscht. Der Monitor Fader regelt dann den Pegel fiir die Mehrspurmaschine wahrend der Channel Fader bereits bei der Aufnahme die Mischung regelt. Diese Einstellung bleibt erhalten, wenn m a n den Status nach Abschluss der Aufnahme umschaltet und die Reglerumkehr riickgangig macht. 10.4.3 HardwarecontroUer und virtuelle Mischpulte Heute ersetzen mehr und mehr Digitale-Audio-Workstations (DAW) die herkommlichen Studioumgebungen. In ihnen sind Aufzeichnungsgerat, Mischpult, Schneidetisch und Effektgerate vereint. Das ist zum einen sehr sinnvoU. AUe Produktionsdaten liegen in einem System vor. Sie konnen einfach gespeichert und transportiert werden. Softwaresysteme sind kostengiinstiger zu realisieren, als hochwertige Studiogerate gebaut werden konnen. Die gesamte Produktion wird an einem Platz mit einer einheitlichen Bedienoberflache abgewickelt.


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Die virtuellen Mischpulte der DAWs konnen andere Konzepte bereitstellen, als es von den in diesem Kapitel beschriebenen analogen Pulten bekannt ist. Dennoch orientieren sich viele an der traditionellen Spurorientierung. Signale konnen iiber virtuelle Busse und Inserts verteilt und mit virtuellen Pegelstellern verandert werden. Wer sich mit analogen Pulten auskennt, der hat meist mit den digitalen Pendants keine Schwierigkeiten. Dennoch sollte man sich immer mit den Konzepten der jeweiligen Software vertraut machen. Auch wenn die traditionelle Bedienung moglich ist, verschenkt man damit unter Umstanden Potential. Ein Beispiel: Bisher dachte man immer spurorientiert. Ein Instrument lag auf einer Spur und die Mischung war auf dieses Instrument ausgerichtet. Die Automation sorgte iiber den Zeitverlauf fiir die notige Flexibilitat. Heute existiert zumindest eine Software, die eine eigene Entzerrung und Effektbeschickung objektbasiert anbietet. Dabei wirken die Einstellungen der Spur als Basis und konnen fiir jeden beliebigen Ausschnitt aus dem Audiomaterial abgeandert werden. Verschiebt man diesen Ausschnitt in eine andere Spur, bleiben die Einstellungen erhalten. Das ist ein gutes Instrument, um die Anzahl der Spuren zu begrenzen. Sie sind heute zwar nur noch aus Marketinggriinden bei einigen Programmen limitiert, aber die Ubersichtlichkeit leidet unter der Haufung von Spuren fiir moglicherweise nur kurz auftretende Gerausche. Die neuen Moglichkeiten, die die virtuellen Pulte bieten, werden der Verbreitung dieses Konzepts weiter Vorschub leisten. Sie haben aber auch gravierende Nachteile. Einen Fade mit der Maus an einem virtuellen Fader ist nicht gerade eine komfortable Angelegenheit. In den seltensten Fallen ist das Ergebnis mit der Reglerbewegung eines richtigen Faders zu vergleichen. Auch der Zeitaufwand in der Mischung ist wesentlich hoher. An einem tatsachlichen Pult lassen sich viele Einstellungen in vielen verschiedenen Kanalen gleichzeitig durchfiihren. Da am Computer aber immer nur eine Maus zur Verfiigung steht, sind simultane Anderungen mehrerer Parameter von Hand nicht moglich. Als Alternative stellen die Programme parametrisierte Verlaufe oder grafische Kurvenwerkzeuge bereit. Lautstarkekurven in eine Spur zu malen fiihrt meines Erachtens zu keinen brauchbaren Ergebnissen. Lautstarkeverlaufe iiber Parameter einzustellen erlaubt eine genaue Steuerung, im Ergebnis verfehlt das jedoch haufig den organischen Zusammenhalt mit dem Audiomaterial, da die Manipulation zu indirekt erfolgt. Auf mackie.com wird das sehr treffend beschrieben: „Mixing with your computer keyboard an mouse can be like tying your shoes with chopsticks"^. Abhilfe schaffen hier Hardwarecontroller, die als Fernsteuerung der virtuellen Mischpulte dienen. Manche DAW-Hersteller bieten zu ihren Produkten gleich einen passenden Hardwarecontroller an, es gibt aber auch universelle Controller, die mit verschiedenen Programmen arbeiten konnen. Sehr interessant sind auch Pulte, die als Controller arbeiten konnen. So nutzt man sie als Wandlereinheit fiir die Aufnahme und als Controller fiir die Mischung. www.mackie.com/products/mcu/index.html

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10 Mischpulte

10.4.4 Sonstige M i s c h p u l t k o n z e p t e Zwei weiter Mischpultkonzepte sollen kurz erwahnt werden: Das 8-Bus-Pult und der Channel Strip. 10.4.4.1 8-Bus Das 8-Bus-Prinzip entstand Anfang der 1990er Jahre, als diverse digitale Achtspurrekorder den Low- und Mid-Budget-Markt umkrempelten und die teuren und wartungsintensiven analogen Mehrspurbandmaschinen ablosten. Die Bedienung unterschiedet sich nicht von anderen Recordingpulten, die Ansteuerung der Bandmaschine geschieht iiber das Routing. 10.4.4.2 C h a n n e l Strips Gerade in kleinen Projektstudios und auch im Bereich der Produktion elektronischer Musik, in der wenige analoge Signale verarbeitet werden miissen, ist es sinnvoU, ein oder zwei hochwertige analoge Eingangskanalziige und entsprechend hochwertige Wandler zu haben. So kann der Gesang beispielsweise analog aufbereitet werden, optimiert gewandelt und dann im digitalen System weiterverarbeitet werden. Die erhaltlichen Kanalziige entsprechen haufig denen aus erfolgreichen analogen Pulten.

11 Aufnahme- &: Ubertragungstechnik

Die Aufnahme ist eine zentrale Aufgabe fiir den Mediengestalter. Selbst bei Live-Veranstaltungen soil oft ein Mitsclinitt oder eine Ausspielung fiir die Kamera erstellt werden. Die Klangspeiclierung ist aufierdem essentiell fiir die Produktion von Tontragern. Man untersclieidet nach der Art der Aufnahme zwischen dem Live-Recording, bei dem sofort in das Zielformat gemischt wird und der Mehrspuraufzeichnung, bei der die Mischung zu einem spateren Zeitpunkt nachgeholt wird. Es gibt verschiedene Aufzeichnungsmedien, von denen die bandgestiitzten immer welter von den harddiskbasierten Systemen verdrangt werden. Zuletzt kann nicht nur das Audiomaterial selbst aufgezeichnet werden, sondern auch Steuerbefehle, mit denen elektronische Musikinstrumente reproduzierbar gesteuert werden konnen.

11.1 Profi- und Consumerformate Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Aufzeichnungsmedien. Einige sind fiir die Produktion konzipiert, die anderen eigenen sich besonders als Verbraucherformat. Ein Medium, dass in der professionellen Produktion verwendet werden soil, muss eine hohe Qualitat aufweisen. Das gilt sowohl fiir den Klang, als auch fiir die mechanische Robustheit, wenn man zum Beispiel an Tonbander denkt, die wahrend einer Mischung standig vor- und zuriickgespult werden. Gerade diese mechanische Belastbarkeit macht aber die Medien sehr teuer, die Klangqualitat schlagt sich vor allem im Preis der Rekorder nieder. Aufierdem miissen die Formate die notwendigen Bearbeitungsschritte erlauben. Datenreduzierte Formate, die fiir den Vertrieb iiber das Internet interessant sind, lassen sich nicht so ohne weiteres schneiden. Damit - und natiirlich aus Griinden der Qualitat - scheiden sie fiir den Produktionsbereich aus. Im Consumerbereich macht man Abstriche in der Qualitat und der Haltbarkeit um einen giinstigeren Preis zu erzielen. Aufierdem miissen die Tontrager kompakt genug sein, um sie in gro£er Zahl im heimischen Wohnzimmer unterbringen

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11 Aufnahme- & Ubertragungstechnik

zu konnen. Sie soUen leicht zu h a n d h a b e n sein, das war der Vorteil der Kompaktkassette gegeniiber dem Tonband. Fiir die Hersteller von Tontragern ist von gro£er Bedeutung, dass sich das Format schnell und in grofien Mengen kopieren lasst. Analoge Verfahren waren da anspruchsvoller, als die heutigen Digitalformate.

11.2 Analoge Audioaufzeichnung Es gibt drei analoge Speichermedien, die fiir unterschiedliche Anwendungen verwendet werden. Als Tontrager fiir die Verbreitung war die Scliallplatte lange Zeit die wichtigste und qualitativ beste Losung. Im Kino verwendet m a n Liclittonformate um Bild und Ton auf einen Trager zu bekonimen. Die wichtigste Rolle spielte jedocli das Magnetband. Es diente als Mehrspur- und Mastermascliine im Studio und war auch zu Hause das Medium, auf das direkt aufgezeiclinet werden konnte. Fiir neue Produktionen spielt die analoge Audioaufzeichnung eine immer geringere Rolle. Sehr haufig allerdings wird der Mediengestalter immernoch mit alten Aufnahmen auf analogen Medien konfrontiert. 11.2.1 M a g n e t t o n Fiir die Magnettonaufzeichnung braucht m a n sowohl ein Gerat, das die Aufzeichnung vornimmt, als auch das Tonband als Tontrager. Tonband und Bandmaschine miissen aufeinander abgestimmt sein. Sowohl was die Abmessungen, als auch was die Magnetisierungseigenschaften angeht. 11.2.1.1 Tonband Das Tonband, wie es heute eingesetzt wird, besteht aus einer stabilen Tragerschicht aus Kunststoff, auf der eine magnetisierbare Nutzschicht aufgebracht ist. Bis dahin war es aber ein weiter Weg. Die ersten Tonbander bestanden aus Stahlband, das mit einer sehr hohen Geschwindigkeit laufen musste, um verniinftige Ergebnisse zu produzieren. Die Spielzeit war entsprechend kurz. Dennoch waren die Spulen so schwer, dass sie nur von leistungsstarken Motoren angetrieben werden konnten. Spater verwendete m a n Papier als Tragerschicht, das allerdings die notwendige Festigkeit vermissen lie£. Wer es ganz genau wissen mochte, dem sei die Magnetband Story^ von G. Redlich ans Herz gelegt. Die Tragerschicht muss alle auftretenden mechanischen Belastungen auffangen und darf seine Form dabei nicht verandern. Die magnetisierbare Nutzschicht hat je nach Zusammensetzung ganz bestimmte magnetische Eigenschaften, die bei der Aufnahme beriicksichtigt werden miissen. Deshalb muss eine Bandmaschine auf eine bestimmte Bandsorte ^ http://www2.niagnetbandmuseuni.info/magnetband_story 1.0.html

11.2 Analoge Audioaufzeichnung

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- und am besten auf jede Charge neu - eingemessen werden. Nur fiir diese eine Bandsorte arbeitet die Bandmaschine dann optimal. Abgespielt werden konnen allerdings alle Bander, unabhangig von ihrem Fabrikat. Wichtig fiir eine dauerhafte Speicherung ist, dass das Bandmaterial magnetisch hart ist. Das bedeutet, dass die Magnetisierung nach Wegfall des Magnetfeldes erhalten bleibt. Die magnetische Harte lasst sich iiber die Hystereseschleife ausdriicken. Sie zeigt was passiert, wenn ein Gegenstand einem magnetischen Feld ausgesetzt ist. Zunachst ist der Gegenstand - in diesem Fall ein Tonband - noch nicht magnetisiert. Befindet sich das Tonband im Einfluss eines Magnetfelds, dann steigt die Magnetisierung des Bandes, bis aUe Teilchen ausgerichtet sind. Eine weitergehende Magnetisierung ist nicht mehr moglich - das Band ist gesattigt. Diesen Ablauf beschreibt man mit der Neukurve. Sie wird nur bei der ersten Magnetisierung durchlaufen. Reduziert man nun die Starke des Magnetfeldes, dann geht auch die Magnetisierung des Bandes zuriick, aUerdings nicht bis auf NuU. Die Remanenz beschreibt, wie stark die Magnetisierung ist, nachdem das externe Magnetfeld abgeschaltet wurde. Mochte man die Magnetisierung ganz aufheben, dann muss man ein gegenlaufiges Magnetfeld einer bestimmten Starke anlegen. Wird diese Starke iiberschritten, dann kommt es wiederum zur Magnetisierung des Tonbands, nur diesmal mit entgegengesetztem Vorzeichen. Je hoher die umgekehrte Feldstarke (Koerzitivfeldstarke) sein muss, um die Remanenzflussdichte aufzuheben, desto grower ist die magnetische Harte des Materials. Flussdichte (B)

Neukurve •- Koerzitivfeldstarke - Remanenzflussdichte

Abb. 11.1. Hystereseschleife.

11.2.1.2 Bandmaschinen Bandmaschinen sind komplizierte mechanische Gerate. Aufgabe der Mechanik ist der korrekte Bandtransport. Zu den elektronischen Funktionseinheiten gehoren die Tonkopfe, die fiir das Lesen und Schreiben der Bander verant-

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wortlich sind und die meist externe Rauschunterdriickung zur Signaloptimierung. Bandmaschinen werden - vor allem aber wurden - in drei grundsatzlichen Formen gebaut: Zweispurmaschinen wurden als Mastermaschinen und fiir den Schnitt eingesetzt. Mehrspurmaschinen waren fiir die Aufzeichnung der Einzelsignale bei Mehrspurproduktionen. Die Perfolaufer bilden die dritte Gruppe, die perforierte Tonbander fiir Filmtonproduktion nutzten. Bevor es aber um den speziellen Aufbau geht, sollen die zwei wesentlichen Baugruppen einer Bandmaschine erlautert werden. Bandtransport Die Bandmaschine hat zwei WickelteUer. Der hnke wird Supply Reel, der rechte Take Up Reel genannt. Das Band lauft also wahrend der Widergabe von links nach rechts. Die Wickelmotoren laufen inimer gegeneinander, um einen Bandzug aufzubauen. Jedoch sorgt eine Schlupfkupplung dafiir, dass der eigentliche Vortriebsmechanismus das Band in die richtige Richtung transportieren kann. Die Wickelmotoren sind nicht fiir den Bandvortrieb wahrend der Wiedergabe zustandig. Die Drehzahl miisste abhangig vom Wickeldurchmesser verandert werden, um eine konstante Bandgeschwindigkeit am Tonkopf zu erreichen. Deshalb kommt ein zusatzlicher Motor zum Einsatz: Der Capstan. Der Capstan ist eine MetaUwelle, gegen die das Band mit Hilfe einer Gummiandruckrolle gedriickt wird. Je nach Modell verlauft die Bandfiihrung iiber eine oder mehrere Umlenkrollen. Auf beiden Seiten des Capstans befinden sich Bandzugfiihler, die die Starke, mit denen die Wickelmotoren arbeiten, regelt.

Abb. 11.2. Prinzip des Bandtransports.

Aufzeichnung und Wiedergabe Die Magnetisierung erfolgt iiber Tonkopfe. Ein Tonkopf hat die Aufgabe, eine Wechselspannung in ein magnetisches Feld oder ein magnetisches Feld in eine Wechselspannung umzuwandeln. Realisiert wird das durch einen von einer Spule umwickelten Metallring. Dieser Ring ist an einer Stelle unterbrochen. Diese Unterbrechung ist der Kopfspalt. Durch den Kopfspalt treten die Feldlinien des magnetischen Feldes aus dem Ring aus und konnen so das Tonband beeinflussen. Die Breite des Kopfspalts definiert die obere Grenzfrequenz des


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Systems. Es konnen nur Frequenzen iibertragen werden, bei denen wahrend einer Periodendauer der Bandvorschub grofier ist, als die Breite des Kopfspalts. Der Frequenzgang hangt also aufier von der Breite auch von der Bandgeschwindigkeit ab. Je schneller das Band lauft, desto mehr Hohen werden aufgezeichnet und abgespielt. Neben der Breite hat auch die genaue Justage des Azimuths - des Kopfspalts - einen gro£en Einfluss auf die Grenzfrequenz und die Phasenlage. Abbildung 11.3 zeigt die Auswirkung eines falsch eingestellten Kopfspalts auf die obere Grenzfrequenz. Der Azimuth des Aufnahmekopfs muss 90° zur Bandlaufrichtung betragen, der Wiedergabekopf wird nach dem Pegelton auf dem abzuspielenden Tonband eingestellt. War der Aufnahmekopf richtig eingestellt, dann muss auch der Wiedergabekopf rechtwinklig zur Bandlaufrichtung eingestellt werden.

Abb. 11.3. Breiterer Kopfspalt durch falsch eingestellten Azimuth. Bei der Aufzeichnung wird neben dem Nutzsignal auch eine zusatzliche hochfrequente Schwingung iibertragen. Diese HF-Vormagnetisierung sorgt fiir eine bessere Dynamik. Eine Bandmaschine hat nicht nur einen Tonkopf, sondern drei. Zuerst wird das Band geloscht. Das iibernimmt der Loschkopf. Das Ziel ist, das Band in einen moglichst neutralen Zustand zu versetzen. Das geschieht mittels eines schneU wechselnden Magnetfelds. Durch den Bandtransport schwacht sich dieses Signal langsam ab und so wird die bisherige Magnetisierung weitgehend neutralisiert. Anschliefiend kann das Band neu beschrieben werden. Das iibernimmt der Aufnahmekopf oder Schreibkopf. Entweder zur HinterbandkontroUe direkt nach der Aufnahme oder auch zum Abspielen bereits bespielter Bander dient der dritte Kopf. Der Abspielkopf wird Sprechkopf oder Repro genannt. 2TR -

Zweispurmaschinen

2TR steht fiir 2 Track. Als Tonband wird 1/4-Zoll-Band verwendet. Umgangssprachlich heifien sie auch ,Schniirsenkel' oder ,38er'. Die zwei Spuren einer Zweispurmaschine beherbergen natiirlich den linken und den rechten Kanal eines Stereosignals. Aber auch Monoprogramm kann auf eine Zweispurmaschine aufgenommen werden. Unterschiede gibt es auch in der Bandgeschwindigkeit. Um anzuzeigen, was auf dem Band zu finden ist, also ob es sich um eine Mono- oder Stereoaufnahme handelt, und in welcher Geschwindigkeit das

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Band aufgenommen wurde, gibt es verschiedene Vorspannbander, die vor das Programni geschnitten werden. Tabelle 11.1. Farbcodes fiir Bandgeschwindigkeit und Programmart. Programni L Geschwindigkeit Sonstiges End- und Zwischenband Mono 15 Zoll/Sekunde Stereo 15 Zoll/Sekunde Standardformat. Entspricht etwa 38cm/Sekunde Mono blau 7,5 Zoll/Sekunde Stereo blau-weifi 7,5 Zoll/Sekunde Mono weifi 30 Zoll/Sekunde Stereo schwarz-weifi 30 Zoll/Sekunde 15 Zoll/Sekunde Rauschunterdriickung schwarz-weifi-rot Stereo Telcom C4 Farbe gelb rot rot-weifi

Gelbband ist das am haufigsten verwendete Zusatzband. Es wird an das Ende eines Bandes geschnitten und bei Bandern niit niehreren Titeln auch zwischen die einzelnen Titel. Sucht man auf so einem Band einen bestimmten Titel, dann muss man wahrend des Vorspulens nur die Gelbbander zahlen. Auf einem fertig konfektionierten Tonband ist nie Stille vor oder nach der Modulation zu finden. Das Vorspannband geht immer bis zum Anfang der Modulation, am Ende folgt sofort ein Gelbband. So lasst sich die Zeit leicht ermitteln und im Sendebetrieb sieht man das Ende eines Titels bereits kurz vorher. Tonbandgerate, die fiir den Sendebetrieb ausgelegt sind, verfiigen iiber einen optischen Sensor, der die Grenze des Vorspannbands zum Tonband erkennt und stellen das Band automatisch auf den Anfang des nachsten Titels ein. Schwarz-Wei£-Rot-Band weist darauf bin, dass die im deutschen Rundfunk friiher haufig verwendete Rauschunterdriickung Telcom C4 eingesetzt wurde. Mehr zu den Rauschunterdriickungssystemen steht spater in diesem Kapitel. MTK -

Mehrspurmaschinen

Die englische Bezeichnung Multitrack wird mit MTK abgekiirzt. Mehrspurmaschinen arbeiteten mit anderen Spurbreiten. Die iiblichen Breiten zeigt die Tabelle 11.2. Bei gleicher Bandbreite nimmt die Breite pro Spur mit steigender Spurenzahl ab. Das verschlechtert die Qualitat. Die Mehrspurproduktion im Overdub-Verfahren - also nacheinander wurde erst durch die Entwicklung eines speziellen Tonkopfs moglich. Dieser Tonkopf ist der Sync-Kopf. Er kann gleichzeitig aufnehmen und andere Spuren abspielen. Dadurch entfallt der sonst iibliche Zeitversatz zwischen Aufnahme-


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Tabelle 11.2. Spurbreiten analoger Mehrspurbandmaschinen. Breite Spureii 1/2" 8, 16 1" 16 2" 24 und Wiedergabekopf. Der Modus ist fiir jede Spur wahlbar. Soil eine Spur bespielt werden, dann wird sie Ready gesclialtet. Schaltet man die Maschine auf Wiedergabe, dann wird noch nicht aufgenommen. Erst wenn die Aufnahme aktiviert wird, dann wird auf die Ready-markierten Spuren aufgenommen. AUe anderen sind im Modus Safe und werden welter abgespielt. So sind Punch-In-Aufnahmen moglich. Mit der zeitliche getrennten Aufnahme mehrerer Instrumente entstand auch die Notwendigkeit des Monitorings. Das wird ebenfalls an der Bandmaschine konfiguriert. Ublicherweise gibt es drei Moglichkeiten: Input, Sync und Repro. Repro ist fiir die Mischung gedacht, bei der iiber den normalen Abspielkopf abgehort wird. Wahrend der Aufnahme ohne Punch In und Out kann in der Regie Repro abgehort werden. Sobald der Musiker aber selbst etwas horen miissen, stort der Zeitversatz zwischen Syncund Reprokopf. Input gibt das Eingangssignal am Ausgang aus. Der Musiker hort also immer das, was er gerade spielt. Sync gibt das Signal am Tonkopf aus. Das bedeutet, dass der Musiker sich nur wahrend der Aufnahme hort. Perfolaufer Diese Bander konne zwei bis 6 Spuren beherbergen, je nach Ausgabeformat der Filmmischung. Als Bander selbst kommt perforiertes Magnetband zum Einsatz, das normalerweise dieselbe Breite aufweist, wie das Filmmaterial, zu dem der Ton produziert werden soil. Da ein 35 mm breites Tonband fiir eine Stereomischung sehr komfortabel ware, greift man dort iiblicherweise auf ein 17,5 mm Magnetband zuriick, das aber wie der 35-mm-Film perforiert ist. Die bisherigen Maschinen arbeiteten alle mit einem bestimmten Tonbandformat. Perfolaufer lassen sich dagegen mit wenigen Handgriffen umriisten. Sowohl was die Anzahl der Spuren angeht, als auch die Breite des Bandmaterials. 11.2.2 Schallplatte Bevor die CD auf den Markt kam war die Schallplatte das meistvertriebene Medium. Eine gute Klangqualitat und ein schneller Zugriff auf alle Titel einer Platte machten sie so beliebt. Sie dienten lange Zeit auch als Sendemedium im Rundfunk. Problematisch ist die mechanische Belastung, die bei jedem Abspielen auftritt. Eine Nadel kratzt dabei durch die Rille der Schallplatte und nutzt sie so ab. Dadurch nimmt die Tonqualitat mit der Zeit ab. Zusatzlich

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konnen Kratzer entstehen, die sich durch unschones Knacken bemerkbar niachen. Staub setzt sich ebenfalls in den Rillen fest und verursacht unschones Knistern, wenn er nicht vorher entfernt wird. Vorganger der SchaUplatte waren Wachswalzen, die jedoch nicht besonders haltbar waren. Schahplatten aus Schehack folgten, die zwar Beriihrungen widerstanden, die aber leicht brechen konnten. Vinyl ist das heutige Material, das durch seine Flexibilitat kleinere Stofie gut abfangen kann, aber trotzdem hart genug ist, um dem Abrieb durch die Nadel zu widerstehen. Schahplatten gibt es in zwei Gr6£en. Das typische Album heifit Langspielplatte, kurz LP. Sie lauft mit einer konstanten Geschwindigkeit von 33 1/3 Umdrehungen pro Minute und hat einen Durchniesser von 30 cm. Auf einer Single werden einzelne Titel vertrieben. Sie ist mit 18 cm Durchniesser kleiner als eine LP und wird mit 45 Umdrehungen pro Minute abgespielt. Durch die hohere Umdrehungszahl erreicht man einen Qualitatsgewinn. Der Vorteil der geringeren Geschwindigkeit ist eine grofiere Spieldauer. Maxi-Singles sind so grofi, wie eine LP, werden jedoch mit 45 Umdrehungen pro Minute abgespielt und haben deshalb nur Platz fiir etwa zwei Titel pro Seite. Schahplatten werden beidseitig in sogenannter Flankenschrift beschrieben. Dabei wird in beide Flanken der Rille jeweils ein Kanal eingraviert. Die Plattenspieler haben entweder einen Direkt- oder einen Riemenantrieb. Wichtig ist der Gleichlauf, so dass die Plattenteller sehr schwer ausgefiihrt sein sollten. Der Tonarm, an dessen Ende die Nadel sitzt, ist entweder an einem Punkt drehbar befestigt oder wird bei den sogenannten Tangentialplattenspielern auf einer gleichbleibenden Achse in Richtung Plattenmitte vorgeschoben. Dadurch steht die Nadel immer senkrecht zur Rille.

Abb. 11.4. Radiale und tangentiale Tonarme. Wie die Tonabnehmer die Schwingung in ein elektrisches Signal umwandeln, ist im Abschnitt 9.2 beschrieben. Das Signal, das von einer SchaUplatte kommt ist stark verzerrt und muss deshalb iiber einen speziellen Phonovorverstarker korrigiert werden. 11.2.3 Lichtton Lichtton wird bei der Erstellung von Filmtonkopien mit auf den Filmstreifen belichtet. So ist eine Synchronitat von Ton und Bild bei der Vorfiihrung gewahrleistet. Der analoge Lichtton ist ein durchgehendes Band zwischen der

11.3 Analoge Audioiibertragung

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Perforation und dem Bild, das je nach monientanem Pegel niehr oder weniger breite durchsichtige Bereiche enthalt. Diese Lichtdurchlassigkeit wird von einem optischen Sensor am Projektor aufgenommen und in eine Wechselspannung umgesetzt. Pro Tonspur existiert ein solches Band, das an die Computerdarstellung einer Wellenforni erinnert. Die Tonspur ist zuni Bild urn 21 Bilder vorversetzt. Das hat den Grund, dass die Tonspurabtastung nicht an derselben Stelle erfolgt, wie die Projektion.

11.3 Analoge Audioiibertragung Die Ubertragung analoger Audiosignale kann entweder drahtgebunden, oder drahtlos erfolgen. Unterschieden werden konnen die Verfahren auch durch ihre Reichweite. Wahrend Funkmikrofone nur fiir geringe Distanzen funktionieren, erreichen Radiowellen bei Bedarf einen Umkreis von vielen hundert Kilometern. 11.3.1 Kabelverbindungen Die einfachste und haufigste Methode, ein Signal von einem Ort zum anderen zu transportieren, ist eine Kabelverbindung. Symmetrische und unsymmetrische Signalfiihrung Bei der Signalfiihrung wird zwischen der kostengiinstigen aber storanfalligen unsymmetrischen und der schaltungstechnisch aufwandigen aber robusten symmetrischen Signalfiihrung unterschieden. Anstelle von unsymmetrisch wird auch der Begriff asymmetrisch verwendet. Unsymmetrisch Bei der elektronischen Signaliibertragung reichen prinzipiell zwei Adern. Eine fiihrt die Signalspannung, die andere liegt am Bezugspotential, der Masse. Diese Art der Signalfiihrung nennt man unsymmetrisch. Uber kurze Distanzen ist das eine preisgiinstige MogUchkeit, die auch sehr gut funktioniert. Die gesamte Verkabelung von Unterhaltungselektronik ist unsymmetrisch. Uber weite Strecken - in einem FuEballstadion zum Beispiel kommen leicht einige hundert Meter zusammen - ist die Leitung auEeren Storquellen ausgesetzt. Diese Einstreuungen fiihren zu KlangeinbuEen oder gar zu horbaren Storgerauschen. Ein weiterer Nachteil ist, dass ein Defekt einer Leitung sofort zum Signalverlust fiihrt.

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Symmetrisch Bei der synimetrischen Leitungsfiihrung gibt es drei Adern. Eine liegt wiederum am Massepotential (1, ground) an. Das eigentliche Signal wird zwei mal iibertragen. Einmal in Originallage (2, hot) und einmal in der Phase gedreht (3, cold). Am Eingang wird aus diesen beiden Signaladern die DifFerenz gebildet. Diese Differenz ergibt die Signalspannung. Externe Storquellen wirken gleichphasig auf beide Signaladern. Durch den nachgesclialteten Differenzverstarker losclien sie sicli wieder aus. Beim Ausfall einer der beiden Signaladern kommt das Signal - jetzt allerdings unsymmetrisch iibertragen und mit einem Pegelverlust von 6 dB - imniernoch am Enipfanger an. Der BegrifF symmetrische Signalfiilirung kommt daher, da das kalte Signal quasi eine Spiegelung des liei£en am Massepotential ist. Symmetrierung Die Symmetrierung eines Signals erfolgt entweder passiv iiber Transformatoren oder aktiv iiber Operationsverstarker. Untergebracht sind diese Sclialtungen in einer sogenannten DI- oder Line-Box. Der Unterscliied zwischen den beiden ist das Ubertragungverhaltnis. Wahrend eine Line Box den Pegel nicht andert, dampft eine DLBox den Pegel um iiblicherweise 20 dB. Da der Schaltungsaufwand fiir symmetrische Gerate deutlich grower ist, sitzen an den Eingangen vieler Gerate Desymmetrierer. Innerhalb des Gerats wird das Signal dann unsymmetrisch verarbeitet. Die Ausfiihrung der Ausgange kann sowohl symmetrisch sein, was fiir die Summen- und Gruppenausgange typisch ist, oder, wie bei den meisten Inserts, unsymmetrisch. 11.3.2 Telefon Das Telefon hat imniernoch eine gro£e Bedeutung fiir die aktuelle Berichterstattung. Ein Telefon ist iiberall verfiigbar, Gesprache konnen also zu fast jedem Ort gefiihrt werden, ohne dass spezielle technische Anlagen notwendig sind. Telefone funktionieren haufig auch dann, wenn andere technischen Einrichtungen zum Beispiel aufgrund eines Stromausfalls versagen. Nachteilig an Telefonverbindungen ist die schlechte Tonqualitat aufgrund hoher Storgerausche, eines schlechten Rauschspannungsabstands und des begrenzten Spektrums von 300Hz-3,5 kHz. Telefonie ist in Deutschland und weiten Teilen der Welt heute komplett digitalisiert. Auch die sogenannten analogen Anschliisse sind nur bis zur Vermittlungsstelle analog. Dort werden sie digitalisiert und so digital transportiert. Fiir die ankommende Leitung im Studio ist es technisch unerheblich, was fiir eine Art von Telefon der entfernte Gesprachspartner verwendet. Wann immer es moglich ist, sollte aus Griinden der Klangqualitat einer Festnetzverbindung der Vorzug gegeniiber einer Mobilfunkverbindung gegeben werden. IP-Telefonie hat derzeit noch eine deutlich schlechtere Klangqualitat als herkommliche Telefonleitungen. In Zukunft wird sich das aber sicher verbessern.


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Satellitentelefone funktionieren praktisch iiberall, wo die Sichtlinie zuni Satelliten frei ist. Die Qualitat einer Satellitenverbindung ist abhangig von der Sendeleistung des Telefons, der Verbindungsqualitat mit dem Satelliten und der Anschlussart, die verwendet wird. Die Bandbreite des Kanals ist flexibeL Feste Datenraten sind moglich, hohere Bandbreiten kosten allerdings auch entsprechend mehr. Im Studio wird kein herkommliches Telefon verwendet sondern ein Telefonhybrid. Ein Telefonhybrid verbindet die Telefonleitung mit der Studioumgebung. Die Ubertragung der Telefonsignale erfolgt iiber eine sogenannte Zweidrahtleitung. Das bedeutet, dass sowohl die ankommenden, als auch die abgehenden Signale iiber dieselben zwei Drahte laufen. Um Riickkopplungen zu vermeiden, miissen die beiden Signale im Telefonhybrid aufgetrennt werden. Nur das ankommende Signal darf auf den Mischpulteingang gelangen, auf die Riickleitung muss ein n-1-Signal geschaltet werden, dass der entfernte Gesprachspartner sich nicht verzogert zuriickhort. Die Trennung des ankommenden Signals vom abgehenden erfolgt mittels einer sogenannten Gabelschaltung. 11.3.3 Modulationstechniken Um Audiosignale iiber gro£e Entfernungen zu transportieren, muss m a n sie in einen Frequenzbereich verlagern, der keinen so gro£en Dampfungen unterliegt. Die elektromagnetischen Frequenzbander eignen sich fiir diesen Zweck. Dazu moduliert m a n die Nutzfrequenz auf eine Tragerfrequenz. Dabei kann jeder P a r a m e t e r der Tragerschwingung - ihre Amplitude, ihre Frequenz oder ihre Phase - moduliert werden. Fiir den Rundfunk wichtig sind die Modulation der Amplitude und die der Frequenz. 11.3.3.1 A m p l i t u d e n m o d u l a t i o n — A M Die Amplitudenmodulation ist eine verhaltnismaiîg einfache Modulationsform, sowohl was den Aufwand fiir die Codierung und die Decodierung angeht, aber auch in Bezug auf das Arbeitsprinzip der Technik. Amplitudenmodulierte Signale findet m a n bei Lang-, Mittel- und Kurzwellensendern. Modulation Als Tragerschwingung dient eine Sinusschwingung, zum Beispiel mit der Frequenz von 200 kHz und einer konstanten Amplitude. Auf diese Frequenz soil nun eine Nutzfrequenz von 1 kHz aufmoduliert werden. Dazu bildet m a n die beiden Seitenschwingungen, das sind die Frequenzen, die zu beiden Seiten des Spektrums den Abstand der Nutzfrequenz zum Trager haben, hier also 201kHz und 199 kHz. Diese drei Schwingungen addiert m a n und erhalt das amplitudenmodulierte Signal. Das Nutzsignal ist normalerweise keine einzelne Frequenz, sondern ein Frequenzband. Anstelle der Seitenschwingung spricht

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man hier vom Seitenband. Das Verfahren fiir komplexe Signale ist aber dasselbe. Die Schwingung wird einmal zuni Trager hinzuaddiert und einmal vom Trager abgezogen.

Abb. 11.5. Amplitudenmodulation. Wesentlich fiir das Funktionieren der AM ist, dass die Tragerfrequenz wesentlich hoher als die hochste Nutzfrequenz ist. Es sieht zwar so aus, als ob das Signal nur aus einer Frequenz besteht. Das ist allerdings nicht richtig. Auch die Frequenzen der Seitenbander sind im Signal entlialten. Das ist der Grund, weslialb zwisclien den Tragerfrequenzen der Rundfunksender grofiere Abstande verbleiben miissen. Ein weiterer Parameter, den man beacliten muss ist der Modulationsgrad. Er beschreibt das Verhaltnis der Spannungsspitzen des Nutzsignals zu denen des Tragersignals. Je grower der Modulationsgrad ist, desto hoher ist der Storspannungsabstand. Allerdings steigt damit die Anfalligkeit fiir Ausloschungen der Tragerfrequenz durch Phasenverschiebungen - den sogenannten selektiven Tragerschwund. Demodulation Soil das AM-modulierte Signal decodiert werden, wird das Signal gleichgerichtet. Dadurch kappt man die negativen Halbwellen und die verbleibende Amplitude beschreibt das Nutzsignal um einen Gleichspannungsanteil versetzt. Dieser Gleichspannungsanteil wird entfernt. Anschhefiend glattet man die Kurve, um die Spitzen der Halbwellen der Tragerfrequenz zu reduzieren. Varianten Das Tragersignal ist eine periodische Schwingung. Sie ist voUstandig vorhersehbar und enthalt deshalb keine Information. Um mehr Sendeleistung fiir die eigentliche Information zu verwenden, kann man auf die Ubertragung der Tragerfrequenz ganz oder teilweise verzichten. Im Empfanger muss sie aber mit korrekter Frequenz, Amplitude und vor allem auch Phasenlage wieder hinzugefiigt werden, um das Signal zu decodieren. Dieses Verfahren hei£t ZM fiir Zweiseitenbandmodulation mit unterdriicktem Trager oder SCAM (Suppressed Carrier AM). Um Bandbreite zu sparen verzichtet man auf die Ubertragung eines Seitenbandes. Denn die Information des Nutzsignals ist in beiden Seitenbandern voUstandig enthalten. Das fiihrt zur sogenannten Einseitenbandmodulation (EM). Auch hier kann auf die Ubertragung der Tragerfrequenz verzichtet werden.


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11.3.3.2 Frequenzmodulation- F M Die Amplitudenmodulation ist sehr anschaulich, well die Nutzsignalfrequenz als Frequenz und die Nutzsignalamplitude als Amplitudeniiberlagerung am Schaubild zu erkennen ist. Bei der Frequenzmodulation herrschen andere Zusammenhange. Die Frequenz des Tragersignals verandert sich in der Geschwindigkeit der Nutzfrequenz. Die Amplitude des Nutzsignals au£ert sich in der niaxinialen Anderung der Tragerfrequenz.

A b b . 11.6. Frequenzmodulation (oben), unmodulierte Tragerfrequenz (unten).

Sobald ein Modulationssignal vorliegt, andert sich die Frequenz des Tragers standig. Deshalb spricht m a n bei der Betrachtung der Frequenz nur noch von der Augenblicksfrequenz. Die halbe Differenz zwischen der maximalen und der niinimalen Augenblicksfrequenz ist der Modulationshub. Er entspricht auch der Differenz zur originalen Tragerfrequenz. AF = ^{f2 - fi) = f2 -

IT

Fine weitere wichtige Grofie ist der Modulationsindex. Er beschreibt das Mafi der Aussteuerung des Signals. AF V

/M

Modulation Genau wie bei der AM ist die F M eine Addition der Tragerschwingung und der Summe (Schwebung) der beiden Seitenfrequenzen, beziehungsweise Seitenbander. Allerdings ist die Phase der Schwebung aus den beiden Seitenfrequenzen gegeniiber der Tragerfrequenz um ^ verschoben. Vergleicht m a n ein Mittelwellenprogramm mit einem UKW-Sender, dann hort m a n sehr deutliche Unterschiede. Frequenzmodulierte Signale haben gegeniiber den amplitudenmodulierten eine um Faktor 5 reduzierte Storanfalligkeit. Natiirlich lasst sich das nicht einfach durch eine Phasenverschiebung von 90° erreichen. Es muss iiber zusatzliche Bandbreite teuer erkauft werden. Der Aufbau des Spektrums ist nicht wie bei der AM statisch. Der Anteil der Tragerfrequenz variiert ebenso, wie die Bandbreite. Mit steigendem Modulationsindex kommen immer mehr Seitenfrequenzen dazu. Sie sind ganzzahlige Vielfache der Modulationsfrequenz.

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11 Aufnahme- & Ubertragungstechnik fsn = fT±

nfM

Das bedeutet, dass die Bandbreite mit steigendem Modulationsindex ansteigt. Je hoher der maximale Frequenzhub ist, desto geringer ist die Storanfalligkeit. Deshalb nimmt m a n zugunsten der Qualitat diesen Bandbreitennachteil in Kauf. Um Storfaktoren weiter zu mildern, werden hohe Frequenzen vor der Modulation verstarkt und im Empfanger wieder reduziert. Dieses Verfahren nennt m a n Preemphasis, beziehungsweise Deemphasis. Demodulation Die Demodulation gescliielit auf verschiedene Arten, nie jedocli direkt. Die F M wird immer zunachst in eine AM umgewandelt. Erst dann wird das Nutzsignal durcli die AM-Demodulation gewonnen. Sclialtungen zur FM-AMModulationsumwandlung und AM-Demodulation nennt m a n Diskriminatoren. 11.3.4 Mittelwelle, Kurz- und Langwelle Mittel-, Kurz- und Langwellensender verwenden die Amplitudenmodulation fiir ihre Programme. 11.3 zeigt die Frequenzbander und ihre Wellenlangen.

Tabelle 11.3. Frequenzbereiche fiir Kurz- Mittel- und Langwelle. Bezeichnung Langwelle Mittelwelle Kurzwelle

Abkiirzung LW MW KW

Frequenzbereich 30 - 300 kHz 300 kHz - 3 MHz 3 MHz - 30 MHz

Wellenlange 1km - 10km 100m - 1km 10m - 100m

Kurzwelle Kurzwellen zeichnen sich durch eine besonders hohe Reichweite aus. Das kommt daher, dass in die Atmosphare abgestrahlte Wellen von ihr zuriickgeworfen werden. Sie konnen mehrmals zwischen Erdoberflache und Atmosphare pendeln und so die gesamte Erde umrunden. Kurzwellenradios sind deshalb auch unter dem Begriff Weltempfanger bekannt. AUerdings andern sich die Reflexionseigenschaften der Atmosphare mit der Tages- und Jahreszeit, weshalb die Sender auf verschiedenen Frequenzen senden miissen. Alternative zur analogen, klanglich schlechten Kurzwelle sind das Digital Radio Mondial (DRM) und vor allem die Webradio-Angebote.


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Mittelwelle Mittelwellensender werden heute noch betrieben, um Gebiete zu versorgen, die liber UKW nur niit groiêni Aufwand erreicht werden konnten, die aufierhalb der Reichweite bestehender UKW-Sendeanlagen liegen oder fiir die keine UKW-Frequenzen mehr verfiigbar sind. Klanglich bleibt die Mittelwelle weit hinter UKW zuriick, so dass sie heute eher als Notlosung anzuselien ist. Aucli die Mittelwelle kann in Entfernungen bis 1000 km durch die Reflexion an der Atmospliare empfangen werden. AUerdings werden Mittelwellen schlecliter reflektiert. Langwelle Die Langwelle hat eine gro£e Reichweite und wird deshalb von wenigen, meist offentlich-rechtlichen Programmen fiir Sendungen in das Ausland verwendet. Die praktische Bedeutung ist gering. 11.3.5 U K W UKW steht fiir UltrakurzweUe und wird umgangssprachlich fiir UKW-Rundfunk verwendet. Aber auch Fernsehprogranime werden iiber die verschiedenen Frequenzbander der UltrakurzweUe verwendet. UKW-Horfunk ist FMmoduliert. Die heute gangigen Frequenzen liegen im VHF-Band II von 87,5 bis 108 MHz. Der englische Begriff VHF steht fiir Very High Frequency. Insgesamt fallen alle Frequenzen zwischen 30 und 300 MHz in den Begriff Ultrakurzwelle. Das entspricht einer Wellenlange von 1 ni bis 10 m. Die Senderreichweite liegt nur bei maximal 200 km und hangt auEerdem stark von der geografischen Lage. Flachland eignet sich fiir die Ausbreitung der Wellen besser. Die Bandbreite eines UKW-Senders betragt 75 kHz. Benachbarte Sender liegen normalerweise mindestens 100 kHz auseinander. 11.3.6 U H F UHF steht fiir Ultra High Frequency. Es handelt sich um Dezimeterwellen mit einer Wellenlange zwischen 10 cm und 1 m. Das entspricht einer Frequenz von 300 MHz bis 3 GHz. Sie haben in der Tontechnik eine grofie Bedeutung in der Funkiibertragung von Biihnensignalen zum Mischpult. Am haufigsten werden sie fiir Funkmikrofone verwendet. Zwischen dem Sender und dem Empfanger soUte Sichtkontakt bestehen. Zur Sicherung des Empfangs kommen DiversityEmpfanger zum Einsatz. Diese haben zwei unabhangige Antennen. Das empfangene Signal wird verglichen und auf das jeweils bessere wird umgeschaltet. Fiir den Betrieb der Funkanlagen sind Frequenzen definiert, die in Deutschland und normalerweise auch im europaischen Ausland genehmigungsfrei verwendet werden diirfen. Uber die genauen Bedingungen soUte man sich im Vorfeld einer Veranstaltung informieren.

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Die gangigen Gerate konnen zwischen verschiedenen Frequenzen umgeschaltet werden. Meist stehen 16 Kanale zur Verfiigung. 1st ein Kanal gestort, kann so auf einen anderen ausgewichen werden. Natiirlich kann inimer nur ein Gerat auf einer Frequenz verwendet werden. Die Storungen konnen aber auch von anderen elektrischen Geraten ausgehen, auf deren Betriebszustand man unter Umstanden keinen Einfluss hat. Deshalb sollte man immer mindestens eine Frequenz freihalten, auf die man notfalls ausweichen kann.

11.4 Digitale Audioaufzeichnung Wesentlich wichtiger als die analogen Verfahren sind heute die digitalen Audioformate. Wahrend die analogen Aufnahmen immer in einem direkten Zusammenhang mit dem Audiosignal standen, ist bei der digitalen Signalspeicherung die Information vom Datenstrom getrennt. Fiir die Digitalisierung muss man sicli Gedanken iiber die Informationen maclien, die in einem Audiosignal stecken, auf welche man Wert legt, und welche vernaclilassigt werden konnen. Durch die begrenzte Kapazitat eines Kanals wird man zu diesen Gedanken gezwungen. Einige der tlieoretisclien Aspekte soUen im Abschnitt iiber die Informationstlieorie angesproclien werden. 11.4.1 Informationstheorie Die Informationstheorie beschaftigt sich mit der Ubertragung von Signalen von einem Sender zu einem Empfanger iiber einen gestorten Ubertragungskanal. Diese Ubertragungskette wurde von dem US-amerikanischen Mathematiker Claude Shannon in der Mitte des 20. Jahrhunderts definiert. Die mathematische Leistung bestand und besteht in dem Nachweis, dass Informationen iiber diesen gestorten Kanal mit einer beliebig kleinen Fehlerrate iibertragen werden konnen. Die mathematischen Details soUen hier nicht erortert werden, aber an einer fehlerarmen Ubertragung ist der gemeine Mediengestalter sehr wohl interessiert. Um dem Wesen der Informationsiibermittlung auf die Spur zu kommen, lohnt sich eine Betrachtung der wichtigsten Aussagen der Informationstheorie. Gerade auch wenn es darum geht, analoge und digitale Systeme miteinander in Beziehung zu setzen. Abbildung 11.7 zeigt das Modell der Nachrichteniibertragung.

Nachrichtenquelle — Sender — Ubertragungskanal — Empfanger — Nachrichtensenke

Nachrichtenkanal Abb. 11.7. Ubertragung von Nachrichten von der Quelle zur Senke.

11.4 Digitale Audioaufzeichnung

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Sender, Ubertragungskanal und Empfanger bilden den Nachrichtenkanal. Sowohl in der analogen, als auch in der digitalen Nachrichteniibertragung ist der Nachrichtenkanal ein elektronisches System. Die Nachrichtenquehe hingegen kann im Fall der Tontechnik ein sprechender Mensch sein, ein singender Vogel oder ein Sinfonieorchester. Der Sender hat also die Aufgabe, das Signal zu wandeln, in eine Form zu bringen, in der das Signal iiber den Ubertragungskanal iibertragen und vom Empfanger decodiert werden kann. Der Empfanger ist also das technische Gegenstiick zum Sender und wandelt das Signal wieder in eine von der Senke nutzbare Form. Die Informationstheorie ist nicht auf Audiodaten beschrankt. Konkrete Beispiele sollen sich hier aber auf die Tontechnik beziehen. Betrachtet man die Ubertragungskette, dann denkt man sofort an den Weg vom Schallerzeuger zum Schallempfanger, zum Beispiel an ein Telefongesprach oder eine Sportreportage im Radio. Der Reporter ist die Nachrichtenquehe. Er spricht in sein Mikrofon, das ist zusammen mit dem Rest der Ubertragungstechnik - einem Mischpult und einer Sendeeinheit der Sender. Der Ubertragungskanal ist der Weg des Signals iiber die ISDN-Leitung in das Funkhaus und von dort iiber die Sendeanlage zu den Rundfunkempfangern. Das Radio als Empfanger wandelt die Wellen wieder in horbaren Schah, der von der Nachrichtensenke, dem Sportsfreund aufgenommen wird. Sendung und Empfang konnen aber auch zeitlich voneinander getrennt sein. Das ist der FaU bei der Aufzeichnung. Der Ubertragungskanal schlie£t dann die Speicherung auf einem Tontrager mit ein. Jede Komponente eines Systems kann in Unterkomponenten unterteilt werden, auf die die Ubertragungskette und ihre Gesetze ebenfalls anwendbar sind. Das Kinderspiel ,StiUe Post' iUustriert sehr anschaulich, wie ein Ubertragungskanal in verschiedene Subsysteme aus Sender und Empfanger zerfallen kann, die iiber einen offensichtlich gestorten Ubertragungskanal, hier ist das die Luft, miteinander verbunden sind. Im Beispiel des Sportreporters ist so ein Subsystem das Mikrofon als Sender, das Mikrofonkabel als Ubertragungskanal und das Mischpult als Empfanger. 11.4.1.1 Nachricht, Signal, Alphabet Die Quelle sendet Nachrichten aus, die Senke empfangt diese Nachricht. Innerhalb der elektronischen Ubermittlung von Nachrichten spricht man von einem Signal. Die Ubertragung von Nachrichten ist unabhangig von ihrem Wert fiir die Senke. Auch schlechte Radioprogramme werden gesendet. Wer ihnen zuhort ist selbst schuld. Eine Nachricht ist die Auswahl von Zeichen aus einem Alphabet. Alphabete zeichnen sich durch ihren endlichen Zeichenvorrat aus. Unterschiedliche Alphabete kennen unterschiedlich viele Zeichen. Der Zeichenvorrat bestimmt die Anzahl der moglichen Werte, die eine Nachricht pro Zeichen annehmen kann. Das Alphabet der deutschen Sprache (a-z, a, 6, ii, fi und das Leerzeichen) besteht aus 31 Zeichen. Dagegen gibt es mehrere Tausend chinesische Schriftzeichen. Auch Zahlensysteme arbeiten mit unterschiedlichen Zeichenvorraten. Das Dezimalsystem bietet die zehn Ziffern von 0-9, das Dualsystem kennt nur die zwei Werte 0 und 1. Trotz dieser Un-

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terschiede lasst sich jeder Begriff sowohl durch das chinesische, als auch das deutsche Alphabet darstellen. Das geschieht durch die Verbindung mehrerer Zeichen zu einem Wort. Je langer die Worter sind, desto mehr Werte konnen sie annehmen. Die in der Coniputertechnik gangigen Wortbreiten sind Vielfache von 8 Bit. Die aktueUen Betriebssysteme arbeiten mit 32 SteUen, die nachste Generation wird 64-Bit-Worter verarbeiten. Nachrichtenquellen senden kontinuierhch Nachrichten. Sind die einzelnen Werte unabhangig voneinander, dann spricht man von einer gedachtnislosen QueUe, beriicksichtigt die QueUe ihre vorhergehenden Werte, dann hat sie ein Gedachtnis. Ein Beispiel fiir eine gedachtnislose QueUe ist ein Wiirfel. Bei jedem Wurf ist die Wahrscheinlichkeit fiir jede Zahl gleich grofi, dass sie geworfen wird. Bei einem Kartenspiel hingegen ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine bestimmte Karte fallt abhangig von den bereits gespielten Karten. Nimmt man ein lineares digitales Audiosignal als Nachrichtenquelle, dann sind iibliche Eckpunkte eine Samplingrate von 44100 oder 48000 Hertz. Das bedeutet, dass die QueUe bis zu 48000 Nachrichten pro Sekunde versendet. Die Auflosung betragt 16 Bit. Damit lassen sich 2^^ = 65536 unterschiedliche Werte ausdriicken. Der Zeichenvorrat ist im Binarsystem lediglich zwei, die Potenzierung kommt durch die 16-Bit-Wortbreite zustande. Die Quelle selbst hat kein Gedachtnis. 11.4.1.2 Information, Entscheidungsgehalt, Entropie Das Ma£ fiir die Information ist in der Digitaltechnik das Bit. Die Informationsmenge 1 Bit reicht aus, um zwei Zustande zu unterscheiden. Also etwa 0/1, an/aus, entweder/oder. Aufgrund dieser Unterscheidungskraft spricht man auch vom Entscheidungsgehalt. Information kann nur in Nachrichten enthalten sein, deren Werte zufallig und nicht vorhersehbar sind. Ein periodischer oder gleichformiger Signalverlauf hat keinen Informationsgehalt. Der Entscheidungsgehalt ist umso grofier, je geringer die Wahrscheinhchkeit ist, mit der ein Wert auftritt. Da eine Quelle mit Sicherheit ein Zeichen aus dem Alphabet X = {xi, X2, ...,x„} sendet, ist die Gesamtwahrscheinlichkeit, also die Summe der Einzelwahrscheinlichkeiten, immer genau 1. Jede Einzelwahrscheinlichkeit hat einen Wert 0 < P(xj) < 1. Den Entscheidungsgehalt kann man durch sogenannte Codebaume visualisieren. Die Verzweigungen beschreiben die Entscheidungen, die Blatter die moglichen Werte. Die Anzahl der Entscheidungen, die man bis zum endgiiltigen Wert treffen muss, bestimmt den Informationsgehalt der Nachricht. Abbildung 11.8 zeigt den Codebaum fiir die Darstellung von 8 moglichen, gleich wahrscheinlichen Werten. Um zu einem beliebigen Wert zu kommen stehen drei Entscheidungen an. Der Entscheidungsgehalt der Nachricht hegt also bei 3 Bit. Berechnen lasst er sich, indem man den Zweierlogarithmus zur Anzahl der darzustellenden Werte berechnet.

11.4 Digitale Audioaufzeichnung Bit 1 I Bit 21 Bit 3

177

ErGobnis

0

000

1

001

0

010

1

oil

0

100

1

|101|

0

110

1

111

Abb. 11.8. Codebaum fiir die Darstellung von 8 Werten. X = {l,2,

..., 8};H{X)

= ld8 = :i

Der Logarithmus gibt an, mit welcher Zahl ich die Basis potenzieren muss, um den gegebenen Wert zu erhalten. Damit ist klar, dass die Wortbreite einer Binarzahl groiêr oder gleich dem Zweierlogarithmus der Anzahl der Werte sein muss. 6^ = n; log^n = e; log2n = Idn Informationen einer Nachrichtenquelle miissen nicht mit derselben Wahrscheinlichkeit auftreten. Um den Informationsgehalt einer solchen Nachrichtenquelle zu bestimmen, berechnet man den mittleren Informationsgehalt, die sogenannte Entropie. Diese ist die Summe der nach ihrer Wahrscheinlichkeit gewichteten Informationsmengen der einzelnen Zeichen des Alphabets.

HiX) =

J2PiîMl/Pixi))

Je seltener ein Zeichen auftritt, desto grofier ist sein Informationsgehalt. Die Entropie wird maximal fiir einen Zeichenvorrat mit gleichen Wahrscheinlichkeiten. Sie entspricht dort dem Entscheidungsgehalt der Quelle. Die Visualisierung solcher Nachrichtenquellen mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten fiihrt zu asymmetrischen Codebaumen. Abbildung 11.9 zeigt ein Beispiel fiir eine solche Quelle mit vier Werten und den angegebenen Wahrscheinlichkeiten: „ Das wichtig ist man medien

/ xl x2 x3 x4 lyl/2 1/4 1/8 1/8

Wissen um die Wahrscheinhchkeit, mit der ein Zeichen auftritt ist fiir die verlustfreie Datenreduktion. Zur wirtschaftlichen Codierung durch die begrenzte Kapazitat der Ubertragungskanale und Speichergezwungen, iiber die spater noch gesprochen werden muss.

178

11 Aufnahme- & Ubertragungstechnik Wertewahrsclieinlichkeit

Bit 1 [Bit 21 Bit 3 ,0

Ergebnis A = 0

B = 10 C = 110 D = 111

A b b . 11.9. Codebaum einer Nachrichtenquelle mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. 11.4.1.3 Relevanz, Irrelevanz, R e d u n d a n z Aus der Sicht des Empfangers gibt es relevante Informationen, irrelevante Informationen und Redundanz. Relevant ist die Menge aller Informationen in der Nachricht, die fiir den Empfanger wichtig sind. Irrelevant ist die Menge aller Informationen in der Nachricht, die fiir den Empfanger unwichtig sind. Redundanz nennt m a n Bestandteile einer Nachricht, ohne zusatzlichen Informationsgehalt. Sie ist definiert als die Differenz zwischen dem Entscheidungsgehalt der Quelle und ihrer Entropie. Redundanz ist wichtig fiir die Fehlererkennung. Fiir eine platzsparende Speicherung muss die Redundanz jedoch so weit wie moglich reduziert werden. Wann Redundanz hinzugefiigt, und wann sie entfernt wird, wird im Abschnitt iiber die Codierung noch beschreiben werden. Redundanzreduktion fiihrt zu verlustfreier Datenreduktion. Verzichtbar fiir den Empfanger ist die irrelevante Information. Es ist allerdings schwierig, sie zu ermitteln und zu isolieren. Dabei ist auch auf die Unterschiede auf der Empfangerseite Riicksicht zu nehmen. Fiir den einen Empfanger irrelevante Signalbestandteile konnen fiir einen anderen Empfanger durchaus relevant sein. Irrelevanzreduktion fiihrt zu verlustbehafteter Datenreduktion. Auf die Audiowelt iibertragen sind die relevanten Informationen alle Frequenzen im horbaren Bereich. Verzichtbar sind Frequenzen, die auiêrhalb des horbaren Bereichs liegen oder vom Gehor verdeckt werden. Die Filterung der unhorbaren Frequenzen ist eine Kernanforderung der Digitalisierung. Die Reduktion der verdeckten Signalbestandteile wird fiir die Audiodatenreduktion verwendet. Da es sich hier um irrelevante Informationen handelt, spricht m a n auch von Irrelevanzreduktion. 11.4.2 Codierung Codierung soil die Informationen moglichst giinstig darstellen. Giinstig kann bedeuten, dass die Daten moghchst platzsparend gespeichert werden sollen. Es

11.4 Digitale Audioaufzeichnung

179

kann aber auch bedeuten, dass sie sehr sicher iibertragen werden sollen. Dazu komnien Anforderungen durch die Leitung, deren Spezifikation durch den Code eingehalten werden muss. Man unterscheidet demnach auch zwischen Quellencodierung, Kanalcodierung und Leitungscodierung. Zunachst soil das gewandelte Signal aber das analoge Original mogliclist naturgetreu wiederspiegeln, die Signalform bewaliren. 11.4.2.1 Signalformcodierung Wenn man von der Codierung im Ralimen der Informationstheorie spriclit, dann st6£t man kaum auf den Begriff der Signalformcodierung. Allerdings trifft der Mediengestalter haufig auf diese Codes, weslialb die Wiclitigsten kurz genannt werden sollen. Pulsecodemodulation - PCM Die Umsetzung der quantisierten Spannungswerte in digitale Codeworte heifit in seiner reinen Form Pulsecodemodulation - kurz PCM. Die PCM speichert jeden Zalilenwert in einem digitalen Wort fester Breite. Jedes Wort besclireibt den zugeliorigen Spannungswert eindeutig. Allerdings ist das Verfaliren ziemlicli speiclierintensiv. Dijferentielle Pulsecodemodulation - DPCM Anstelle des gesamten Wortes wird bei der DPCM nur der Abstand zum vorhergelienden Wert gespeichert. Diese Werte sind in den meisten Fallen deutlicli kleiner als der gesamte Spannungswert, nie jedocli grower. So lasst sich Speiclierplatz einsparen. Allerdings ist zur Ermittlung des zugehorigen Spannungswertes immer auch das vorhergehende Sample als Referenz notwendig. Ansonsten lasst sich nicht ermitteln, auf welchen Wert sich die gespeicherte Differenz bezieht. Ebenso wirken sich Fehler auf den gesamten folgenden Datenstrom aus. Deshalb kann in regelmafiigen Abstanden ein vollstandiger Abtastwert iibertragen werden, um das System zu rekalibrieren. Adaptive Dijferentielle Pulsecodemodulation - ADPCM Bei der ADPCM wird die Datenrate welter reduziert, indem der wahrscheinliche Verlauf vorhergesagt wird. Gespeichert wird nur die Differenz zum vorhergesagten Wert. Arbeitet die Vorhersage sehr gut, was vor allem bei gleichformigen, tonalen Signalen moglich ist, dann kommen extrem kleine Werte zustande. Bei schlecht vorhersagbaren gerauschhaften Signalen ist die Datenreduktion unter Umstanden schlechter. Die ADPCM wird fiir die Audiodateniibertragung iiber ISDN haufig verwendet.

180


11.4.2.2 Quellencodierung Ein Signal enthalt redundante Informationen, die keinen Informationswert besitzen. Aufierdem sind Teile der Information fiir den Empfanger irrelevant. Quellencodierung bedeutet, dass man sich auf die relevanten Teile des Signals konzentriert und diese mogliclist okonomiscli digital abbildet. Auf jeden Fall wird dazu die Redundanz so weit es moglicli ist entfernt. Die Irrelevanzreduktion ist teilweise notwendig, teilweise aber aucli fakultativ. In der professionellen Studioteclmik sind verlustfreie Formate vorzuziehen, also solche, bei denen keine Informationen verworfen werden. Streng genommen findet bei der Wandlung immer eine Irrelevanzreduktion statt, insofern meint verlustfreie Codierung den Erlialt aller Informationen, die nacli der Wandlung nocli im Signal vorhanden sind. Irrelevanzreduktion bedeutet immer eine Qualitatseinbufie und ist deslialb im Studioalltag niclit optimal. Dennoch wird in den Rundfunkanstalten hauptsaclilich mit datenreduzierten, verlustbeliafteten Formaten gearbeitet. Redundanzreduktion Redundanz entsteht durcli niclit genutzte Datenworter. Diese Datenworter reprasentieren keinen giiltigen Wert und konnen deslialb nicht im Datenstrom vorkommen. Das Ziel der Redundanzreduktion liegt darin, einen Code zu finden, der keine ungiiltigen Werte darstellen kann. Ein Code, der die Redundanz ganz entfernt, liei£t Optimalcode. Man kann die Redundanz entfernen, indeni man variable Codewortlangen verwendet. Ein bekannter Vertreter fiir einen solchen Code ist der Huffman Code. Die Konstruktion des Huffman Codes wird im Folgenden exemplarisch fiir den Entwurf von Codes mit variabler Codewortlange gezeigt. Haufige Werte bekommen kurze Worter, seltene Werte langere. Werte, die niclit auftreten, werden gar nicht in den Code aufgenommen. Uni einen Huffman Code zu konstruieren, entwirft man den Codebaum, indeni man alle Walirscheinliclikeiten notiert und die zwei kleinsten Walirscheinliclikeiten addiert. Der addierte Wert gelit in die Liste der Einzelwalirscheinliclikeiten mit ein. Das wiederholt man, bis der Baum vollstandig aufgebaut ist. Der Code aus Abbildung 11.10 entsteht also, indem zunachst die kleinsten Einzelwahrscheinlichkeiten von E und D zusammengezahlt werden. Die nachstkleinsten Wahrscheinlichkeiten sind die von C und aus der Summe von D und E. Im nachsten Schritt sind die Wahrscheinlichkeiten von B und A am geringsten. Die resultierende Wahrscheinlichkeit von 0,6 und die Summe der Wahrscheinlichkeiten von C, D und E ergeben die Gesamtwahrscheinlichkeit von 1,0. Auf die Entscheidungswege werden jetzt die Bits aufgetragen. Die hohere Wahrscheinlichkeit bekommt die 0, die niedrigere die 1. Man konnte das aber auch umdrehen.

11.4 Digitale Audioaufzeichnung Wertewahrscheinlichkeit

Ergebnis

y1,0

0

0 Oj^ 0,22^ ^~ ;

\J :. i iL.

181

0.6

\i \J ^ 1 O

/ \J :. lIL. f •

\.^

A B C D E

= = = = =

00 01 11 100 101

V* ^ O \J

A b b . 11.10. Konstruktionsmuster eines Huffman Codes. Irrelevanzreduktion Bei der Irrelevanzreduktion warden Informationen aus dem Signal entfernt, von denen m a n annimmt, dass sicli der Empfanger niclit dafiir interessiert. Bei der Analog-Digital-Wandlung wird zunaclist das Signal begrenzt. Es wird davon ausgegangen, dass Frequenzen aufierhalb des horbaren Bereichs verworfen werden konnen. Dieser Schritt wird durch einen analogen Tiefpassfilter realisiert. Es handelt sich um eine Bandbreitenbegrenzung. Weitere nicht horbare Frequenzen sind solche, die von anderen verdeckt werden. Diese Frequenzen werden iiber ein Hormodell ermittelt. Das ist eine Naherung an das Horempfinden. Diese Datenreduktionsmechanismen entfernen die am eliesten verziclitbaren Signalbestandteile. Das bedeutet aber nicht, dass es sich dabei nur um Irrelevanz handelt. Ubertreibt m a n die Reduktion, dann fallen dem Algorithmus auch horbare Signalbestandteile zum Opfer und es kommt zu horbaren Verzerrungen. Die Reduktionsverfahren arbeiten meist mit konstanten Datenraten, die an den Ubertragungskanal angepasst werden. Nicht jedes Signal ist aber gleich gut fiir die Datenreduktion geeignet. Man muss also bei der Reduktion eine R a t e finden, die iiber den Kanal iibertragbar ist, und die das P r o g r a m m so wenig wie moglich beeintrachtigt. 11.4.2.3 Kanalcodierung Nachdem bei der Quellencodierung die Redundanz entfernt wurde, ist es an der Zeit, fiir die Ubertragung iiber einen gestorten Kanal Redundanz hinzuzufiigen. Diese Redundanz dient der Fehlererkennung und der Fehlerkorrektur. Redundanz ist nicht gleich Redundanz. Deshalb ist es sinnvoU, zunachst eine Quellencodierung auf ein Signal anzuwenden und anschlie£end eine Kanalcodierung. Fehlererkennung Fehler in einem digitalen Signal sind Bitwechselfehler. Das bedeutet, dass eine 1 zu einer 0 wird oder umgekehrt. In jedem Wort - hier wird davon ausgegangen, dass es sich um Blockcodes handelt, die eine feste Wortbreite haben -

182


konnen ein oder niehrere Fehler auftreten. Die Fehlererkennungsniechanismen konnen nur eine bestimnite Anzahl von Fehlern erkennen. Grundlage fiir die Erkennung von Fehlern ist die Redundanz. Das bedeutet, m a n fiigt Werte ein, die im Signal niclit vorkonimen konnen. Findet der Empfanger einen solchen Wert, dann kann er siclier davon ausgelien, dass der Wert bei der Ubertragung verfalsclit wurde. Redundanzfreie Codes hingegen haben keine unmoglichen Werte. Jeder Bitfehler fiihrt zu einem falschen aber giiltigen Wert. Acht Werte haben einen Informationsgehalt von 3 Bit. Kommt es bei der Ubertragung zu einem Fehler, dann entsteht auf jeden Fall ein neues Codewort, das einen giiltigen Wert reprasentiert. Jedes veranderte Codewort ergibt wieder ein giiltiges Datenwort. Eine Fehlererkennung ist so nicht moglich. Im zweiten Schritt wird Redundanz hinzugefiigt, indem ein zusatzliches Bit angefiigt wird. Dieses Bit wird so gesetzt, dass die Anzahl Einsen im Codewort immer gerade ist. Man spricht hier von einem Paritatsbit. Damit sind acht Werte in 4 Bit codiert. Tritt ein Bitfehler in einem Wort auf, dann fiihrt das in jedem Fall zu einem Codewort, dem kein giiltiger Wert zugeordnet ist. Ein Bitfehler kann sicher erkannt werden, da die P a r i t a t nicht mehr stimmt. Treten allerdings zwei Fehler auf, dann stimmt die P a r i t a t wieder und der Fehler bleibt unentdeckt. Die Eigenschaft, wie viele Fehler erkannt werden konnen ist abhangig von der Hamming-Distanz. Die Hamming-Distanz sagt aus, wie viele Codeworte zwischen zwei giiltigen Werten liegen. Das hei£t, wie viele Bits mindestens verandert werden miissen, um von einem giiltigen Codewort zu einem anderen zu kommen. In dem Beispiel ist die Hamming-Distanz zwei. Die Veranderung eines beliebigen Bits fiihrt immer zu einem ungiiltigen Wert. Verandert m a n 2 Bit, erreicht m a n das nachste giiltige Codewort.

22°

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