Tontechnisches Praktikum HD-Recording & Effekte Begriffe, die in Zusammenhang mit HD-Recording auftreten: • Hard-Disc (HD)-Recording →Aufnahme von Audiodaten auf Festplatte • Digital Audio Workstation (DAW) →Rechnergestützter Audioarbeitsplatz; Audiobearbeitung am Rechner • native processing →Berechnungen finden ausschließlich durch den /die Prozessoren des Host-Rechners statt. (aktuelle Tendenz bei DAWs) Vorteile: • keine Festlegung auf bestimmte Hardware, z.B. spezielle Digital Sound Processoren (DSPs) → aktuelle Rechnersysteme können genutzt werden (preiswert) • Leistung der DAW wächst mit der Rechenleistung des HostComputers

Tontechnisches Praktikum HD-Recording & Effekte

Non-Native: Beispiel für DSP-Karte (PCI)

Tontechnisches Praktikum HD-Recording & Effekte Prinzipiell kann eine DAW ein Studio bis auf die Schallwandler (Mikrophon, Lautsprecher) und Aufnahmeräume komplett ersetzen. → virtuelles Studio für Aufnahme, Schnitt, Bearbeitung, Effekte, und besonders auch Mastering. Stichwort: Mastering • Format-Anpassung • Vorbereitung (Authoring) für eine bestimmtes Format (z.B. CD, Sendung, DVD) • Zusammenstellung von Stücken, eventl. zusätzlicher Schnitt („Radiomix“) • Pegelangleichung & optimale Aussteuerung • kreatives Mastering: Nachbearbeitung, in erster Linie durch • klangliche Optimierung (Equalizer, Effekte, Nachhall) • Restaurierung (zB. Denoise) • Lautheitsverdichtung (Kompressor) • mögliche Nachteile: • „Verschlimmerbesserung“ • „Gleichmacherei“

Tontechnisches Praktikum Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW die Leistung der nativen DAW ist abhängig von z.B. • • • •

CPU-Architektur und Takt Arbeitsspeicher Datendurchsatz in den Bussen Zugriffszeit Festplatte (in aktuellen Rechnern der „Flaschenhals“)

Prinzipieller Aufbau:

D/A

A/D

mehrkanalig

mehrkanalig

Digitalschnittstellen (SPDIF, AES/UBU, Adat, TDIF)

Rechner mit HDSoftware / Hardware inkl. Festplatte(n) „Front End“: Mehrkanaliges Audiointerfaces (PCI, Firewire, USB 2.0)

Eingabe: Tastatur, Maus, HardwareController, Keyboard

Bildschirm(e)

Tontechnisches Praktikum Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW Bsp. für HardwareController

Bsp. für DAWArbeitsplätze

Tontechnisches Praktikum Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW Bei der DAW-Software unterscheidet man • Programme, die einzelne Studiogeräte einschließlich grafischer Bedienoberfläche („Frontplatte“) direkt simulieren (seltener, entsprechen eher dem Bild des virtuellen Studios). • Programme, die auf einer bzw. mehreren Oberfläche(n) (Fenster) die verschiedenen Funktionen und Bearbeitungen darstellen. • Mischformen aus beiden (bei den meisten DAWs) • Plug Ins.

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Bsp. Für Programme, die einzelne Studiogeräte direkt simmulieren

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Bsp. Für Programme, die auf einer bzw. wenigen Oberfläche(n) (Fenster) die verschiedenen Funktionen und Bearbeitungen darstellen.

Tontechnisches Praktikum Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW PlugIns Einbindung von zusätzlichen Programmen (Effekte, Klangerzeugung von Drittanbietern) • DirectXAudio-Routing • VST, Virtuell Instrument (Steinberg)

Tontechnisches Praktikum Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW Vorführung: Beispiele zum Arbeiten mit HD-Systemen • Aufnahme und non-distructive Schnitt (Editing), • Effekte • Filter (quasi analog, FFT) • Dynamics (hier: Kompressor) • Pitchshifting → Beispiel: einfaches Editing

Virtuelles Tonstudio - HDRecording und DAW Effekte: quasi-analoge Filter Man unterscheidet: • Tiefpaß / Höhenentzerrer (hohe (!) Frequenzbereiche werden gedämpft), „Kuhschwanzfilter“ (shelving) • Hochpaß (tiefe (!) Frequenzbereiche werden gedämpft) Übliche Parameter: • Eckfrequenz • Flankensteilheit: Anhebung bzw. Absenkung ab Grenzfrequenz (in dB / Oktave) →

Anwendungsgebiete: • Brillianz und Baßeinstellungen für den Gesamtklang • Trittschallfilter (starke Absenkung von Frequenzen unter 60 Hz) • starke Begrenzung des Spektrums z.B. für „Telefonstimme“ → Beispiel

• Parametischer / grafischer Filter („Präsenzfilter“, Mittenfilter)

Tontechnisches Praktikum Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW Effekte: quasi-analoge Filter • Parametischer / grafischer Filter („Präsenzfilter“) Übliche Parameter: • Mittenfrequenz • Anhebung bzw. Absenkung der Mittenfrequenz (in dB) • Bandbreite / (Filter) Güte • Anwendungsgebiete: • Veränderung der Klangfarbe • „Formantbildung“ • Hervorhebung bestimmter Instrumente / Klänge (in Grenzen!)

Beide Parameter nehmen Einfluß auf die Flankensteilheit!

Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW Effekte: quasi-analoge Filter • Parametischer / grafischer Filter („Präsenzfilter“)

Hausaufgabe (mit den Formeln nachrechnen): Merke: Hoher Gütefak• welches musikalische Intervall entspr. ca. einer Filtergüte von „1“ ?tor entspr. kleine Bandbreite B bzw. geringer → ca. 1,33 Oktaven (4 große Terzen) Gütefaktor entspr. große • welche Filtergüte entspricht ca. einer Oktave? Bandbreite → ca. 1,4

Tontechnisches Praktikum Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW Effekte: quasi-analoge Filter • Parametischer / grafischer Filter („Präsenzfilter“) Hilfe zum gestalterischen Einsatz von parametischen Filtern: Vokalfärbung Formant: typische spektrale schmalbandige Anhebung (Quinte bis Oktav), die bei Vokalen und einigen Instrumenten gemessen werden kann.

Vokalformante und der Einsatz für gezielte Klangveränderung

Tontechnisches Praktikum Virtuelles Tonstudio - HD-Recording und DAW Effekte: quasi-analoge Filter → Beispiel: parametischer Filter • Klangbeeinflussung (Färbung / Hervorheben) bei Vokalformanten • Loudness-Filterung mit „Kuhschwanz“: „Badewannkurve“

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Effekte: FFT-Filter (Grundlagen FFT siehe akustisches Praktikum) Effekt, der erst mittels Digitaltechnik und leistungsstarker Rechner (in Echtzeit) möglich wird. Nach FOURIER kann unter bestimmten Voraussetzungen ein jedes beliebiges Signal als nicht abzählbare unendliche Reihe von periodischen Elementarsignalen (Sinussignalen) dargestellt werden. Ein Signal, das üblicherweise durch seine Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt wird, kann genauso beschreiben werden durch die Amplituden dieser Elementarsignale für alle Frequenzen (Spektrum) und durch das zeitliche Auftreten dieser Elementarsignale (z.B. Phasenlage).

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Effekte: FFT-Filter (Grundlagen FFT siehe akustisches Praktikum)

FFT: Fast Fourier-Transformation. Steht für „schnelle“ Fourier Transformation, eine besondere (rechenoptimierte) Form der diskreten Fourier Transformation (DFT)). Eigenschaften: •

diskreter Zeitbereich durch Abtastung

•

disketer Frequenzbereich durch „Fensterung“ (s.u.)

•

Rasterung (Fensterlänge) bestimmt Auflösung: ∆ f = fs / N (Küpfmüller‘sche Unschärferelation)

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Effekte: FFT-Filter (Grundlagen FFT siehe akustisches Praktikum) Das Ergebnis der FFT/DFT ist nur bei periodischen Signalen korrekt (bei Sprache und ak. Musik ist nie der Fall) → kurzer Ausschnitt wird mittels eines Fensters periodisch fortgesetzt. Also: äquidistante Abschnitte des Klangs werden beobachtet und abschnittsweise einer Fouriertransformation unterzogen (Kurzzeit-FFT). Innerhalb dieser Abschnitte wird angenommen, daß diese unendlich lange dauern. Nachteile: •Leakage: Seitenschwingungen treten auf, verfälschen das Spektrum. → Fenster sind nicht rechteckig, sondern so geformt, daß Nebenschwingungen soweit wie möglich gedämpft werden. •Je mehr die Seitenschwingungen abgedämpft werden, desto breiter wird die im Fenster liegende Frequenzkomponente (hat nichts mit der Unschärferelation zu tun!) → Nachteil bei breitbandigen Signalen.

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Effekte: FFT-Filter Vorteile: • Einsatz auch bei sehr niedrigen Frequenzen bei entsprechender Auflösung. Frage: welche Frequenzauflösung ergibt sich bei einer Rasterung von N = 2048 Punkten (fs = 44,1 kHz)? →Lösung: ∆ f = fs / N ⇒ ∆ f = 21,5 Hz • hohe Trennschärfe bzw. nahezu beliebige Flankensteilheit • hohe erzielbare Genauigkeit • Stabilität der Filter- und Übertragungsfunktion • Möglichkeit, dispersionsfreie Filter (d. h. linearphasige Filter) zu konstruieren („eigenklangloser” Filtertyp, typische AnalogFiltereffekte wie eine Veränderung der Impulshaftigkeit oder des Raumeindruckes werden unterdrückt).

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Effekte: FFT-Filter Einige Einstellparameter: • Fensterfunktion In Samplitude: Analyse-Genauigkeit „Breitband“ (Rechteckfenster) und Töne (Hamming- o.ä. Fenster).

• Rasterung / Fensterbreite In Samplitude: Auflösung.

• Analysezeit In Samplitude: Zeitraum in dem die gemessenen Spektren für die Anzeige gemittelt werden. „Analysiere alles“: Mittelung über das gesamte file.

• Präzision In Samplitude vermutlich: undefinitierter Parameter für die Spektrenmittelung.

• Einstellmodus In Samplitude Zeichenmodus: Filterkurve oder Spektrum direkt.

• Filtermodus statisch /dynamisch statische Filterkurve oder Überblenden zwischen zwei Filterkurven.

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Effekte: FFT-Filter Mögliche Anwendungen:

→ Beispiel: FFT-Filter: Loudness und Störgeräuschentfernung

• Überprüfung und Korrektur des Frequenzganges. • Frequenzmessung (z.B. Überprüfung der Stimmung von Instrumenten) • Filterung: von feinsten Nuancen bis zur völligen Verfremdung • Subbass-Korrektur im Tiefstfrequenzbereich zwischen 10 und 50 Hz mit großer Anhebung oder Dämpfung (z.B. zum Beseitigen von Rumpelgeräuschen oder von Trittschall) • Gezieltes Dämpfen oder Anheben des Pegels von (Ober-)Tönen aus Aufnahmen (z.B. Entfernung von Störgeräuschen, Herausheben von typischen Frequenzbereichen bei Instrumenten) • Formantfilterung (Vokalfilterung) • Übertragung von Frequenzgängen bestimmter Stücke auf Andere (z.B. Soundanpassung), von Räumen oder Lautsprechern (Simulation oder Korrektur von Abhörbedingungen) auf Andere.

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Dynamik-Effekte: Kompressor Ein Kompressor verringert die Dynamik (und damit den Lautstärke-Verlauf). Arbeitsweise: ab einem bestimmten Pegel (Schwellwert / Threshold) wird das Signal in einem bestimmten Pegel-Verhältnis (Ratio) gedämpft (Das Signal wird „leiser gedreht“) • • • • •

•

• •

Parameter: Threshold Ratio (Soft-) Knee: Einstellung des Kennlinienübergangs am Thresholdpunkt Attack: Einsatzverzögerung des Kompressors bei Überschreitung des Thresholds Release: Zeit nach Unterschreitung des Thresholds, bei der der Regelvorgang erhalten bleibt Output Gain Vorausschau (lock ahead, nur digital)

Begrenzer (Limiter)

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Effekte: Kompressor Mögliche Anwendungen: • Anpassung an die Wiedergabeverhältnisse (Systemdynamik, Hintergrundgeräusche in alltäglichen Abhörsituationen). • Lautstärke-Anpassung eines Instrumentes (z.B. bei unterschiedlichen Tonlagen). • Dynamikbegrenzung (besseres Durchsetzen) eines Instrumentes bei Mischung. • Lautstärkemaximierung (CD, Sendung), ohne den Maximalpegel zu erhöhen. • Bewußtes Sounddesign durch extreme Einstellungen. Nachteile: • Verringerung der Durchhörbarkeit • Gewollte dynamische Abstufungen können zerstört werden • Wahrnehmung der Regelung („Pumpen“), besonders bei großer Ratio →Abhilfe: • Geschickte Einstellung der Zeit-Parameter (z.B. bei Sprache kurze Attack- und Release-Zeiten, bei Musik längere) • Verringerung der Ratio • Veränderung des Thresholds • „Lock Ahead“-Funktion mit Anpassungs-Algorithmus → Klangbeispiele • Multibandkompressoren

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Effekte: Multiband-Kompressor

→ Beispiel: Multibandkompressor

Bei Multibandkompressoren werden Filter und Kompressor miteinander kombiniert. Die Dynamikbearbeitung erfolgt in selektiven Freuquenzbändern. Einstellbar ist die Anzahl der Bänder und die üblichen Kompressor-Parameter pro Band. Vorteile: • Pumpneigung (z.B. durch eine Pegelspitze im Baßbereich) wird reduziert. • Frequenzselektive Kompression, z.B. DeEsser (Kompression nur um Spektralbereich zwischen ca. 4 und 8 kHz.) • Gleichmäßigere Kompression im gesamten Spektrum (höherer Threshold bei hohen Singalanteilen) • Deutliche Lautstärke-Maximierung durch unterschiedliche Parametereinstellung in den Bändern (z.B. unterschiedliche Thresholds, Attack- und Releasezeiten im Baß und Höhenbereich) • Heraushebung einzelner Instrumente aus einer Gesamtmischung (in Grenzen)

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Effektreihenfolge (Signalfluß) Die Reihenfolge der Effektbearbeitung nimmt Einfluß auf das Gesamtergebnis. Beispiel:

Tontechnisches Praktikum HD-Recording & Effekte „Überwindung der 4. Dimension“: Tonhöhenveränderung ohne Zeitveränderung und umgekehrt.

Zeitkompression / -Expansion / Konversion (Timestretching / Pitchshifting)

Funktionsweise (stark vereinfacht) • Drop & Add / Time Domain Harmonic Scaling (TDHS) : Signal wird in sich ähnelnde Blöcke unterteilt (Granularsynthese), diese werden verkürzt oder verdoppelt.

Ursprungssignal

transponiert

HD-Recording & Effekte

Drop & Add: Verlängerung ohne Tonhöhenveränderung

Transponierung: gleiche Länge, andere Tonhöhe

Je weniger verkürzt oder verlängert wird, desto weniger Probleme: • Block zu groß → Echo, Resonanzen • Block zu klein → Einschwingzeit wird verkürzt, Entstehung von Periodizität →Blockgröße muß individuell angepaßt werden. → Überblendungen zw. den Blöcken (Nachteil: Auslöschungen und Phasigkeit im Überblendbereich, Signal wirkt aufgerauht) → Steueralgorithmus • Block-Overlay: Signalblöcke werden überlappend entnommen, aber hintereinander ausgelesen (mutiert in Extremfällen zu Drop & Add)

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Zeitkompression / -Expansion / -Konversion (Timestretching / Pitchshifting)

Anwendung:

→ Klangbeispiele

• Tonhöhenverschiebung ( Transposition von Musik / Instrumenten, Intonationskorrektur „Detune“) • „Mickey Mouse“- / Roboter-Stimmen • Zeitkorrektur (Timingprobleme, „Schnell“-Sprecher) • Transposer („Harmonizer“©), künstliche Mehrstimmigkeit, auch mit Modulation und Verzögerung und Schwebung bei geringem ∆f (Flanger, Chorus) • 1. Besonderheit: automatische Formantkorrektur • 2. Besonderheit: automatische Intonationskorrektor (Intonator © / Autotune © / Melodyne © / Pure Pitch ©) bis hin zum „Cher-Effekt“

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Literatur • Fachzeitschriften (aktuelle Entwicklungen bei DAW / Effekte) • Watkinson, John: Art of Digital Audio, 3. Aufl., Focal Press • Sandmann, Thomas: Effekte & Dynamics, PPV-Verlag