Medientechnik   

Einleitung   8

1.!  Das Gehör.  9

1.1!  Anatomie des Gehörs  9

1.2!  Funktionsweise des Gehörs  10

1.3!  Kontrolle der Haarzellen  10

2.!  Psychoakustik.  11

2.1!  Kurven gleicher Lautstärke  11

2.2!  Hörfeld  12

2.3!  Lokalisierbarkeit von akustischen Ereignissen  12

2.4!  Kopfbezogenes Koordinaten System  13

2.5!  Die Links-Rechts Wahrnehmung  13

2.6!  Tiefenlokalisation  14

3.!  Schwingungen und Wellen  14

3.1!  Wellen.  14

3.2!  Frequenz.  15

3.3!  Amplitude.  15

3.4!  Schallgeschwindigkeit.  15

3.5!  Schallerzeugung  16

3.6!  Schalldruck  16

3.7!  Schalldruckpegel (Sound Pressure Level / dBs)  16

3.8!  Die Hörschwelle:  17

3.9!  Schallausbreitung in Räumen.  18

3.10!  Freies Schallfeld  18

3.11!  Reflexion.  19

3.12!  Stehende Wellen  19

3.13!  Absorption.  19

3.14!  Schalldämmung  20

4.!  Charakterisierung von Hörereignissen  22

Michael  - Alexander Geyer, 2010  3

Medientechnik   

4.1!  Lautheit  22

4.2!  Tondauer  23

4.3!  Hörbare Phasenänderungen  23

5.!  Digitale Tonstudiotechnik  24

5.1!  Wandlung.  24

5.2!  Sampling.  25

5.3!  Quantisierung  26

6.!  Audiodatenformate.  27

6.1!  Verlustfreie Komprimierung  27

6.2!  MLP  28

6.3!  DST.  28

6.4!  FLAC (Free Lossless Audio Codec)  28

6.5!  AIFF  28

6.6!  Wave.  28

6.7!  Verlustbehaftete Komprimierung  28

6.8!  Datenreduktion durch Verringerung der Bits  29

7.!  Perceptual Audio Coding.  29

7.1!  Irrelevanzreduktion  29

7.2!  Hörschwelle  30

7.3!  Maskierung  30

7.4!  Redundanzreduktionen.  30

7.5!  Joint Stereo.  30

8.!  Verbreitete Verlustbehaftete Audio Codecs.  31

8.1!  AC-3.  31

8.2!  DTS.  31

8.3!  MPEG-1 Layer 2  31

8.4!  MPEG-1 Layer 3  32

8.5!  OGG Vorbis  32

8.6!  AAC  32

8.7!  WMA  32

9.!  Aufnahme und Speichermedien.  33

Michael  - Alexander Geyer, 2010  4

Medientechnik   

9.1!  CD / CD-R.  33

9.2!  DVD - Digital Versatile Disc  33

9.3!  DVD Video  33

9.4!  DVD Audio  33

9.5!  DAT.  34

9.6!  Flash Card  34

10.!  Leitungen.  34

10.1!  Unsymmetrische Leitungen  34

10.2!  Symmetrische Leitungen  35

11.!  Anschlüsse.  35

11.1!  XLR.  35

11.2!  Klinke  36

11.3!  Die symmetrische Mono Klinke Verbindung  36

11.4!  Verbindung Stereoklinke / XLR.  37

11.5!  Verbindungen zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Geräten  38

11.6!  Unsymmetrisch auf Symmetrisch  38

11.7!  Cinch.  38

11.8!  Speakon.  39

11.9!  AES / EBU  39

12.!  Mikrofone  39

12.1!  Kondensatormikrofone.  40

12.2!  Elektretmikrofon.  40

12.3!  Elektrodynamische Mikrofone.  41

12.4!  Induktionsgesetz:  41

12.5!  Lavalier Mikrofone  42

12.6!  Grenzflächenmikrofon.  42

12.7!  Körperschallmikrofon  42

12.8!  Stereomikrofone  43

12.9!  Kugelflächenmikrofone  43

12.10!  Drahtlose Mikrofone.  43

12.11!  Richtcharakteristiken  43

12.12!  Druckempfänger  43

Michael  - Alexander Geyer, 2010  5

Medientechnik   

12.13!  Druckgradientenempfänger mit Achtercharakteristik.  44

12.14!  Druckgradientenempfänger mit Nierencharakteristik  45

12.15!  Druckgradientenempfänger mit Keulencharakteristik  45

12.16!  Der Nahbesprechungseffekt  46

12.17!  Übertragungsmaß und Übertragungsfaktor  46

12.18!  Geräuschpegelabstand.  47

12.19!  Grenzschalldruck  47

12.20!  Impulsverhalten  47

13.!  Aufnahme  48

13.1!  Stereomikrofonie.  48

13.2!  Intensitätsstereophonie.  48

13.3!  X - Y Mikrophonie  49

13.4!  M - S - Mikrophonie.  49

13.5!  Laufzeitstereomikrophonie.  50

13.6!  AB Verfahren  50

13.7!  Äquivalenzstereofonie  50

13.8!  Decca Tree  51

14.!  Mischpulte  51

14.1!  Analoge Mischpulte  51

14.2!  Funktionen eines analogen Mischpultes.  52

14.3!  Analoge Mischpulte mit digitaler Steuerung  52

14.4!  Digitale Mischpulte.  52

14.5!  Funktionen eines digitalen Mischpultes  53

15.!  Signalbearbeitung  54

15.1!  Fader  54

15.2!  Panorama (Panspot)  54

15.3!  Mute.  55

15.4!  Hochpassfilter  55

15.5!  Tiefpassfilter  55

15.6!  Bandpassfilter  55

15.7!  Kompressor  56

15.8!  Limiter  57

Michael  - Alexander Geyer, 2010  6

Medientechnik   

15.9!  Expander  58

15.10!  Noise Gate.  58

15.11!  Delay.  58

16.!  Lautsprecher  58

16.1!  Elektrodynamische Lautsprecher  58

16.2!  Konuslautsprecher.  59

16.3!  Bassreflex  59

16.4!  Mehrwegbox  60

16.5!  Floormonitor.  61

16.6!  Expotential  61

16.7!  Bandpäss.  62

16.8!  Koaxial  62

16.9!  Line Array Boxen  62

17.!  Beschallung und Montage  62

17.1!  Inverse Square Law.  63

17.2!  Stereo Beschallung im Studio.  64

17.3!  Mehrkanal Beschallung im Studio  64

17.4!  Saalbeschallung bei fester Installation  65

17.4.1!  Zentralbeschallung  65

17.4.2!  Semi-Zentralbeschallung  66

18.!  Forschungsergebnis  67

19.!  Audiotechnische Begriffe  68

20.!  Literaturverzeichnis.  71

21.!  Abbildungsverzeichnis  72

Michael  - Alexander Geyer, 2010  7

Medientechnik

Kurzfassung

Zu Beginn der Arbeit wird auf die Anatomie des Gehörs und die Funktion des menschlichen Hörens eingegangen. Anschließend werden die Grundlagen der Psychoakustik behandelt. Dann geht die Arbeit auf die Hindergründe zur Schallwellenausbreitung, die damit in Zusammenhang stehenden audiotechnischen Eigenheiten und Begriffe ein. In weiterer Folge befasst sich die Arbeit mit der digitalen Wandlung, Speicherung und Komprimierung von Schallsignalen. Weiters werden die in der Audiotechnik gängigen Anschlüsse und Leitungen besprochen. Die Arbeit erklärt die unterschiedlichen Wandlerprinzipien, Aufnahmearten und gibt Hinweise zum richtigen Mikrofonieren. Später werden Mischpulte und die Möglichkeiten zur Signalbearbeitung besprochen. Abschließend wir auf die Beschallungstechnik eingegangen.

Einleitung

Diese Arbeit stellt ein Handbuch über die Grundlagen der Audiobearbeitung dar. Sie richtet sich vor allem an Personen, die neu auf dem Gebiet der Audiosignalbearbeitung sind bzw. kein Vorwissen besitzen, wie beispielsweise Videojournalisten, Cutter, Studenten, alle nicht Professionellen und alle Interessierten auf dem Gebiet der Audiotechnik.

Diese Arbeit ist als Einstiegswerk gedacht.

Fragestellung

In der Arbeit wird der Frage nachgegangen ob es möglich ist, einen umfassenden Überblick über die audiotechnischen Grundlagen in einer Bakkalaureatsarbeit, die den Umfang von 50 bis 90 Seiten nicht überschreiten soll, zu geben. Es wird untersucht, ob diese Arbeit also einen schnellen Überblick über die wichtigsten Begriffe und die Grundlagen geben, die einem auf dem Gebiet der Audiotechnik begegnen.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 8

Medientechnik

1. Das Gehör 1

Eine Arbeit über die Grundlagen der Audiobearbeitung, kann nicht verstanden werden, ohne auf die Grundlagen des Gehörs einzugehen nicht verstanden werden. Zu Beginn soll daher das menschliche Gehör, als Schnittstelle zwischen mechanischen Schallwellen und unserer Wahrnehmung, beschrieben werden.

1.1 Anatomie des Gehörs 2

Das Ohr wird unterteilt in Außenohr (1-4) Mittelohr (6-8) und Innenohr (9-11). Das Außenohr besteht aus Ohrmuschel(3), Gehörgang(2) und Trommelfell(4). Das Mittelohr besteht aus Hammer(6), Amboss(7), Steigbügel(8), ovale Fenster(5), Eustachische Röhre(12). Das Innenohr sind die Gehörschnecke(10) und die Bogengänge(9).

Abbildung 1 : Schematische Teilskizze des menschlichen Gehörs, vom Michael Alexander Geyer

¹ Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 9

Medientechnik

1.2 Funktionsweise des Gehörs 3

Die Ohrmuschel dient als akustischer Resonator, welcher bei Schallwellen angeregt wird. Der Gehhörgang mit einer Länge von ~3,5cm und einem Durchmesser von ~0,7cm leitet den Schall weiter. Angeregt duch den Schall gebinnt das Trommelfell zu schwingen und überträgt die Schwingungen bis zum Mittelohr. Das Mittelohr ist die Verbindung zwischen Trommelfell und Innenohr. Dort wird von den drei Gehörknöchelchen Hammer, Ambos und Steigbügel, die Druckwandlung durchgeführt. Sehr geringe Pegel verstärkt werden verstärkt, sehr hohe Schalldruckpegel dagegen gedämpft um das Gehör zu schützen, wie beispielweise in der Disco, wo ja nach einem längen Besuch alle „normalen“ Schallereignisse als sehr leise empfunden werden. Das Mittelohr ist über die Eustachsche Röhre mit dem Rachenraum verbunden, dadurch kann es beim Schlucken zu einem Druckausgleich zwischen Außen-, und Mittelohr kommen. Das Innenohr (bekannt als Schnecke)wandelt die Schwingungen in Nervenimpulse um. An den vollständig mit Lymphflüssigkeit gefüllten Bogengängen befinden sich Haarzellen, welche die Bewegung weiterleiten. Zum Mittelohr hin wird das Innenohr durch das ovale und das runde Fenster abgeschlossen. Das ovale Fenster überträgt die Bewegungen der Gehörknöchelchen auf die Flüssigkeiten des Innenohrs.

1.3 Kontrolle der Haarzellen

Nach Untersuchungen von Zenner ⁴ ist es je nach Situation möglich auf laute oder leise Töne gezielt zuhören. Es kann also ein selektives Hinhören und die Trennung von Signalen z.B. von Vorder-, und Hintergrundgeräuschen, erreicht werden, indem die Haarzellen die Bogengänge innerhalb der Hörschnecke langsam positionieren.

³ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ , 5 Auflage, 2001, Carstensen

⁴ Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, Springer 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 10

Medientechnik

2. Psychoakustik 5

„Die Psychoakustik untersucht die Zusammenhänge zwischen Reizen, die auf das Gehör einwirken, den so genannten Schallereignissen und die daraus resultierenden Empfindungen, den Hörereignissen“

Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“, S.50 Carstensen 2001

Im Folgenden wird erklärt, wie die vom Ohr aufgenommenen Reize empfunden werden.

2.1 Kurven gleicher Lautstärke

Die Kurven gleicher Lautstärke werden oft auch Fletcher und Munson Kurven genannt. Wir hören unterschiedliche Frequenzen nicht gleich laut. So nehmen wir die Frequenzen im Bereich von 2 bis 4 kHz am lautesten war. Das wird durch die Kurven gleicher Lautstärke dargestellt.

Abbildung 2 : Darstellung des Hörfelds, aus http://www.silcom.com/~aludwig/images/Fletcher-Munson.jpg besucht 30.07.2010

Sie wurden nachgewiesen, indem 1-kHZ-Testtöne mit einem festen Schallpegel und unterschiedlicher Frequenz über den hörbaren Frequenzbereich von 20Hz bis 20 kHz geführt wurden. Als Konsequenz wurde festgestellt, dass das Ohr für hohe und tiefe Töne nicht so empfindlich ist, und die höchste Empfindlichkeit bei 2kHz bis 4 kHz hat. Für die Wiedergabe von Audiosignalen bedeutet das, dass tiefe Töne und sehr hohe Töne lauter

⁵ Hannes Raffaseder, „Audiodesign“ Fachbuchverlag Leipzig 2002

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 11

Medientechnik

als mittlere abgespielt werden müssen, um gleich laut wahrgenommen werden zu können. Auf Stereoanlagen gibt es oft eine „Loudness“ Taste, welche die Frequenzen entsprechend der Kurven anhebt, damit das Ohr alle Frequenzen gleich laut empfindet.

2.2 Hörfeld

Das Hörfeld wird durch den hörbaren Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz und weiters durch die Schwelle zwischen Absolutschwelle und Schmerzgrenze beschrieben. Die Schmerzgrenze die auch als Toleranzgrenze bezeichnet wird, liegt bei einem Bereich von 120-140 dB SPL.

Abbildung 3 : Darstellung des Hörfelds, aus

http://www.sandwichbau.de/bilder/artikel/akustik/02.gif besucht 30.07.2010

2.3 Lokalisierbarkeit von akustischen Ereignissen

„Räumliches Hören“ als wissenschaftliches Fachgebiet erforscht und beschreibt die Beziehungen zwischen den Orten sowie den räumlichen Ausdehnungen der Hörereignisse ... aber z.B. auch physiologische Vorgänge, Ereignisse anderer Sinnesgebiete usw...“

Stefan Weinzierl, „Handbuch der Audiotechnik“, S.87, Springer 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 12

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2.4 Kopfbezogenes Koordinaten System 6

Abbildung 4 : Kopfbezogenes Koordinatensystem, aus Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, 2008

Die Orte der akustischen Ereignisse in Bezug zum Gehör werden oftmals durch das kopfbezogene Polkoordinatensystem dargestellt. Es hat den Ursprung auf der interauralen Achse, die genau zwischen den Gehörkanalgängen liegt und auf der sich auch die Horizontalebene befindet. Die Frontalebene steht senkrecht auf der Horizontalebene. Senkrecht sowohl zur Frontal, als auch zur Horizontalebene verläuft die Medianebene, welche den Kopf in zwei Hälften trennt. Schallquellen werden duch die Polarkoordinaten Azimut !, Elevation ", und Entfernung r dargestellt.

2.5 Die Links-Rechts Wahrnehmung

Durch Schalldruckunterschiede oder Laufzeitenunterschiede am linken und am rechten Ohr kann die Herkunft einer Schallquelle räumlich zugeordnet werden.

Abbildung 5 : Schematische Darstellung der Link-Rechts Wahrnehmung, aus Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, 2008

⁶ Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 13

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2.6 Tiefenlokalisation

Durch die Tiefenlokalisation kann das Gehör die Entfernung einer Schallquelle erkennen. Dabei wird das Verhältnis von Direktschall und Diffusschall ermittelt. Je mehr Direktschall die Schallquelle hat, desto näher wird das akustische Ereignis erkannt.

3. Schwingungen und Wellen

Schallwellen werden vom Gehör aufgenommen und in elektrische Impulse gewandelt. So verhält es sich auch bei der Aufzeichnung von Schall. Durch ein Mirkofon werden Schallwellen in elektrische Schwingungen umgewandelt und wieder über einen Lautsprecher hörbar gemacht. Um die audiotechnischen Grundlagen zu verstehen, wird nun auf die wichtigsten Begriffe welche die Grundlagen der Akustik bilden eingehen.

3.1 Wellen

Die Moleküle in Medien wie beispielweise Luft oder Wasser lassen sich zu Schwingungen anregen. Schwingende Moleküle eines Mediums regen benachbarte Moleküle zum Schwingen an, wodurch sich diese Schwingung ausbreitet. So entsteht die Welle. Schallwellen breiten sich kugelförmig aus.

Abbildung 6 : Schematische Darstellung der Luftverdichtung bei einem Schallereignis, aus http://www.datacomm.ch/albo/Schallwelle.htm besucht 02.07.2010

Abbildungserklärung:

A= Luftschichten ohne Schall, B= Luftschichten mit Verdichtungen, C= Die Welle.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 14

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3.2 Frequenz

Die Frequenz beschreibt die Anzahl der Schwingungsperioden innerhalb einer Sekunde. Die Einheit der Frequenz f ist 1/s bzw. ein Herz : F = 1 / T Frequenz = 1 / Periodendauer

3.3 Amplitude

Das Maß für die Auslenkung der Schwingung ist die Amplitude. Sie beschreibt den Abstand des oberen oder unteren Umkehrpunktes von der Nulllinie.

Abbildung 7 : Schematische Darstellung einer Schwingung, aus

http://www.indecentmusic.com/blog/wp-content/uploads/2009/06/amplitude-and-frequency.png, besucht 30.06.2010

3.4 Schallgeschwindigkeit

Wie schnell sich eine Welle fortpflanzen kann ist abhängig vom Medium, in dem sie sich fortbewegt. Die Einheit der Ausbreitungsgeschwindigkeit ist m/s. Folgende Formel kann im Zusammenhang mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit verwendet werden: ! = c / f

Wellenlänge = Schallgeschwindigkeit / Frequenz

In Luft bei 20° C beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls, also die Schallgeschwindigkeit ~340m/s.

Wie sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in unterschiedlichen Medien mit mitunter drastisch ändert, soll diese Tabelle in einen Überblick zeigen:

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 15

!

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3.9 Schallausbreitung in Räumen

Im folgenden Kapitel wird auf die Grundlagen der Schallausbreitung eingegangen. Schall kann sich nur in Medien ausbreiten, die sich zum Schwingen anregen lassen. Folglich kann sich Schall ohne Medium, beispielsweise im Vakuum, nicht ausbreiten. Je dichter hingegen das Medium ist, desto besser breitet sich der Schall aus.

3.10 Freies Schallfeld

Kann sich die Schallwelle ungehindert in alle Richtungen ausbreiten spricht man von einem „freien Schallfeld“. Besonders für Tonaufnahmen und die Tonwiedergabe ist es wichtig, die Grundlagen der Wellenausbreitung zu kennen. Ein „freies Schallfeld“ kommt in der Natur nicht vor. Es muss unter Kenntnis der Wellenausbreitung eigens konstruiert werden. In schalltoten Räumen kann ein freies Schallfeld vorgefunden werden, dort werden etwa Lautsprecher unter optimalen Bedingungen gemessen

Abbildung 9 : Foto des „schalltoten Raums“ der Technischen Universität Berlin von http://www.milchhof.net stand 02.07.2010

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 18

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3.11 Reflexion

Wenn Schall auf eine ebene Fläche trifft, wird er mit demselben Winkel reflektiert mit dem er auf die Fläche trifft. Es gelten die gleichen physischen Gesetze wie bei Reflexion von Licht, also Einfallswinkel ist gleich dem Ausfallswinkel.

Abbildung 10 : Darstellung des Schalleinfalls auf eine Ebene Fläche, aus Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, 2008

3.12 Stehende Wellen

Wird Schall zwischen zwei parallelen ebenen Flächen reflektiert, beispielsweise zwischen zwei Wänden, kann es zur „stehenden“ Welle kommen. Sie treten häufig in kleinen Räumen auf. Als Konsequenz der stehenden Welle, löschen sich die Schallwellen entweder aus, oder verstärken sich. Eine stehende Welle entsteht, wenn ein Dauerton erzeugt wird, und der Abstand zwischen den reflektierenden Flächen eine halbe Wellenlänge oder ein ganz ganzzahliges Vielfaches davon beträgt. Zur Vermeidung von stehenden Wellen wird beim Bau von Aufnahmeräumen darauf geachtet, dass es keine parallelen Flächen gibt.

3.13 Absorption

Bei der Absorption wird der Schallwelle Energie entzogen, sie wird gebremst, was zur Folge hat, dass sie nur mehr teilweise oder gar nicht reflektiert wird. Das Maß für die Schallabsorption ist der Absorptionsgrad ! . Er wird als Zahl zwischen 0 (ist ungestörte

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 19

Medientechnik

angegeben. Es ist das Verhältnis der auf eine Wand auftreffenden Schallintensität I zur durchgelassenen Schallintensität und kann wie folgt berechnet werden:

R = 10 lg I1 / I2

R = Schalldämm - Maß (dB)

I 1 = auf eine Wand auftreffende Schallintensität (W/m ² ) I 2 = durch die Wand durchgelassene Schallintensität (W/m ² )

Geeignete Schalldämmmaterialien gegen Luftschall sind luftdichte, harte Materialien, wie Stein, Metall oder Holz. Körperschall (Schritte, Türschlagen, Vibrationen) kann generell durch mitschwingende Teile wie Gummi und Kork gedämpft werden. Um Trittschall, eine häufige Form des Körperschalls, zu dämmen wird gewöhnlich Estrich verwendet. Wichtige Begriffe, welche die zeitliche Ausbreitung des Schallfeldes beschreiben, sind Direktschall, Reflexion und Nachhall. Sie sollen hier, unter anderem anhand der folgenden Grafik erläutert werden.

Abbildung 12 : Zeitlicher Aufbau des Schallfelde, von Michael Geyer

Der von einer Schallquelle abstrahlende Schall wird von den Wänden (Raumbegrenzungsflächen) und den sich darin befindenden Gegenständen je nach ihrer geometrischen Form reflektieret, gestreut, gebündelt, absorbiert oder bebeugt. Beim Empfänger trifft zunächst der Direktschall ein. Nach dem Direktschall treffen die ersten Reflexionen ein (early reflexions). Ihnen kommt eine große Bedeutung zu, da sie zusammen mit dem Direktschall für die empfundene Lautstärke verantwortlich sind.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 21

Medientechnik

Abbildung 14 : Zusammenhang zwischen Lautheit und Lautstärkepegel, von http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/c/c7/Akustik_phon2sone3.jpg besucht am 03.07.2010

4.2 Tondauer

Der Begriff Tondauer wird verwendet, um die subjektive Länge von Schallimpulsen zu bewerten. Dabei ist es wichtig zu wissen, dass bei Tonimpulsen von 1s und mehr, die subjektive und die objektive mit den, dazwischen liegenden Pausen übereinstimmen. Bei kürzer Dauer der Pausen wirken diese länger. Dieser subjektiv wahrgenommene Unterschied kann sehr groß sein, beispielsweise wirkt ein 3.2kHz Tonimpuls mit 100ms ebenso lange wie eine 400ms lange Pause. Soll Pause und Ton als gleich lange empfunden werden, muss die Pause deutlich länger sein, als der Ton.

4.3 Hörbare Phasenänderungen

Bei der Kopfhörerwiedergabe wird eine Phasenänderung erst deutlich, meist ist sie bei einer Wiedergabe durch Lautsprecher kaum wahrzunehmen. Phasenänderungen sind bei tiefen und bei hohen Frequenzen weniger deutlich als bei mittleren Frequenzen.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 23

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5. Digitale Tonstudiotechnik 7 8

Einer der Vorteile gegenüber der analogen Technik ist, dass Übertragungen und Aufnahmen bei der digitalen Auditechnik keinerlei Störungen seitens des Aufnahmemediums erfahren. Im Folgenden wird auf die Wandlung und Kodierung die bei der Digitalisierung passiert eingegangen.

5.1 Wandlung

Für die Digitalisierung eines Signals - sie wird als Analog- Digital Wandlung x - kurz A/D-Wandlung bezeichnet - wird dessen Amplitude gemessen und dieser Wert in kurzen Zeitabständen festgehalten. Dafür braucht es die zwei Prozesse, Sampling und Quantisierung, die nun erklärt werden sollen.

Abbildung 15 : Darstellung der D/A Wandlung eines Signals, von Technology & Engineering , John Watkinson, Focal Press 1996

⁷ Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, Springer 2008 ⁸ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“, Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 24

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5.2 Sampling

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6e/Sampled_signal.png am 03.07.2010

Der Wandler tastet in regelmäßigen Zeitabständen die Amplitude des Signals ab. Die dem Originalsignal entnommenen Proben werden als (engl.) Samples bezeichnet. Sie werden als binäre Zahl digital abgespeichert (Quantisierung). Die Samples, die pro Sekunde erfasst werden, stellen die Sampling Rate dar. Je höher die Sampling Rate ist, desto mehr Information steht für die Verarbeitung, mit der aber auch ein höherer Rechenaufwand verbunden ist, zu Verfügung. Bei der oft verwendeten Sampling Rate von 48kHz werden 48000 Samples erfasst.

Grundsätzlich muss eine Sampling Rate min. doppelt so hoch sein wie die höchst zu erfassende Frequenz. (nach Nyquist Theorem)

Die Sampling Rate kann folgendermaßen berechnet werden:

f s > 2 * fa f s = Sampling Rate f a = höchste Frequenz

Wird das Nyquist Theorem nicht eingehalten tritt der Aliasing Effekt auf. Dabei werden Signalanteile, mit einer Frequenz oberhalb der halben Sampling Frequenz, nicht richtig dargestellt und führen zu hörbaren Fehlern. Durch Tiefpassfilterung vor der Digitalisierung können Aliasing Fehler vermieden werden.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 25

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5.3 Quantisierung

Wie schon kurz erwähnt nennt man die Übersetzung der Samplewerte in binäre Zahlen Quantisierung. Quantisierungswerte im Semi-Professionellen Bereich rechen von 16 Bit über 24 Bit bis hin zu 40 Bit. Eine Quantisierung mit 16 Bit bedeutet , es können 216, also 65536 Werte, unterschieden werden.

Abbildung 17 : Darstellung der Quanisierung eines Signals mit 2 Bit und 4 Bit , aus Mathias Hussinski, Distribution und Archivierung von Audiosignalen, WS2009

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 26

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6. Audiodatenformate 9

Digitalisierte Audiodaten können unkomprimiert und komprimiert übertragen oder gespeichert werden. Es wird hier nun ein Überblick über die gängigen Formate, deren Anwendung sowie Vor-, und Nachteile gegeben.

Die Grundlage der unkomprimierten Datenformate liegt in der Pulse Code Modulation. Dabei wird durch Pulsamplitudenmodulation mit einer zeitlich konstanten Abtastrate das Signal in eine zeitlich diskrete Folge gebracht und anschließend quantisiert. PCM Signale treten in folgenden Formen auf

• Audio Interchange File Format (AIFF, Containerformat) (.aif, .aiff, .aifc, .ief, .snd) • Au-Container (.au)

• iResource Interchange File Format: RIFF WAVE (Containerformat) (.wav) • Compact Disc - Digital Audio • .aud • .svx

• .voc - Creative Labs Sound Blaster (Pro) Dateiformat für Sprache • .smp - SampleVision Format - 16 Bit mono • Puls-Amplitude modulation (PAM)

6.1 Verlustfreie Komprimierung

Codecs, die das Signal verlustfrei komprimieren, erhalten den originalen Datensatz, bzw. machen es möglich, die Originaldatei ohne Verlust wieder herzustellen. Dadurch, dass beispielsweise Redundanzen erkannt werden, die zusammengefasst werden können, kann das vorliegende Originalsignal komprimiert werden. Beispiele für verlustfrei komprimierenden Codecs sind:

⁹ Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, Springer 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 27

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6.2 MLP

Das Meridian Lossless Packing kommt etwa auf der DVD-Audio zum Einsatz und dient zur verlustlosen Kompression von PCM Daten. Die Kompressionsrate des Codec ist in etwa 2:1.

6.3 DST

Das Direkt Stream Transfer Verfahren wird zur Kompression auf der Super Audio CDs verwendet. DST beruht auf der Delta-Sigma-Modulation

6.4 FLAC (Free Lossless Audio Codec)

Der FLAC ist ein freier Codec, also der Code ist „open source“. Er dient zur verlustlosen Kompression von Audiodaten und wird auf vielen Softwareplattformen und auch manchen Hardware-Playern und Recordern unterstützt.

6.5 AIFF

Das Audio Interchange File Format (AIFF) wurde von Apple zur Speicherung von PCM Daten entwickelt. Es ist, in im professionellen Bereich verbreitet, aufgrund der Unkomprimiertheit der Daten entstehen große Datenmengen.

6.6 Wave

Das Waveform Audio File Format (.wav) ist die von Microsoft entwickelte Variante von .aiff. Auch hier ist das PCM Signal unkomprimiert enthalten.

6.7 Verlustbehaftete Komprimierung 10

Die Datenreduktion von digitalen Audiodaten ist für die Übertragung und Speicherung von Signalen von großer Bedeutung und gewinnt gerade im Hinblick auf den Consumermarkt und die Entwicklung und Verbreitung von optischen Medien und mobilen Datenträgern

¹⁰ Roland Enders, „Das Homerecording Handbuch“, 2 Auflage Carstensen 1999

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 28

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und Devices an immer größerer Bedeutung. Im Folgenden soll auf die Grundlagen der Datenreduktion eingegangen werden und anschließend die sich daraus ergebenden Codecs beleuchtet werden. Eine vollständige Übersicht ist aufgrund des Umfanges der Thematik nicht vorgesehen.

6.8 Datenreduktion durch Verringerung der Bits

Wie bereits erwähnt, führt eine Quantisierung mit vielen Bits zu mehr Information. (z.B. 16 Bit Quantisierung = 216 = 65536 Werte). Wird mit wenig Bit quantisiert, verringert sich die Datenmenge. Je weniger Bits zur Quantisierung verwendet werden, desto größer wird die Abweichung zum Originalsignal und desto größer wird das Quantisierungsrauschen. Es muss also bei der Wahl der Bit ein optimaler Mittelweg zwischen der Qualität der Signals Signal und der (nicht all zu großen) Datenmenge gefunden werden. Da die

Datenreduktion alleine durch Reduktion der Bit schnell zu einem schlechten Signal führt wird Datenreduktion vor allem auf Basis des psychoakustischen Modells vorgenommen. Dabei werden einfach gesagt die Anteile des Signals, die das menschliche Ohr nicht wahrnehmen kann aus dem Signal entfernt.

7. Perceptual Audio Coding 11

Perceptual Audio Coding werden die Audio Codierungsformen genannt, die auf die Eigenschaften des menschlichen Gehörs Rücksicht nehmen und sich diese zu nutze machen.

7.1 Irrelevanzreduktion

Bei der Irrelevantreduktion werden einfach die Teile des Signals, die das Ohr nicht wahrnehmen kann, weil sie unter 20 Hz bzw. über 20 kHz liegen, durch Filter entfernt.

¹¹ Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, Springer 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 29

Medientechnik

7.2 Hörschwelle

Wie bereits erklärt, benötigen tiefe Töne und sehr hohe Töne einen stärkeren Pegel um vom Gehör gleich laut wie mittlere Töne wahrgenommen werden zu können. Die Anteile des Signals die unter die Hörschwelle fallen kann man ganz weglassen.

7.3 Maskierung

Laute Töne erzeugen eine Maskierungsschwelle, die andere Töne in der Nähe überdecken (Simultanmaskierung). Ebenso überdecken laute Töne leisere, die im gleichen Frequenzbereich liegen und unmittelbar dahinter abgespielt werden. Alle nichthörbaren Signale können bei der Codierung ebenfalls weggelassen werden.

Abbildung 18 : Maskierungseffekt, von Michael Alexander Geyer

7.4 Redundanzreduktionen 12

Bei der Redundanzreduktion wird grundsätzlich der Datenstrom nach gleichen Zeichen durchsucht. Diese werden zusammengefasst. Das könnte beispielsweise so aussehen: AAABBBBCCCCCDDDDD = 3xA4xB5xC6xD

Die Huffman Codierung ist eine solche Codierungsform, die sehr effizient arbeitet.

7.5 Joint Stereo

Für diese Kompression wird die Amplitudeninformation der einzelnen Bänder berechnet und getrennt gespeichert. Dann werden die hochfrequenten Bänder zusammengefasst.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 30

Medientechnik

Bei der Wiedergabe wird am linken und rechten Kanal dasselbe Signal wiedergegeben, jedoch mit unterschiedlichen Amplitudeninformationen. 13

8. Verbreitete Verlustbehaftete Audio Codecs

Es wird nun ein Überblick über verbreitete verlustbehaftete Audiocodecs gegeben. Der folgende Überblick ist nicht vollständig, da dies angesichts der zur Zeit verbreiteten Codecs das Ausmaß dieser Arbeit überschreiten würde. Vielmehr sollen die am häufigsten verwendeten kurz erklärt werden.

8.1 AC-3

Der Dolby AC-3 Codec, wurde von den Dolby Labs entwickelt. Er wird auch Dolby Digital genannt. Es können bis zu 6 Kanäle gespeichert werden. AC-3 unterstützt bis zu 649 kbit/s. Der Codec kommt häufig bei DVD- Video, DTV und Blue Ray zum Einsatz. Eine Erweiterung des AC-3 Codecs ist der DD+, also Dolby Digital Plus Codec. Er bietet die Möglichkeit 13.1 Kanäle bei 96kHz mit 24Bit abzuspielen. 14

8.2 DTS

Das Digital Theater System (DTS) wurde von Digital Theater Systems Inc. entwickelt. Es kann Datenraten, die deutlich höher als bei Dolby Digital sind, wiedergeben. Die Datenrate liegt zwischen 750 kbit/s bis 1509 kbit/s. DTS wird im Kino, bei HDTV und auf Blue Rays verwendet.

8.3 MPEG-1 Layer 2

MPEG 1 Layer 2 wird auch als Musicam bezeichnet. Es wurde von der Moving Pictures Experts Group standardisiert. Die Datenrate des Codecs liegt bei 256bBit/s. MPEG-1 Layer2 wird in der digitalen Rundfunktechnik verwendet (DAB- Digital Audio Broadcasting, DVB- Digital Video Broadcasting und ADR- Astra Digital Radio)

¹³ Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, Springer 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 31

Medientechnik

8.4 MPEG-1 Layer 3

MPEG-1 Layer 3 ist bekannt als MP3 und hat den Consumermarkt als Musikcodec erobert. Er wurde vom Fraunhoferinstitut entwickelt und kann 128 kBit/s übertragen

8.5 OGG Vorbis

MP3 ist von Fraunhofer lizenzrechtlich geschützt. Bei einer Verwendung muss eine entsprechende Gebühr entrichtet werden. Als Alternative zu MP3 wurde das frei zu verwendete Containerformat Vorbis entwickelt. Vergleicht man Vorbis mit MP3, so stellt man fest, dass Vorbis bei besserer Kompression eine höhere Tonqualität erzeugt und weiters mit bis zu 255 Kanälen im Gegensatz zu 2 Stereokanälen deutlich mehr Möglichkeiten bietet. 15

8.6 AAC 16

Advanced Audio Coding (AAC) wurde von der Moving Picture Experts Group entwickelt. Es kann bei niedrigen Bitraten dieselbe Qualität wie z.B. bei MP3 erreicht werden oder eine deutlich bessere Qualität bei der selben Bitrate. So hat beispielweise ein 96 kBit AAC Stream, 128 kBit als MP3. Der Codec kommt häufig auf Mobile Devices, im Online Music Bereich (iTunes Music Store) oder auch auf bei der Musikwiedergabe mit der Nintendo Wii vor.

8.7 WMA

Windows Media Audio (WMA) ist ein propritärer Codec der von Microsoft entwickelt wurde. WMA unterstützt 7.1 Kanäle mit 24bit /96kHz und ermöglicht ein DMR. Der Codec kommt hauptsächlich auf Windows Plattformen oder auf Windows basierenden Mobilen Devices oder Onlineshops zum Einsatz.

¹⁵ http://de.wikipedia.org/wiki/Ogg_Vorbis und Alexander Lindau, „Handbuch der Audiotechnik“, Springer 2008

¹⁶ http://de.wikipedia.org/wiki/Advanced_Audio_Coding und Alexander Lindau, „Handbuch der Audiotechnik“, Springer 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 32

Medientechnik

0-Volt-Leiter. Bei der unsymmetrischen Leitung werden Störungen am Eingang oder Entlang der Leitung im gleichen Maße wie das Signal verstärkt. Vor allem bei Mikrofonaufnahmen die verstärkt werden oder bei langen Kabelführungen beispielsweise in einem Kabelschacht ist das problematisch. Kabellängen sollten daher nicht länger als 2 -3 Meter sein.

10.2 Symmetrische Leitungen 17

Anders als die unsymmetrischen, haben die symmetrischen Leitungen zwei Tonadern in dem Signalschirm. Beide Adern tragen das Signal, die eine Ader jedoch um 180° in der Phase gedreht. Die Tonadern werden als „hot“ und „cold“ bezeichnet, wobei „cold“ jene ist, die in der Phase gedreht wurde. Gibt es entlang der Leitung Störungen wirken sich diese auf beide Tonadern aus. Durch die Phasendrehung der einen Tonader, kompensieren sich die Störungen durch gegenseitige Auslöschung. Symmetrische Kabelleitungen können bis zu 100 Meter Länge haben.

11. Anschlüsse 18

11.1 XLR

Abbildung 20 : XLR Anschluss , von http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/Xlr-connectors.jpg besucht am 08.07.2010

XLR ist eine Standard- Audioverbindung. XLR - Anschlüsse kommen häufig auf Mischpulten, Mikrofonen oder Boxen vor. Ein Kabel hat immer ein weibliches und ein

¹⁷ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

18 Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 35

Medientechnik

11.8 Speakon

Der Speakon Stecker, ist ein typischer Anschluss an Lautsprechern. Er hat vier Adern, die durchlaufend verbunden sind.

Abbildung 26 Speakon Stecker , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Neutrik_Speakon.jpg besucht am 08.07.2010

11.9 AES / EBU

Die AES / EBU (Audio Engineering Society/European Broadcasting Union) ²⁰ ist eine Spezifikation für die Übertragung von Audiosignalen nach der AES3 Norm. Zur èbertragung wird bei symmetrischen Verbindungen ein XLR Kabel, bei unsymmetrischen ein BNC Kabel verwendet. Die Kabellängen können bei XLR bis zu 100 Meter bei BNC bis zu 300 Meter betragen. Es werden die Audiodateien zweier Kanäle übertragen und zusätzlich Kontrollbits. Sie können als Wordclock genutzt werden.

12. Mikrofone 21 22

Mikrofone wandeln das akustische Schallsignal durch eine Membran in ein elektrisches Signal um. Grundsätzlich wird die Membran von den Schwingungen der Luft in Bewegung versetzt. Dadurch entsteht eine mechanische Schwingung, die in elektrische Schwingungen umgewandelt werden. Unterschieden wird eine Vielzahl von Mikrofonen für unterschiedlichste Aufgaben.

²⁰ Stefan Weinzierl, „Handbuch der Audiotechnik“, Springer 2008

²¹ Andreas Ederhof, das Mikrofonhanbuch", 2 Auflage, Carstensen 2006 ²² Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 39

Medientechnik

Im Folgenden wird das Prinzip der Schallwandlung erklärt und anschließend auf die grundlegende Unterscheidung der Mikrofontypen deren Ausbildungen und deren Einsatz eingegangen. Die in der Tontechnik am meisten eingesetzten Mikrofone sind

Kondensatormikrofone. Sie werden auch als elektrostatische oder dielektrische Mikrofone bezeichnet, da sie nach dem elektrostatischen Wandlerprinzip arbeiten.

12.1 Kondensatormikrofone

Das Kondensatormikrofon kann nur durch Anlegen einer Vorspannung (Phantomspeiung 48V) betrieben werden. Die Membran fungiert als Kondensator. Beweget sich die Membran führt das zu Spannungsänderungen.

Kondensatormikrofone bieten eine hohe Qualität, eine unabhängigen Übertragungsfaktor und geringe Verzerrungen.

Abbildung 27 Wandlungsprinzip des Kondesatormikrofons , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/Kondensatormikrofon.svg besucht am 10.07.2010

12.2 Elektretmikrofon

Das Elektretmikrofon, arbeitet wie das Kondensatormikrofon nach dem Prinzip der elektrostatischen Wandlung. Es wird jedoch keine Phantomspeisung beim Betrieb benötigt. Das Mikrofon ist im Consumerbereich weit verbreitet. Es weist nicht die hohe Qualität des Kondensatormikrofons auf.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 40

Medientechnik

12.3 Elektrodynamische Mikrofone

Abbildung 28 Dynamischen Mikrofon Sennheiser e840 , von

http://www.sennheiser.com/sennheiser/home_de.nsf/root/private_microphones_wired_evo800_00 9894?Open&row=2 besucht am 12.07.2010

Dynamische Mikrofone eigen sich aufgrund ihrer Bauweise für die Aufnahme von extrem hohen Schalldruck. So werden sie im Live Bereich und im Nahbereich von Instrumenten beispielsweise bei der Bassdrumms eingesetzt. Das elektrodynamische Mirkofon arbeitet nach dem Prinzip der Induktion. Eine Schwingspule ist im Magnetfeld frei beweglich. Die Membran ist an die Spule gekoppelt und bewegt sich im Magnetfeld wenn sie durch Schall bewegt wird,- so wird eine Wechselspannung induziert.

12.4 Induktionsgesetz:

" U = B * I * " # " U = erzeugte Spannung B = magnetische Induktion des Feldes I = Lange des elektrischen Leiters (Schwingspule) " # = Änderung der mechanischen Schnelle des Leiters (Membran mit Schwingspule)

Abbildung 29 Wandlungsprinzip des Dynamischen Mikrofons , von

http://www.sengpielaudio.com/ArtenDerSchallumwandlungDurchMikr.pdf besucht am 12.07.2010

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 41

Medientechnik

12.5 Lavalier Mikrofone

Lavalier Mikrofone werden an der Brust des Sprechers angebracht. Da die Stimme auch direkt über den Brustkorb abgestrahlt wird, können sie dort besonders gut wirken. Sie sind unempfindlich gegen Körperschall oder Nebengeräusche der Kleidung.

12.6 Grenzflächenmikrofon

Abbildung 30 Funktionsprinzip des Grenzflächen Mikrofons, von Michael Alexander Geyer

Grenzflächen sind die Flächen an denen der Schall reflektiert wird, beispielweise der Boden der Tisch oder Wände. An den Grenzflächen ist der Schalldruck am höchsten, wodurch Mikrofone den höchsten Wirkungsgrad haben. Weiters lassen sich an Grenzflächen Interferenzen vermeiden. ²³ Grenzflächenmikrofone nutzen diese Vorteile und werden an den Grenzflächen angebracht. (siehe Abb. 35)

12.7 Körperschallmikrofon

Direkt am Resonanzkörper des Instrumentes angebrachte Mikrofone werden, werden als Körperschallmikrofone bezeichnet. Sie nehmen keine anderen Umgebungsgeräusche auf und werden oft im Live Einsatz verwendet.

²³ Hannes Raffaseder, „Audiodesign“ Fachbuchverlag Leipzig 2002

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 42

Medientechnik

12.8 Stereomikrofone 24

Wenn die Stereoabbildung durch Pegelunterschiede erreicht werden soll, wird das Stereomikrofon verwendet. Es hat zwei getrennte gegeneinander drehbare Kapseln, deren Richtcharakteristik sich separat umschalten lässt.

12.9 Kugelflächenmikrofone 25

Kugelflächenmikrofone dienen ebenfalls der Stereomikrophonie. Bei ihnen sind in einer Kugel mit 20cm Durchmesser zwei Druckempfänger an zwei gegenüberliegenden Punkten eingebaut. Durch die Kugel entsteht eine zu hohen Frequenzen hin zunehmende Richtungswahrnehmung. Von den Kugelflächenmikrofonen wurden die

Kunstkopfaufnahmen abgeleitet und in weiterer Folge die 5.1 Technik entwickelt. 26

12.10 Drahtlose Mikrofone

Hand-, oder Ansteckmikrofone mit Funkübertragung werden auf der Bühne oder bei Interviews eingesetzt und arbeiten auf weitere Entfernungen. Die Kanäle unterliegen in der Regel einer Anmeldepflicht.

12.11 Richtcharakteristiken

Richtet man ein Mikrofon auf eine Schallquelle, nimmt es diese besser auf, als wenn es von der Quelle weggedreht ist. Es ist also leicht zu einsehbar, dass Mikrofone unterschiedliche Richtcharakteristiken besitzen. Im Allgemeinen unterscheiden sich die Richtcharakteristiken der Mikrofone von der Bauart der Mikrofone.

12.12 Druckempfänger

Beim Druckempfänger ist auf einer Seite die Membran dem Schallfeld ausgesetzt auf der Rückseite ist die Kapsel luftdicht verschlossen. Das Mikrofon hat eine kugelförmige

²⁴ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

²⁵ Stefan Weinzierl, „Handbuch der Audiotechnik“, Springer 2008

²⁶ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 43

Medientechnik

Richtcharakteristik, was bedeutet, dass es hat eigentlich keine Richtungswirkung hat, bzw. dass es den Schall aus allen Richtungen gleichmäßig aufnimmt. 27

12.13 Druckgradientenempfänger mit Achtercharakteristik

Abbildung 31 Acht (Bidirectional) , von http://de.wikipedia.org/wiki/Richtcharakteristik am 12.07.2010

Der Druckgradientenempfänger reagiert auf den Unterschied (die Schalldruckdifferenz) des Schalldrucks vor und hinter der Membran ²⁸ . Der Schall, der die Rückseite der Membran erreicht ist kein direkter, sondern kommt über einen Umweg, weil er um die Membran „herumgehen“ muss. Der rückwärtig eintreffende Schall trifft phasenverschoben auf die Membran. Durch diesen Umweg entsteht eine achtförmige Richtcharakteristik.

Abbildung 32 Funktionsweise des Druckgradientenempfängers , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Druckgradientenempfänger.png am 12.07.2010

²⁷ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

²⁸ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 44

Medientechnik

12.14 Druckgradientenempfänger mit Nierencharakteristik

Abbildung 33 Niere (Unidirectional) , von http://www.zettt.de/tontechnik/tontechnik-fur-dummieswas-ist-eine-richtcharakteristik/ besucht am 26.07.2010

Der Druckgradientenempfänger mit Nierencharakteristik ist für Schalleinfall bei 0°. Also von Vorne am empfindlichsten und für Schall der unter die 180° Achse fällt beinahe unempfindlich. Die Superniere ist am unempfindlichsten für Schalleinfall welche unter 126° zu Achse einfällt, die Hyperniere am unempfindlichsten für Schall welcher unter 110° zur Mikrofonachse einfällt.

12.15 Druckgradientenempfänger mit Keulencharakteristik

Abbildung 34 Acht (Bidirectional) , von http://de.wikipedia.org/wiki/Richtcharakteristik am 12.07.2010

Die Keulencharakteristik, beschreibt gerichtete Mikrofone, die extrem unempfindlich gegen Schalleinfall von den Seiten oder von Hinten sind. Schall wird beinahe nur direkt vor der Kapsel wahrgenommen. Die Wirkung des Mikrofons hängt vor allem von der

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 45

Medientechnik

Länge des Richtrohrs ab. Bei tiefen Frequenzen ist das Mikrofon mit der Niere zu vergleichen, in den hohen Bereichen weist es Keulenform auf.

12.16 Der Nahbesprechungseffekt

„Durch Annährung an eine Schallquelle nimmt der Schalldruck proportional mit dem Abstand zu“

Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“, S.157 Carstensen 2001

Beim frequenzabhängigen Druckgradienten wirkt sich dieser Effekt am stärksten in den tiefen Bereichen aus und es kommt zu einer Verstärkung der Tiefen wenn der Abstand zum Mikrofon weniger als ein Meter ist. Um den Nahbesprechungseffekt zu kompensieren können Filter zugeschaltet werden, meist ist er aber in gewissem Ausmaß gewünscht, wie bei Sprachaufnahmen oder im Gesang. Wurde die grundsätzliche Entscheidung für einen Mikrofontyp getroffen, muss man eine grundlegende Kenntnis über die Eigenschaften besitzen, durch die Mikrofone charakterisiert werden. Diese tragen erheblich zur Wahl des Typs bei. Im Folgenden werden die typischen Eigenschaften von Mikrofonen erklärt. Unterschieden werden grundsätzlich Übertragungsfaktor, Übertragungsmaß, Geräuschpegelabstand, Grenzschalldruck und Impulsverhalten.

12.17 Übertragungsmaß und Übertragungsfaktor

„Der Übertragungsfaktor ist das Verhältnis zwischen Ausgangsspannung und Schalldruck...“

Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“, S.162 Carstensen 2001

Der Übertragungsfaktor wird genauso wie das Übertragungsmaß in V/Pa (Millivolt pro Pascal) angegeben. Übertragungsfaktor und Übertragungsmaß sind eine Angabe für die Empfindlichkeit von Mikrofonen. Die Berechnung erfolgt so 29

²⁹ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 46

Bei Dynamischen Mikrofonen liegt der Übertragungsfaktor im Bereich von 1 bis 3 V/Pa, !

das entspricht -80 bis -70 dB.

Bei Kondensatormikrofonen liegt der Übertragungsfaktor bei 5 bis 12 V/Pa, also ein Übertragungsmaß von -66bB bis -58dB.

12.18 Geräuschpegelabstand

Der Geräuschpegelabstand gibt das Verhältnis zwischen der Spannung die ein Mikrofon bei 1Pa (=94dB) und 1kHz hat und der Spannung die dieses Mikrofon ohne jegliche Einwirkung von Schall hat. Der Geräuschpegelabstand dient im Gegensatz um Übertragungsbereich zum direkten Vergleich von Mikrofonen. Bei professionellen Studiomikrofonen sollte er bei 75 bis 80 dB (A-Bewertung liegen). 30

12.19 Grenzschalldruck 31

Bei Mikrofonen wird anstelle des Klirrfaktors der Grenzschalldruck angegeben. Er ist derjenige Schalldruck unter dem die Hersteller einen bestimmten Klirrfaktor garantieren. Bei Kondensatormikrofonen liegt er zw. 20 und 200 Pa (120 und 140 dB) bei Dynamischen Mikrofonen liegt er meist über 140 dB.

12.20 Impulsverhalten 32

Flanken in der Schwingung, wie sie oft bei Schlagzeugen vorkommen, müssen von den Mikrofonen auch exakt wiedergegeben werden. Das Impulsverhalten beschreibt die Fähigkeit der Mikrofone, solche starken Änderungen in der Schwingung wieder zu geben. Kondensatormikrofone können einer steilen Flanke gut folgen. So wird ein perkussiver Klang naturgetreu wiedergegeben. Dynamische Mikrofone können Flanken nicht exakt

³⁰ vgl. Hannes Raffaseder, „Audiodesign“ Fachbuchverlag Leipzig 2002

³¹ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

³² Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001 und Stefan Weinzierl, „Handbuch der Audiotechnik“, Springer 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 47

Medientechnik

wieder geben, es kommt zu Über-, und Nachschwingen, die eine Färbung des Klangs bewirken und ihm einen besonderen Charakter verleihen, der oft gewünscht ist.

13. Aufnahme

Die Mikrofonauswahl hängt besonders von dem gewünschten Ergebnis ab. So nimmt man andere Mikrofone für Musikaufnahmen als für Sprachaufnahmen. Im Folgenden wird auf grundsätzlichen Überlegungen der Aufnahme eingegangen. Es gibt Regeln für die Aufnahme, welche Tontechniker im Laufe der Zeit durch ihren ständigen Umgang mit der Materie herausgefunden haben. Wie schon zuvor beschrieben ist es von großer Wichtigkeit, dass der Aufnahmeraum einen natürlichen Klang hat und es keine Echos gibt. Nimmt man mit mehr als einem Mikrofon auf, muss der Abstand von 2 Mikrofonen 2 mal so groß sein wie der Abstand zwischen Mikrofon und Instrument. Ebenfalls sollte man leise Instrumente gruppieren und sie zusammen mit anderen leisen Instrumenten aufnehmen, laute Instrumente zusammen mit anderen lauten Instrumenten.

13.1 Stereomikrofonie

Die Stereomikrofonie wird hauptsächlich für Aufnahmen der klassischen Musik verwendet. Für Sprachaufnahmen am Set ist sie weniger geeignet, da sich

beispielsweise die Bewegung der Schauspieler negativ auf das Stereopanorama auswirken. Unterschieden werden Intensitätsstereomikrophonie, welche die

Pegelunterschiede der Kanäle erfasst und die Laufzeitstereomikrophonie, die auf die unterschiedlichen Laufzeiten des Signals eingeht. Verwendet werden in der Stereomikrophonie Kondensatormikrofone.

13.2 Intensitätsstereophonie

Die Intensitätsstereophonie arbeitet indem die Pegelunterschiede der beiden Kanäle ermittelt werden. Die beiden Mikrofone werden nahe beisammen platziert, um Laufzeitunterschiede gering zu halten. Die Signale von M-S und X-Y Technik sind monokompatibel.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 48

Medientechnik

13.3 X - Y Mikrophonie 33

Auch die X-Y Stereomikrophonie arbeitet mit zwei Mikrofonen, welche die Pegeldifferenzen ermitteln. Es werden zwei gerichtete Mikrofone im gleichen Winkel von der Mittelachse nach links und nach rechts angebracht. Je kleiner der Öffnungswinkel, desto größer ist Aufnahmebereich. Normalerweise wird mit einem Aufnahmewinkel von 135° bis 180° bei Nierencharakteristik gearbeitet.

Abbildung 35 Aufnahmewinkel 90° der Mikrofone bei der X-Y Stereomikrophonie von http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/XY-Stereo.png 14.07.2010

13.4 M - S - Mikrophonie 34

Die M-S Technik arbeitet nach dem Prinzip der Intensitätsstereofonie. Der Stereoeindruck entsteht dabei allein durch Pegelunterschiede. Die beiden Mikrofone bei der M-S Technik benötigten sind ein ungerichtetes Kondensatormikrofon und ein

Druckgradientenempfänger mit „Acht“ Richtcharakteristik. Das Stereosignal wird durch Summen und Differenzbildung aus dem Mitte-, und Seitensignal gewonnen.

Linker Kanal = M + S

Rechter Kanal = M - S

Abbildung 36 M - S Signalverarbeitung am Mischpult , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/MS_stereo.svg 14.07.2010

³⁴ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 49

Medientechnik

13.5 Laufzeitstereomikrophonie 35

Bei der Laufzeitmikrophonie werden die Laufzeitunterschiede des Signals zu jedem Mikrofon ermittelt. Die Verfahren zur der Laufzeitstereomikrophonie werden im Folgenden erklärt, können jedoch aufgrund der Komplexität der Materie nicht ausführlich behandelt werden.

13.6 AB Verfahren

Beim AB Verfahren werden zwei Mikrofone mit Kugel oder Nierencharakteristik parallel zueinander aufgestellt. Der Abstand der Mikrofone ist abhängig von der Größe der Schallquelle und des Aufnahmeraums. Anfolgend eine Auflistung von Mikrofonabständen Abständen und die daraus folgenden Aufnahmewinkel:

13.7 Äquivalenzstereofonie 36

Bei der Äquivalenzstereofonie werden Pegeldifferenzen und Laufzeitdifferenzen ermittelt, um aus beiden Signalen den Stereoeindruck zu gestalten. Zur Äquivalenzstereofonie gehören:

• ORTF - Office de Radiodiffusion Télévision Française, (Achsenwinkel 110°, Aufnahmewinkel 96°, Mikrofonbasis 17 cm. Achsenwinkel = voller Winkel zwischen den Mikrofonachsen)

• NOS - Nederlandse Omroep Stichting (Achsenwinkel 90°, Achsenwinkel 81°, Mikrofonbasis 30 cm)

• RAI -Radio Italia (Mikrofonwinkel 100°, Achsenwinkel 93°, Mikrofonbasis 21 cm)

³⁵ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

³⁶ http://de.wikipedia.org/wiki/Äquivalenzstereofonie

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 50

Medientechnik

• DIN -Deutscher Industrie Normenausschuss (Mikrofonwinkel 90°, Achsenwinkel 101°, Mikrofonbasis 20 cm)

13.8 Decca Tree

Der Decca Tree ist eine Mikrofonanordnung, die sich für Sourround Sound eignet. Der Decca Tree wird in einer Höhe von 3m bis 3,6m mittig, eben und vor der Quelle z.B. über dem Dirigenten, angebracht. Es werden Kugelmikrofone verwendet. Die Anordnung der Mikrofone zeigt folgende Grafik:

Abbildung 37 Abstand zw. Den Mikrofonen bei der AB Technik von

http://www.filmebase.pt/Aplic/decca-tree-e.gif besucht am 14.07.2010

14. Mischpulte 37

Das Mischpult gilt als das zentrale ³⁸ Element in der Auditechnik. Es dient dazu die Signale von verschiedenen Quellen zusammenzuführen. Am Mischpult lassen sich u.a. Veränderungen am Signal vornehmen. Im Folgenden wird auf die unterschiedlichen Mischpulttechnologinnen analog, digital und hybrid eingegangen.

14.1 Analoge Mischpulte

Analogen Mischpulte haben eine analoge Signalverarbeitung. Alle Parameter des Eingangssignals, wie Lautstärke oder Klangfarbe lassen sich direkt über einen Regler

³⁷ Roland Enders, „Das Homerecording Handbuch“, 2 Auflage Carstensen 1999

³⁸ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 51

Medientechnik

steuern. Der Regler verändert durch Verstärkung oder durch Verminderung das Signal. Für jeden Parameter gibt es einen separaten Regler.

14.2 Funktionen eines analogen Mischpultes 39

• regelbarer Mikrofonvorverstärker (Gain) • Linieneingang • Equalizer • Kanalfader • PanPot und Sammelschienenwahl • Ausgänge und Insertmöglichkeit, vor und nach Fader • Gruppen- und Summenfader • Ausgangsverstärker

• Hilfs-Sammelschienen für Aux und Effekt Send • Aussteuerungsmesser • Abhörweg mit Wahlschalter

14.3 Analoge Mischpulte mit digitaler Steuerung

Der Signalweg des analogen Mischpultes mit digitaler Steuerung ist analog. Das Mischpult hat ein Display, auf welchem die Steuerung der Parameter digital erfolgt. Dessen Signal ist dann aber analog. Im Gegensatz zum analogen Mischpult wo, „one knob per function“ 40 gedacht ist, lässt sich das ganze Mischpult über ein Display bedienen. Einmal gewählte Einstellungen lassen sich abspeichern und können jederzeit wieder aufgerufen werden um sie für eine spätere Arbeit wieder zu verwenden.

14.4 Digitale Mischpulte 41

Beim digitalen Mischpult sind der ganze Signalweg und die komplette Steuerung digital aufgebaut. Grundsätzlich verfügen digitale Mischpulte über alle Funktionen wie analoge Mischpulte. Zusätzlich bieten sie noch, abhängig von ihrer Preisklasse, Möglichkeiten zur Konfiguration des Signals wie Filter, Limiter, Kompressoren, Noise-Gate und das

³⁹ Alexander Lindau, „Handbuch der Audiotechnik“, Springer 2008

⁴⁰ vgl. Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“, S. 207, 5 Auflage Carstensen 2001

⁴¹ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“, S. 209, 5 Auflage Carstensen 2001

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 52

Medientechnik

Abspeichern und Wiederverwenden von Konfigurationen. Digitale Mischpulte wandeln analoge Signale beispielsweise vom Mikrofon in digitale Signale, um sie zu verarbeiten. In weiterer Folge kann ein digitales Mischpult das digitale Signal auch wieder in ein analoges Signal zurückwandeln. Das Herzstück des digitalen Mischpultes ist die digitale Tonverarbeitung, der DSP- Prozessor (Digital Sound Processing). Es gibt je nach Preis und daraus folgender Leistungsfähigkeit des Mischpultes unterschiedliche Arten bzw. Kapazitäten des DSP.

Digitale Mischpulte können zentral oder dezentral bedient werden. Unter einer zentralen Bedienung versteht man, dass ein Eingabefeld mit Bildschirm für die Bedienung des ganzen Mischpults zuständig ist. Einzelne Kanäle können mit „Select“ oder Assign“ zugeordnet werden. Dadurch kann jeweils nur ein Kanal nach dem anderen gesteuert werden. Dezentrale Mischpulte besitzen eine Anzahl von universellen Bedienelementen, die je nach Bedarf einer Gruppe von einzustellenden Kanalfunktionen zugeordnet werden könne. Dadurch ist es möglich mehrere Kanäle gleichzeitig zu bedienen.

14.5 Funktionen eines digitalen Mischpultes 42

• regelbarer Mikrofonvorverstärker (Gain) • Linieneingang • Equalizer • Kanalfader • PanPot und Sammelschienenwahl • Ausgänge und Insertmöglichkeit, vor und nach Fader • Gruppen- und Summenfader • Ausgangsverstärker

• Hilfs-Sammelschienen für Aux und Effekt Send • Aussteuerungsmesser • Abhörweg mit Wahlschalter • Delay

• Effekte (Hall, Chorus, Phasing) • Begrenzer- und Kompressormöglichkeit, • total Reset und Snapshot aller Parameter • Einstellungen und Konfigurationen

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 53

Medientechnik

• copy and past

• dynamische Automation • Fernsteuerung

15. Signalbearbeitung 43 44 45

Im vorangegangenen Kapitel wurde das Mischpult, seine Funktionsweise und seine Aufgaben erläutert. Neben den bereits genauer erklären Funktionen wie beispielsweise die Signalzusammenführung, kann am Mischpult der Frequenzgang und die Klanfarbe beeinflusst werden. Zusätzlich zum Mischpult gibt es auch externe Effektgeräte zur Veränderung des Signals. Liegt das Signal digital vor, kann die Signalbearbeitung auch über virtuelle Gräte erfolgen. Für eine Signalbearbeitung gibt es unterschiedliche Gründe. Beispielweise können Störgeräusche wie Trittschall, Klimaanlagen oder übermäßiges Rauschen und Raumresonanzen auftreten, die entfernt werden sollen oder das Signal soll aufgrund eines künstlerisch ästhetischen Anspruches verändert werden. Um eine Bearbeitung am Signal durchzuführen ist es wichtig alle Effekte und Geräte die der Klanggestaltung und Klangänderung dienen gut zu kennen. Daher soll nun ein Überblick geschaffen werden.

15.1 Fader

Der Fader dient dazu, die Amplitude des Signals zu verändern, so können die Lautstärke und die wahrgenommene Entfernung verändert werden. Er dient aber auch dazu, zwei oder mehr Signale miteinander zu mischen. Fader gibt es in unterschiedlichsten Ausführungen. (Dreh-, Schieberegler, linear oder logarithmisch uvm.)

15.2 Panorama (Panspot)

Mit Hilfe des Panoramareglers kann das Signal durch Pegel-, und Laufzeitdifferenzen beeinflusst werden, wodurch ein Raumeindruck erzeugt werden kann.

⁴³ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“, 5 Auflage Carstensen 2001 ⁴⁴ Michael Dickreiter, Handbuch der Tonstudiotechnik, Band 1, 6.Auflage, Saur 1997 ⁴⁵ Alexander Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, 2008

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 54

Medientechnik

Kennlinie des Kompressors von Alexander Lindau, „Handbuch der Abbildung 41 Audiotechnik“, Springer 2008

Mit dem Kompressor kann der Dynamikumfang des Ausgangssignals geregelt werden. Die einstellbaren Parameter sind Threshold (Schwellenwert), Ratio

(Kompressionsverhältnis), Attack (Einschaltzeit), Release (Ausschaltzeit). Für die Aufnahme einer Stimme empfehlen sich die Einstellungen Ratio: 2:1, Gain: 20dB, Attack 50ms, Release: 200ms bis 500ms.

15.8 Limiter

Oftmals will man das gesamte Summensignal im Pegel begrenzen um beispielsweise Boxen vor Übersteuerung zu schützen oder bei Sendeanlagen eine Übersteuerung zu vermeiden. Dabei wird der Dynamikumfang nicht wesentlich eingeschränkt. Limiter arbeiten grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip wie Kompressoren, jedoch ist die Attack und Release Time sehr kurz. Im Gegensatz zum Kompressor ist ihr Ratio viel höher, so sind die Verhältnisse etwa 10:1, 20:1 oder auch 100:1.

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Medientechnik

15.9 Expander

Der Expander arbeitet umgekehrt wie der Kompressor und verstärkt Signale die über dem Threshold liegen linear.

15.10 Noise Gate

Das Noise Gate dient zur völligen Unterdrückung eines Anteils des Signals. Alles was unter den Thresholdbereich fällt wird unterdrückt, der übrige Signalanteil kann unbeeinflusst passieren. Noise Gate wird oft zur Unterdrückung von Bandrauschen eingesetzt.

15.11 Delay

Wird das Signal mit einer Laufzeitverzögerung hintereinander wiedergegeben entsteht ein ein Echo des Signals, das Delay. Es wird unterschiedlich eingesetzt und hat viele Ausprägungen, einige sind X-Delay, Stereo Delay, Filter Delay, Multi-Tap-Delay, Reverse Delay, Modulations Delay.

Weitere Effekte können beispielsweise im Buch Handbuch der Audiotechnik von Alexander Lindau nachgelesen werden, auf das hier als weiterführende Literatur verwiesen wird.

16. Lautsprecher

Mikrofone haben die Aufgabe, die Schallwellen in elektrische Schwingungen zu wandeln. Lautsprecher stehen am Ende der Übertragungskette. Der Lautsprecher wandelt die elektrische Schwingung wieder zurück in Schallwellen. In der Tontechnik haben sich die elektrodynamischen Lautsprecher durchgesetzt.

16.1 Elektrodynamische Lautsprecher

Der elektrodynamische Lautsprecher funktioniert nach dem elektrodynamischen Prinzip. In ein Magnetfeld wird eine Spule eingehängt, die an die Membran befestigt ist. Sie

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 58

Medientechnik

bewegt sich, sobald Strom an die Spule gelegt wird. Durch ihre Bewegung schwingt auch die Membran und versetzt die Luft in Schwingung.

Abbildung 42 Abstand zw. Den Mikrofonen bei der AB Technik von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3c/Lautsprecher_Schema.svg besucht am 14.07.2010

Grundsätzlich gilt, dass der Durchmesser eines Lautsprechers seine

Übertragungsfrequenzen bestimmen. Je größer der Durchmesser ist, desto mehr verschieben sich die Frequenzen in den Tiefenbereich. Für tiefe Frequenzen im Bereich von 20Hz bis 250Hz werden 12“, 15“ und 18“ genommen. Im Mittenbereich von 250Hz bis 1500Hz kommen Größen von 12“, 10“, 8“, 6,5“ und 5“ zum Einsatz. Für Hochtöner werden Membrandurchmesser von 2“ bis 3/4“ verwendet.

16.2 Konuslautsprecher

Im Bassbereich wird der Konuslautsprecher eingesetzt. Den Konuslautsprecher gibt es in allen Größen. Die Schwingspule muss belastbar und sehr robust gebaut sein, wodurch der Lautsprecher zusammen mit Membran und massiven Chassis relativ schwer ist.

16.3 Bassreflex

Die Bassreflexbox hat eine zusätzliche Öffnung. Diese Öffnung verstärkt die Bassabstrahlung der Box, da sich der Schall viel besser ausbreiten kann und nicht mehr gegen Luftpolster in der Box ankämpfen muss.

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Medientechnik

Der rückwärtige Schall wird phasenrichtig zum Direktschall addiert und es kommt zu keinen ungewollten Auslöschungen.

Abbildung 43 Bassreflexbox von

http://a2.images1.thomann.de/pics/expert/0081_bassreflrex.jpg besucht am 17.07.2010

16.4 Mehrwegbox

Die Mehrwegbox wird für Gesang und als PA Box eingesetzt. Mit zwei oder drei Lautsprecherwegen und Reflexrohr wird ein sehr breitbandiges Beschallungssystem von guten Bässen bis zu den Höhen erreicht.

Abbildung 44 Mehrwegbox von

http://a1.images1.thomann.de/pics/expert/0081_mehrwegebox.jpg besucht am 17.07.2010

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 60

Medientechnik

16.5 Floormonitor

Da Musiker auf der Bühne im Schatten der PA stehen, muss dafür Sorge getragen werden, dass sie sich selbst hören können. Die Monitor Box ist stets keilförmig, um Rückkopplungen zu vermeiden und bietet einen linearen Frequenzgang.

Abbildung 45 Floormonitor von

http://www.lukemastin.com/testing/cabaret/photos/photo6_large.jpg besucht am 17.07.2010

16.6 Expotential

Bei den Expotentialboxen wird vor oder hinter den Lautsprecher ein Horn gesetzt, wodurch sich der Schalldruck sehr verstärkt. Es gibt drei Typen von Expotentialboxen. Der Front Loaded Bin, bei dem der Trichter vor dem Lautsprecher angebracht ist wodurch die Mitten verstärkt werden. Der Folded Horn Bins, wo der Lautsprecher nach Innen strahlt und das Horn sich stufenweise nach außen entfaltet sowie der Rear Loaded Bin, der den Schall nach vorne abstrahlt und den rückwärtigen Schall phasenrichtig dazu addiert.

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 61

Medientechnik

16.7 Bandpäss

Bei der Bandpass Box stahlen mehrere Lautsprecher in eine Resonanzkammer. So können sehr hohe Schalldrücke aufgebaut werden.

Abbildung 46 Doppelt ventiliertes Bandpass Gehäuse von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Bassreflex-Gehäuse_%282x%29_%28enclosure%29.png besucht am 17.07.2010

16.8 Koaxial

Der Koaxiallautsprecher kommt im Studiobereich zum Einsatz. Er hat den Vorteil dass er wenig Platz benötigt und einer idealen punktförmigen Schallquelle nahe kommt.

16.9 Line Array Boxen

Line Array Boxen werden platzsparend in ein Traversensystem integriert. Durch Abstimmung der Waveguides werden enge vertikale Schallabstrahlwinkel erreicht. So kann man mit Line Arrays in großen Hallen oder bei Open-Airs den Publikumsbereich effizient beschallen. Line Arrays haben eine große Reichweite, sind kompakt in Gewicht und beim Transport.

17. Beschallung und Montage

Im bisherigen Verlauf der Arbeit wurde großteils auf die theoretischen Grundlagen der Akustik eingegangen. Es wurden weiters die am häufigsten verwendeten technischen Mittle zur Schallwandlung, Aufnahme, Verarbeitung, und Wiedergabe erläutert. Im Folgenden wird auf unterschiedliche Möglichkeiten der Anwendung eingegangen. Zunächst wird mit einem Überblick über die theoretischen Grundlagen der

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Medientechnik

Raumbeschallung begonnen, anschließend werden praktische Konzepte der Beschallungstechnik erläutert.

17.1 Inverse Square Law

Das Inverse Square Law beschreibt eine der großen Herausforderungen bei der Beschallung. Es besagt: pro Verdopplung der Entfernung von einer punktförmigen Schallquelle gibt es einen Schalldruckverlust um 6 dBSPL. Der größte Schalldruckverlust tritt in den ersten 30m ein, wo er ca. 30 dBSPL beträgt.

Weiters müssen bei der Beschallung die Reflexionsgesetze beachtet werden, da die Schallreflexion große Auswirkungen haben: je höher der Direktschallanteil, desto besser ist die Sprachverständlichkeit, je stärker die Reflexionen, desto mehr lässt die Sprachverständlichkeit nach..

Abbildung 47 Zusammenhang von Direktschall und Diffusschall und die Wirkung auf die Sprachverständlichkeit von Michael Geyer

Um diesem Problem entgegen zu wirken, gibt es verschiedene Ansätze. Einer davon ist der Einsatz von Delay Lines. Dabei werden entfernungsversetzt zur Main PA Boxensysteme aufgestellt. Da der Schall Zeit benötigt, um sich auszubreiten, muss die Delay Zeit berechnet werden, mit welcher die Boxen das Signal zeitverzögert zur Main PA

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Medientechnik

abspielen, um „in Time“ zu wirken. Grundsätzlich kann mit 3 ms/m bei 20°C gerechnet werden.

17.2 Stereo Beschallung im Studio

Will man im Studio einen Stereoeindruck erreichen werden die Lautsprecher so positioniert, dass sie zusammen mit dem Hörer ein gleichseitiges Dreieck bilden. Die Lautsprecher sollte nicht in einer Ecke sondern wenn möglich an einer flachen Wand stehen. 46

Abbildung 48 Positionierung von Stereo Lautsprechern von Michael Geyer

17.3 Mehrkanal Beschallung im Studio

Bei einer Surround Beschallung ist zu beachten, dass alle Lautsprecher dieselbe Entfernung vom Hörort haben und in der selben Ebene positioniert werden. 47

Abbildung 49 Lautsprecheranordnung nach ITU-R von Michael Geyer

⁴⁶ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

⁴⁷ Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001

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17.4 Saalbeschallung bei fester Installation 48

An die Beschallungsanlagen in Sälen werden unterschiedlichste Anforderungen gestellt. Hauptziel ist es, jeden Zuhörerplatz gleichmäßig und ausreichend mit Direktschall zu versorgen und den natürlichen Klangeindruck zu bewahren.

Abbildung 50 Raumbeschallungskonzepte von Michael Geyer

1. Zentralbeschallung von den Seiten 2. Zentralbeschallung von Oben 3. Rampenlautsprecher 4. Zusätzliche Wandbeschallung 5. Semi- Zentralbeschallung

17.4.1 Zentralbeschallung

Eine Möglichkeit der Beschallung von Bühnen ist es, zwei Lautsprecher, einen links und den anderen rechts jeweils auf der Seite der Bühne zu positionieren (siehe Abbildung 59 Lautsprecher 1). Beide Lautsprecher erhalten dabei dasselbe Signal. Diese Technik ist einfach zu realisieren, hat jedoch den Nachteil, dass der Schalldruck in den vorderen Reihen sehr stark ist, wodurch es auch zu einer Fehlortung kommt. Ab den mittleren Sitzreihen haben Zuhörer einen guten Klageindruck.

Lautsprecher, die oberhalb der Bühne befestig werden, können das ganze Publikum beschallen. Es muss bei der Montage auf den richtigen Winkel geachtet werden. Oft

⁴⁸ Michael Dickreiter, Handbuch der Tonstudiotechnik, Band 1, 6.Auflage, Saur 1997

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18. Forschungsergebnis

Diese Arbeit ist im Ansatz ein Handbuch über die Grundlagen der Audiotechnik. Ziel war es, ein Nachschlagewerk für Anfänger zu verfassen. Im Laufe der Arbeit hat sich herausgestellt, dass vieles einem auf dem Gebiet Unerfahrenen nahe gebracht werden muss, was für den Audiotechniker selbstverständlich ist. Das gesamte bekannte Wissen über Tontechnik in dieser Arbeit darzustellen, war nicht möglich, vielmehr konnten manche wichtige Kapitel nur kurz angeschnitten werden, einiges musste überhaupt weggelassen bzw. auf den Verweis auf externe Literatur reduziert werden. Gerade die kompakte Darstellung hat sich als schwierig herausgestellt. So wurde die Arbeit deutlich länger als anfänglich geplant, obgleich manche Aspekte und Bereiche nur kurz erwähnt werden konnten bzw. überhaupt weggelassen werden mussten, da sie den Umfang der Arbeit überschritten hätten. Immer wieder musste ein Kompromiss gefunden werden, um doch einen größeren Teil der Materie abzudecken, ohne sich zu sehr in Details zu verlieren, gleichzeitig aber nicht auf die Erklärungen der wichtigsten Grundbegriffe zu verzichten. Eine Erweiterung dieser Arbeit um die fehlenden Kapiteln bzw. eine Vertiefung und ein noch genaueres Eingehen in bestimmte Materien könnte Thema einer künftigen Masterarbeit werden. Es bleibt zu hoffen, dass trotz der vielen Abstriche diese Arbeit eine Hilfestellung beim Erlernen und bei der praktischen Arbeit mit der Audiotechnik sein wird.

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20. Literaturverzeichnis

Hannes Raffaseder, „Audiodesign“ Fachbuchverlag Leipzig 2002

Hubert Henle, „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage, Carstensen 2001

Roland Enders, „Das Homerecording Handbuch“, 2 Auflage, Carstensen 1999

Frank Pieper, „das PA Handbuch“, 3 Auflage, Carstensen 2005

Andreas Ederhof, das Mikrofonhanbuch", 2 Auflage, Carstensen 2006

Stefan Weinzierl, „Handbuch der Audiotechnik“, Springer 2008

Michael Dickreiter, Handbuch der Tonstudiotechnik, Band 1, 6.Auflage, Saur 1997

Thomas Görne: Mikrofone in Theorie und Praxis. 2. Auflage 1996

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Medientechnik

21. Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 : Schematische Teilskizze des menschlichen Gehörs, vom Michael Alexander

Geyer....................................................................................................................................................9!

Abbildung 2 : Darstellung des Hörfelds, aus http://www.silcom.com/~aludwig/images/Fletcher-

Munson.jpg besucht 30.07.2010 .........................................................................................................11!

Abbildung 3 : Darstellung des Hörfelds, aus

http://www.sandwichbau.de/bilder/artikel/akustik/02.gif besucht 30.07.2010.......................................12!

Abbildung 4 : Kopfbezogenes Koordinatensystem, aus Alexander Lindau und Stefan Weinzierl,

Handbuch der Audiotechnik, 2008 .......................................................................................................13!

Abbildung 5 : Schematische Darstellung der Link-Rechts Wahrnehmung, aus Alexander

Lindau und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, 2008 ........................................................13!

Abbildung 6 : Schematische Darstellung der Luftverdichtung bei einem Schallereignis, aus

http://www.datacomm.ch/albo/Schallwelle.htm besucht 02.07.2010....................................................14!

Abbildung 7 : Schematische Darstellung einer Schwingung, aus

http://www.indecentmusic.com/blog/wp-content/uploads/2009/06/amplitude-and-frequency.png,

besucht 30.06.2010..............................................................................................................................15!

Abbildung 8 : Tabellarische Darstellung der Schallgeschwindigkeit in unterschiedlichen Medien, aus Hubert Henle „das Tonstudio Handbuch“ 5 Auflage Carstensen 2001 ...........................16!

Abbildung 9 : Foto des „schalltoten Raums“ der Technischen Universität Berlin von

http://www.milchhof.net stand 02.07.2010 ...........................................................................................18!

Abbildung 10 : Darstellung des Schalleinfalls auf eine Ebene Fläche, aus Alexander Lindau

und Stefan Weinzierl, Handbuch der Audiotechnik, 2008 ....................................................................19!

Abbildung 11 : Tabellarische Darstellung von unterschiedlichen Materialen und deren Absorptionsgraden, aus Michael Dickreiter, Handbuch der Tonstudiotechnik, Band 1, 6.Auflage,

Saur 1997.............................................................................................................................................20!

Abbildung 12 : Zeitlicher Aufbau des Schallfelde, von Michael Geyer...........................................21!

Abbildung 13 : Tabellarische Darstellung für Richtwerte von Nachhallzeiten, aus Michael

Dickreiter, Handbuch der Tonstudiotechnik, Band 1, 6.Auflage, Saur 1997 ........................................22!

Abbildung 14 : Zusammenhang zwischen Lautheit und Lautstärkepegel, von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/c/c7/Akustik_phon2sone3.jpg besucht am 03.07.2010 .......23!

Abbildung 15 : Darstellung der D/A Wandlung eines Signals, von Technology & Engineering ,

John Watkinson, Focal Press 1996......................................................................................................24!

Abbildung 16 : Analoges Signal und daraus resultierendes gesampeltes Signal,

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6e/Sampled_signal.png am 03.07.2010................25!

Abbildung 17 : Darstellung der Quanisierung eines Signals mit 2 Bit und 4 Bit , aus Mathias

Hussinski, Distribution und Archivierung von Audiosignalen, WS2009................................................26!

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 72

Medientechnik

Abbildung 18 : Maskierungseffekt, von Michael Alexander Geyer...................................................30!

Abbildung 19 : Vergleich zwischen DVD-VIDEO und DVD-AUDIO ................................................34!

Abbildung 20 : XLR Anschluss , von http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/Xlr-

connectors.jpg besucht am 08.07.2010 ...............................................................................................35!

Abbildung 21 : XLR Anschluss , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/XLR_pinouts_de.svg besucht am 08.07.2010 .36!

Abbildung 22 : Symmetrischer Klinke Anschluss , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/XLR_pinouts_de.svg besucht am 08.07.2010 .36!

Abbildung 23 : Unsymmetrischer Klinke Anschluss , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/3mm5_jack_3_norm.svg besucht am

08.07.2010 ...........................................................................................................................................37!

Abbildung 24 : Verbindung Stereoklinke / XLR , von Michael Alexander Geyer.............................37!

Abbildung 25 : Klinken Stecker Ausprägungen, von http://de.wikipedia.org/wiki/Klinkenstecker

besucht am 08.07.2010........................................................................................................................38!

Abbildung 26 Speakon Stecker , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Neutrik_Speakon.jpg besucht am 08.07.2010 .39!

Abbildung 27 Wandlungsprinzip des Kondesatormikrofons , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/Kondensatormikrofon.svg besucht am

10.07.2010 ...........................................................................................................................................40!

Abbildung 28 Dynamischen Mikrofon Sennheiser e840 , von

http://www.sennheiser.com/sennheiser/home_de.nsf/root/private_microphones_wired_evo800_00

9894?Open&row=2 besucht am 12.07.2010........................................................................................41!

Abbildung 29 Wandlungsprinzip des Dynamischen Mikrofons , von

http://www.sengpielaudio.com/ArtenDerSchallumwandlungDurchMikr.pdf besucht am 12.07.2010 ...41!

Abbildung 30 Funktionsprinzip des Grenzflächen Mikrofons, von Michael Alexander Geyer ......42!

Abbildung 31 Acht (Bidirectional) , von http://de.wikipedia.org/wiki/Richtcharakteristik am

12.07.2010 ...........................................................................................................................................44!

Abbildung 32 Funktionsweise des Druckgradientenempfängers , von http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/83/Druckgradientenempfänger.png am

12.07.2010 ...........................................................................................................................................44!

Abbildung 33 Niere (Unidirectional) , von http://www.zettt.de/tontechnik/tontechnik-fur-dummies-

was-ist-eine-richtcharakteristik/ besucht am 26.07.2010 .....................................................................45!

Abbildung 34 Acht (Bidirectional) , von http://de.wikipedia.org/wiki/Richtcharakteristik am

12.07.2010 ...........................................................................................................................................45!

Abbildung 35 Aufnahmewinkel 90° der Mikrofone bei der X-Y Stereomikrophonie von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/XY-Stereo.png..................................................49!

Abbildung 36 M - S Signalverarbeitung am Mischpult , von

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8a/MS_stereo.svg .................................................49!

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Medientechnik

Abbildung 37 Abstand zw. Den Mikrofonen bei der AB Technik von

http://www.filmebase.pt/Aplic/decca-tree-e.gif besucht am 14.07.2010...............................................51!

Abbildung 38 Hochpassfilter von Michael Geyer..............................................................................55!

Abbildung 39 Tiefpassfilter von Michael Geyer ................................................................................56!

Abbildung 40 Bandpassfilter von Michael Geyer.............................................................................56!

Abbildung 41 Kennlinie des Kompressors von Alexander Lindau, „Handbuch der

Audiotechnik“, Springer 2008 ...............................................................................................................57!

Abbildung 42 Abstand zw. Den Mikrofonen bei der AB Technik von http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3c/Lautsprecher_Schema.svg besucht am

14.07.2010 ...........................................................................................................................................59!

Abbildung 43 Bassreflexbox von

http://a2.images1.thomann.de/pics/expert/0081_bassreflrex.jpg besucht am 17.07.2010 ..................60!

Abbildung 44 Mehrwegbox von

http://a1.images1.thomann.de/pics/expert/0081_mehrwegebox.jpg besucht am 17.07.2010 .............60!

Abbildung 45 Floormonitor von

http://www.lukemastin.com/testing/cabaret/photos/photo6_large.jpg besucht am 17.07.2010............61!

Abbildung 46 Doppelt ventiliertes Bandpass Gehäuse von http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Bassreflex-

Gehäuse_%282x%29_%28enclosure%29.png besucht am 17.07.2010 .............................................62!

Abbildung 47 Zusammenhang von Direktschall und Diffusschall und die Wirkung auf die

Sprachverständlichkeit von Michael Geyer......................................................................................63!

Abbildung 48 Positionierung von Stereo Lautsprechern von Michael Geyer................................64!

Abbildung 49 Lautsprecheranordnung nach ITU-R von Michael Geyer ........................................64!

Abbildung 50 Raumbeschallungskonzepte von Michael Geyer ......................................................65!

Abbildung 51 Versorgungsfläche eines Lautsprechers von Michael Geyer ..................................66!

^{Michael - Alexander Geyer, 2010} 74