Tongestaltung SS 2002

Tongestaltung
TM H. Achtergarde / Dipl.Ing. U. Reiter
SS2002
Studentenmitschrift von Janko Ramuscak
Wahlpflichtfach Tongestaltung, SS 2002 – Mitschrift von Janko Ramuscak
Literatur:
- Dickreiter, „Handbuch der Tonstudiotechnik“
- Jürgen Meyer, „Akustik und musikalische Aufführungspraxis“
Projektarbeit:
Länge 1:00 bis 1:30
Probleme bei der Aufführung / Reproduktion von Musikstücken
Man sieht, dass die Perzeption der musikalischen Idee immer unterschiedlich ausfällt. Der Musiker muss die
Noten des Komponisten interpretieren, kann bei zeitgenössischer Musik evtl. auch noch Rücksprache mit dem
Komponisten halten. Dennoch gelingt es ihm in der Regel nicht, die Idee des Komponisten exakt zu erfassen.
Bei der öffentlichen Aufführung kommen noch weitere Faktoren hinzu. Der Musiker ist unter anderem abhängig
von der Raumakustik, in der er spielt, ebenso von der Reaktion des Publikums (handelt es sich um eine Aufzeichnung ohne Publikum, entstehen hierdurch weitere Probleme). Auch die Beschaffenheit des Instrumentes,
auf dem er spielt, hat großen Einfluss auf die Vermittlung der musikalischen Idee, die der Künstler im Kopf hat.
Das Publikum findet oft eine ganz andere Raumakustik vor als der Musiker, vor allem wenn es sich nicht um ein
Livekonzert sonder um eine Übertragung oder um die Wiedergabe einer Aufzeichnung handelt. Somit unterscheidet sich die musikalische Idee, die das Publikum erfasst, wieder mehr oder weniger stark von der Vorstellung des Künstlers und erst recht von der eigentlichen Vorgabe des Komponisten.
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Wahlpflichtfach Tongestaltung, SS 2002 – Mitschrift von Janko Ramuscak
Psychoakustische Phänomene / Hörempfindung
Verdeckungseffekte
Spektrale Verdeckung
Ein lauter Ton kann leisere, dicht neben der Frequenz des lauten
Tones liegende Signalanteile verdecken.
Auffällig am Beispiel eines 1kHz Sinus-Verdeckungstones: Der
Bereich der Verdeckung ist zu höheren Frequenzen hin deutlich
weiter ausgeprägt.
Zeitliche Verdeckung
Neben der spektralen Verdeckung gibt es auch eine kurze Zeitspanne vor und ein etwas längeres Intervall nach einem Signal, in
dem Schallereignisse nicht wahrgenommen werden.
Das sogenannte Premasking (Vorverdeckung) erstreckt sich über
einen Bereich von ca. 20 – 50ms vor einem Schallereignis, das
Postmasking (Nachverdeckung) wirkt noch ca. 150 – 200ms nach
dem Schallereignis.
Veränderte Tonhöhenwahrnehmung
Mit steigender Lautstärke verändert sich die Tonhöhenwahrnehmung, aber je nach Frequenz ist dieser Effekt unterschiedlich.
Während ein Ton der Frequenz 1-2kHz seine Tonhöhe nicht zu
verändern scheint, nimmt man darüberliegende Frequenzen mit
steigender Lautstärke als noch höher war; tiefe Frequenzen scheinen zu höheren Pegeln hin abzusinken.
Der Grund dafür liegt in der Anregung benachbarter Zonen auf der
Basilaarmembran mit steigenden Pegeln, sodass die wahrgenommene Frequenz ein Mischprodukt aus der tatsächlichen und den
„Mitschwingern“ ist.
Oktavspreizung
Das Intervall einer Oktave wird vom Gehör nicht unbedingt als die exakte Verdoppelung der Frequenz bestimmt,
sondern unterliegt einer leichten Spreizung, d.h. es wird erst eine etwas höhere Frequenz als die doppelte als
Oktave empfunden.
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Bandbreite
Wie breit muss der (für Musik) notwendige Übertragungsbereich sein?
Faustformel: Produkt aus unterer & oberer Grenzfrequenz fu * fo ≅ 400.000 – 500.000 Hz2
Klangbilder deren Produkt nach der Faustformel unterhalb von 400.000 liegt, werden in der Regel als „zu dunkel“, solche deren Produkt über 500.000 liegt, als „zu hell“ empfunden.
Zum Erhalt der psychoakustischen spektralen Ausgewogenheit kann es notwendig sein, bei starker Tiefpassfilterung auch eine entsprechende Hochpassfilterung durchzuführen.
Verzerrungen
Das Ohr nimmt nichtlineare Verzerrungen je nach Signalform ab 0,3% bzw. ab 0,5% wahr. Die Wahrnehmung
von Laufzeitverzerrungen ist extrem abhängig von der Art des Signals.
Lautstärkeempfindung
Signale gleicher Amplitude, aber unterschiedlicher Dauer werden als unterschiedlich laut empfunden. Dieser
Effekt ist nur schwach frequenzabhängig. (hier fehlt die Tabelle mit den Beispielen)
Einheit für die psychoakustische Lautheit: sone
1 sone ist definiert als 40 Phon
2 sone entspricht der Empfindung „doppelt so laut“ und entspricht +10 Phon bzw. +10dB(SPL) @ 1kHz
0,5 sone entspricht der Empfindung „halb so laut“ und entspricht –10 Phon bzw. –10dB(SPL) @ 1kHz
Abhören mit konstantem Bezugspunkt / Bezugspegel ist wichtig!
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Räumliche Wahrnehmung
Räumliche Wahrnehmung aufgrund von Pegelunterschieden
0° - 45° von der Mitte wird in 15 Schritten à ca. 3° wahrgenommen,
45° - 90° in Schritten von 4,5°
Räumliche Wahrnehmung aufgrund von Laufzeitdifferenzen
Ab ca. 5ms tritt der Haas-Effekt auf (Gesetz der ersten Wellenfront, auch „Precedence-Effect“): Das Schallereignis wird vom Gehirn in der Richtung geortet, aus welcher die erste Schallwelle („Wellenfront“) das Ohr erreicht hat, auch wenn nachfolgende Wellenfronten einen deutlich höheren (bis ca. 10dB) Pegel aufweisen.
Zur Veranschaulichung: Einschwingzeiten verschiedener Instrumente
Englisch-Horn
Contrabass schnell
Contrabass langsam
14ms
100ms
~ 300ms
Wahrnehmung in der Medianebene (vorne, oben, hinten)
Versuche von Dr. Jens Blauert mit Terzbandrauschen, das über in der Medianebene angeordnete Lautsprecher
dargeboten wurde, haben ergeben:
Bestimmte Frequenzbereiche werden bevorzugt als „von vorne“, „oben“ oder „hinten“ wahrgenommen. Diese
Frequenzbereiche werden als die „Blauertschen Bänder“ bezeichnet.
Die Blauertschen Bänder
vorn
300 – 600 Hz
3 – 6 kHz
oben
8 – 9 kHz
hinten
800 – 2 kHz
> 10kHz
Die Anwendung dieser Erkenntnisse für die Richtungsortung in der Medianebene ist in der Praxis eher irrelevant, da ein solches Verfahren nur in einer
Laborumgebung funktionieren würde.
Sehr interessant ist dagegen die Aufteilung in Präsenz- und Absenz- bzw.
Diffusbereich.
Erfolgt eine Anhebung in den Bereichen um 315Hz und 3150Hz (je zwei Terzen breit) zusammen mit einer
relativ breiten (3 Oktaven) Absenkung um 1kHz, scheint der Klang nach vorne, auf den Hörer zu, zu rücken; er
wird präsent.
Dagegen lassen Anhebungen bei 1kHz und 10kHz (ebenfalls im Bereich zweier Terzen) zusammen mit einer
Bedämpfung (3 Oktaven breit) bei 3150Hz das Klangbild diffus bzw. absent erscheinen.
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Stereo- / Hauptmikrofonieverfahren
Pegeldifferenzstereophonie (auch: Koinzidenzstereophonie, laienhaft „Intensitätsstereophonie“)
Arbeitsweise: Die Richtungsinformation wird aus Pegeldifferenzen ∆L gewonnen, die zwischen zwei am gleichen Ort platzierten, aber unterschiedlich ausgerichteten Mikrofonkapseln entstehen.
Idealerweise wäre ein solches Stereomikrofon punktförmig, d.h. es gäbe keine örtliche Trennung zwischen den
beiden Kapseln und damit verbundene Interferenzen bei der Monosummierung. Reale Koinzidenzmikrophone
haben zwei logischerweise räumlich getrennte Kapseln. Da allerdings ein hoher Miniaturisierungsgrad erreicht
wird, entstehen Interferenzen nur noch bei hohen / höchsten Frequenzen, weshalb dieses Verfahren immer noch
die beste Monokompatibilität bietet.
Für die 100%ge Lokalisation einer
Schallquelle aus einem Lautsprecher
wurde empirisch eine frequenzneutrale
Pegeldifferenz von ∆L = 18dB ermittelt
(siehe Tabelle).
Hörereignisrichtung b1
∆L
C
0%
0dB
¼
25%
3dB
½
50%
6,5dB
¾
75%
11dB
4
/4
100% L bzw. R
18dB
XY - Stereophonie
Ein Standardverfahren der Koinzidenzmikrophonie ist die XY-Stereophonie
mit zwei Nierenmikrofonen, die von der Mitte aus um je 45° Grad auseinandergewinkelt sind. Die maximale Pegeldifferenz ∆L = 18dB ergibt sich für einen
Schalleinfallswinkel auf ein Mikrofon von θ = 98°.
Somit ist der Aufnahmebereich (der volle Winkelbereich, in dem alle darin
befindlichen Schallquellen bei der Wiedergabe auf der gesamten StereoLautsprecherbasis voll abgebildet werden) dieses Mikrofonsystems (bei 90°
Achsenwinkel): 2*θmax = 196°
Durch Veränderung des Achsenwinkels α, den die Mikrofone zur Hauptachse haben, kann der Aufnahmebereich
verändert werden. Dabei gilt: größere α führen zu kleineren θ und somit kleineren Aufnahmebereichen. Der
kleinstmögliche Aufnahmebereich von 2*51° = 102° entsteht für α = 180°, d.h. wenn die Nieren Rücken an
Rücken liegen.
MS – Stereophonie
Ein weiteres Standardverfahren ist die sogenannte Mitten-Seiten (MS) Stereophonie. Sie entsteht durch die Verwendung einer Achtercharakteristik zusammen mit einem Druckempfänger (Kugel). Anstatt des Druckempfängers können
allerdings auch Druckgradientenempfänger wie Niere oder Superniere eingesetzt werden, was aber zu Abstrichen bei der Aufnahme tiefster Frequenzen
führt.
Zur Wiedergabe auf einem Stereolautsprechersystem muss erst eine Matrizierung des MS–Signals durchgeführt werden. Dazu werden drei Kanäle benötigt;
zu dem Mittensignal können so die beiden gewonnen Seitensignale beliebig
beigemischt werden, um die Stereobasisbreite zu beeinflussen.
L = M + S (d.h. phasenrichtiges Seitensignal wird auf einem Kanal nach links gepant)
R = M – S (d.h. das phasengedrehte Seitensignal wird auf einem zweiten Kanal nach rechts gepant)
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Laufzeitstereophonie
Arbeitsweise: Die Richtungsinformation wird aus den Laufzeitdifferenzen zweier räumlich getrennt angeordneter Mikrofonkapseln gewonnen.
Für die 100%ge Lokalisation einer
4
¼
½
¾
/4
Hörereignis- C
Schallquelle aus einem Lautsprecher
0% 25%
50%
75%
100% L bzw. R
richtung b2
auf der Stereobasis wurde empirisch
0ms 0,23ms
0,48ms
0,81ms
1,5ms
eine Laufzeitdifferenz der Inter- ∆t
channel-Signale von ∆t = 1,5ms ermittelt.
Dies gilt nur für breitbandige Sprach- und Musiksignale. Bei kurzen Impulsen genügt schon ein ∆t von nur 1ms,
spezielle Stoßsignale (Klicks) werden bereits ab 0,8ms Laufzeitdifferenz auf einem Lautsprecher geortet (Untersuchung von A. Gernemann mit hochpräzisen Biegewellen-Schallwandlern [Manger?] ).
AB – Stereophonie
Dieses Verfahren, das mit zwei Druckempfängern arbeitet, ist das einzige rein
auf Laufzeitdifferenzen basierende Verfahren. Sobald Druckgradientenempfänger zum Einsatz kommen, fallen aufgrund ihrer Richtcharakteristik zusätzlich Pegeldifferenzen ins Gewicht.
Es lässt sich der benötigte Schalleinfallswinkel θ auf das AB-Mikrofonsystem
in Abhängigkeit von der Mikrofonbasis a berechnen, für den unter Berücksichtigung der emiprisch ermittelten Laufzeitdifferenz ∆t=1,5ms gerade die
Lokalisation auf einem Lautsprecher auftritt. Die benötigte Basis liegt bei genau 51,54cm und ergibt einen maximalen Aufnahmebereich von 2 * 90° = 180°.
Dabei fällt auf, dass sich die Hörereignisrichtung nicht linear mit dem Schalleinfallswinkel ändert; zwischen
75% und 100% Hörereignisrichtung wird eine deutlich größere Änderung des Schalleinfallswinkels benötigt.
Achtung: Unter den genannten Bedingungen muss die Position von Schallquelle und Mikrofonie zueinander
derart beschaffen sein, dass sich die äußersten Enden der Schallquelle tatsächlich ±90° von der Hauptachse, also
neben den Mikrofonen befinden.
Äquivalenzstereophonie
Arbeitsweise: Die Richtungsinformationen werden sowohl aus den Laufzeitunterschieden als auch aus den Pegeldifferenzen zweier räumlich getrennt angeordneter Druckgradientenempfänger (hier: Nieren) gewonnen.
Wichtig hierbei ist, dass die Laufzeit- und Pegeldifferenzen gleichsinnig sind.
ORTF –Verfahren
Das ORTF-Verfahren wurde von Technikern der französischen Rundfunkanstalt (früher: ORTF) entwickelt. Die gefundenen Werte für Kapselabstand und
–winkel wurden empirisch ermittelt, und nicht, wie teilweise fälschlich vermutet, vom Ohrabstand abgeleitet. Das Verfahren arbeitet mit zwei Nierenmikrofonen, die ein einem Winkel von ± 55° zur Hauptachse angeordnet sind
(entspricht 110° Mikrofonwinkel). Der Kapselabstand beträgt exakt 17cm.
Das ORTF-Verfahren ist besonders wegen seines guten Kompromisses zwischen Ortbarkeit und Räumlichkeit und wegen des vergleichsweise unkritischen Verhaltens bezüglich des Aufstellungsortes sehr beliebt (Musik, Film,
etc.).
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Trennkörperstereophonie
Arbeitsweise: Um den Höreindruck vor allem bei Kopfhörerwiedergabe möglichst realistisch zu machen, bedient man sich sogenannter „Trennkörper“, die zwischen zwei im „Norm-Ohrabstand“ (17,5cm) aufgestellten
Mikrofonkapseln installiert werden. Dadurch entstehen frequenzabhängige Abschattungen, die jenen des
menschlichen Kopfes ähneln. Zudem kommen Druckempfänger zum Einsatz, die bauartbedingt gegenüber den
bei den Äquivalenzstereophonieverfahren verwendeten Druckgradientenempfängern eine bessere Tieftonaufnahme (theoretisch bis 0Hz) ermöglichen.
OSS-bzw. Jecklin-Verfahren („Optimales Stereo System“)
Zwischen zwei leicht angewinkelten Druckempfängern im Abstand von 17,5cm ist eine
kreisförmige Trennscheibe mit 30cm Durchmesser angebracht. Die Trennscheibe ist mit
leicht absorbierendem Material beklebt.
Kugelflächenmikrofon
Zwei Druckempfänger sind in eine Kugel mit einem Durchmesser von ca. 20cm
eingebracht. Der Vorteil gegenüber dem OSS-Verfahren besteht darin, dass keine
Reflexionen wie an der Trennscheibe auftreten, entsprechende Kammfiltereffekte
also vermieden werden.
Liegen Wellenlänge und Grösse des Trennkörpers in ähnlichen Bereichen, hat die
Form des Trennkörpers entscheidenden Einfluss auf die Abschattungseffekte; eine
Kugel ist diesbezüglich optimal, was zu einer aussergewöhnlich guten Tiefenstaffelung der Aufnahme führt. Auch die Wiedergabe über Lautsprecher ist sehr plastisch, ansonsten ist es im Klangcharakter dem AB Verfahren ähnlich.
Der Aufnahmebereich beträgt in etwa ± 45° = 90°, ist also etwas kleiner als beispielsweise beim ORTF Verfahren.
Kunstkopfmikrofonie
Den realistischsten Klangeindruck – aber nur bei KH Wiedergabe! - bietet die
Kunstkopfstereophonie. Hierbei wird ein kopfförmiger Trennkörper mit nachgebildeten Ohrmuscheln verwendet.
Die allerhöchste Wiedergabetreue über Kopfhörer, inklusive korrekter Ortung in
der Medianebene, ist mit diesem System erreichbar, wenn am Kunstkopf Abgüsse der Ohrmuscheln des jeweiligen Hörers angebracht werden. Somit eignen
sich Aufnahmen mit angepassten Kunstköpfen hervorragend dazu, das Klangbild verschiedener Räume unter realistischen Hörbedingungen zu vergleichen.
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Stützmikrofonverfahren
Zur Korrektur von „Unterbetonungen“ einzelner Instrumente oder Instrumentengruppen im Klangbild einer
Aufnahme können zusätzliche Mikrofone eingesetzt werden, die entsprechend nah an der zu „stützenden“
Schallquelle positioniert werden, sogenannte „Stützmikrofone“.
spezieller Mikrofontyp: PZM (Pressure Zone Microphone) – das Grenzflächenmikrofon
Ein Druckempfänger wird in eine Grenzfläche „eingebracht“ (Konstruktion: Flache Platte mit integrierter Kapsel, die an Boden, Wand oder Decke befestigt.
Es ergibt sich theoretisch eine frequenzunabhängige Halbkugelcharakteristik mit dem Vorteil eines 6dB höheren
Schalldrucks (wegen der Schallaufnahme an einer Grenzfläche).
Allerdings: Die Wand muss die Schallwellen auch reflektieren (d.h. ihre Größenverhältnisse müssen mindestens
jenen der tiefsten aufzunehmenden Frequenz entsprechen, außerdem darf die Wand kein Schallabsorber sein)
PZM werden gerne auch als Overheads eingesetzt, was aufgrund der dann kleinen verfügbaren Grenzfläche eine
Anhebung der hohen Frequenzen zur Folge hat.
Klangfarbenabhängigkeit bei Mikrofonen
Doppelmembranmikrofone:
Umschaltbare Charakteristik durch verschiedene Zusammenschaltung der beiden Membranen. Gleichsinnige
Zusammenschaltung erzeugt Kugel-, gegensinnige Zusammenschaltung Achtercharakteristik.
Bauartbedingt ist die Richtcharakteristik frequenzabhängig. Dies ist bei der Achtercharakteristik am wenigsten,
stärker aber bei Nieren- und Kugelcharakteristik ausgeprägt.
Grundsätzlich nimmt die Richtwirkung zu hohen Frequenzen zu bzw. ist bei niedrigen Frequenzen fast nicht
vorhanden, so ähnelt das Polardiagramm einer Niere bei ca. 100Hz mehr dem einer Kugel. Andersherum macht
sich auch bei einem Druckempfänger bei höheren Frequenzen eine Abschattung durch das Mikrofon selbst bemerkbar, da die Wellenlänge des einfallenden Schalls in der Größenordnung der Kapsel liegt.
Eine Ausnahme hierzu bildet die natürliche Achtercharakteristik. Hier handelt es sich um eine einzelne
Membran, kein Doppelmembranmikrofon. Diese hat ein frequenzunabhängiges Polardiagramm in Achterform.
Großmembranmikrofone
- bieten eine extreme Empfindlichkeit durch die große Membranfläche bei niedrigem Störpegel (Beispiel:
Neumann TLM103 mit 7dB(A) / 17,5dB(CCIR) Ersatzgeräuschpegel, Dynamik >100dB)
- weisen eine Bündelung zu hohen Frequenzen auf (bedingt durch die Größe der Kapsel)
Mikrofon-Arrays
Beispielhaft: Das Strauss-Paket
Ein Druckempfänger und eine Niere (im Bild eine Superniere) werden koinzident montiert. Durch das Variieren der Anteile der beiden Kapseln in der
Mischung lassen sich „virtuelle Mikrofone“ mit beliebigen Polardiagrammen
zwischen Kugel und Niere (hier: Superniere) erzeugen.
Bei der direkten Zusammenschaltung mit einem Y-Kabel entsteht eine breite
Niere. Das so betriebene Strauss-Paket zeichnet sich durch einen offenen
Klang aus und wird gerne in der Kammermusik verwendet.
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Kammfiltereffekt
Was auch immer mikrofoniert wird, überall ist der so
genannte Kammfiltereffekt zu beachten. Da ein Mikrofon oft nicht nur den Direktschall einer Quelle, sondern
auch dessen Reflexionen aufnimmt, kann es in Abhängigkeit von Korrelation und Amplitude zu frequenzabhängigen Additions- und Auslöschungseffekten kommen. Aufgrund des Aussehens, das den Zinken eines
Kammes ähnelt, spricht man hier vom Kammfiltereffekt. Dieser macht sich durch starke Verfärbungen im Klangbild bemerkbar, die einen „metallischen“ Klang
erzeugen. Der Kammfiltereffekt kann auch durch mehrere nahe an derselben Schallquelle aufgestellte Mikrofone
hervorgerufen werden.
Die Formanten
Viele Quellen haben einen oder mehrere klar definierte Frequenzbereiche, an denen ein Energiemaximum liegt,
das unabhängig von der gerade erzeugten Tonhöhe auftritt. Diese Frequenzbereiche heißen Formanten dieser
Quelle und sind charakteristisch für ihre Klangfarbe.
Sehr wichtig sind die Formanten der in unseren Breiten gebräuchlichen Vokale:
„s“ und Zischlaute liegen bei etwa 6 – 10kHz, dröhnende Geräusche meist um die 100Hz
weitere Beispiele:
„Horn“-Formanten bei ca. 500Hz
Klarinette hat in tiefen Lagen einen rechteck-ähnlichen hohlen Klang, in den höheren Lagen wird der Klangeindruck „runder“
Die musikalische Lautstärke (p, mp, f, ff) hat Einfluss auf die Klangfarbe. Je lauter ein Instrument gespielt wird,
desto mehr Obertöne treten auf, bei leisem Spiel erscheint der Klang „dunkler“.
Die Verteilung von Geräuschkomponenten ist für die Klanggestaltung und das Erkennen von Instrumenten sehr
wichtig.
Bemerkung: Der erste Oberton eines Kontrabasses hat einen wesentlich höheren Pegel als der Grundton. Bestimmte Töne können messtechnisch gar nicht leise gespielt werden, abhängig von der Physik des Instruments.
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Berücksichtigung des Abstrahlverhaltens bei der Aufnahme
Es gibt drei wichtige Elemente der Klangcharakteristik eines Instruments:
1) Zeitverhalten
2) Geräuschkomponenten
3) Abstrahlcharakteristik des Instruments
Grundsätzlich wird in drei Gruppen unterteilt:
a) Punktstrahler
geben den größten Teil ihrer Schallinformation in einem Punkt ab,
z.B. die Blechbläser.
b) Gruppenstrahler
Holzblasinstrumente sind in der Regel Gruppenstrahler. Das bedeutet, dass unterschiedliche Komponenten des Gesamtklanges
von unterschiedlichen Punkten/Bereichen des Instrumentes abgegeben werden. Bei der Mikrofonierung eines Saxophones werden
unterschiedliche Klangcharakteristika aufgezeichnet, je nachdem
ob man es an den Klappen, am Trichter oder unterhalb des Trichters abnimmt (siehe auch Abbildung rechts).
c) Flächenstrahler
geben die Schallinformation wie der Name schon sagt, sehr „flächig“ ab. Beispielhaft seien alle Streichinstrumente, Klavier und
Pauke genannt. Besonders am Beispiel Geige wird deutlich, daß es
wichtig ist, ob der Geiger mit dem Geigenboden oder der Decke
des Instruments zum Publikum sitzt (= mit seiner rechten oder seiner linken Körperseite). An der Geigendecke findet eine relativ
gleichmäßige Abstrahlung statt, während auf der Bodenseite ein
deutlich dunklerer Klang abgegeben wird.
Beispiel:
Änderung der üblichen Orchesteraufstellung in den 30er Jahren –v.a. Anordnung der Streichinstrumente
Bis dahin „üblich“: deutsche Aufstellung:
1. und 2. Geige sitzen hintereinander links vom Dirigenten, Celli, Violas
und Kontrabässe sitzen rechts.
Seit den 30er Jahren etabliert: amerikanische Aufstellung
Hier sitzt die 1. Geige mit der rechten (=Geigendecke), die 2. Geige mit
der linken Seite (= Geigenboden) zum Publikum.
Vorteile der amerikanischen Aufstellung:
- sehr unterschiedliche Klangfarben zwischen 1. und 2. Geige
- starke räumliche Verteilung möglich (links-rechts)
- 1. Geige klingt transparenter, weil die dahintersitzenden Celli
einen akustisch „dunkleren“ Hintergrundlegen, als die 2. Geigen in der deutschen Aufstellung
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Raumakustik
Definition der Schallereignisse im Zeitbereich:
Man unterscheidet zwischen dem Direktschall, der
hier auch als Pegelbezug dient, den frühen Reflexionen (engl. „early reflections“), die als mehr oder
weniger dicht hintereinander eintreffende Einzelsignale wahrgenommen werden können, und dem diffusen Nachhall, der aus sehr vielen, nicht unterscheidbaren Reflexionen besteht.
Einschwingzeit eines Raumes (Auf- und Abbau des
Schalldrucks im diffusen Schallfeld):
Betrachtet man nur den diffusen Anteil – zum Beispiel aus der Sicht eines Zuhörers im diffusen Schallfeld - entsteht eine leicht veränderte Darstellung.
Mit Beginn des (für dieses Beispiel nicht impulshaften) Schallereignisses beginnt auch der sogenannte
Anhall; das diffuse Schallfeld wird durch kontinuierliche Anregung des Raumes aufgebaut, der Pegel
nimmt zu. Nach einer bestimmten Zeit (das Schallereignis dauert noch an) gibt es keine weitere Pegelzunahme,
das diffuse Schallfeld ist etabliert. Mit Beendigung der Raumanregung durch das Schallereignis verbleibt nur der
Nachhall, also der exponentielle Abfall des Schalldruckpegels um 60dB.
Schallreflexion
Eine Analogie zum Reflexionsgesetz in der Optik
εein=εaus besteht nur, wenn die reflektierende Fläche
groß gegenüber der Wellenlänge des einfallenden
Schalls ist.
Ähnliches gilt für Flächen, die eine Strukturierung
aufweisen. Ist die Wellenlänge des Schalls wesentlich größer als die Struktur, dann erfolgt eine „normale“ Reflexion (unter Berücksichtigung der Flächengröße).
Interessant wird es, wenn die Strukturtiefe ungefähr
¼ - ½ λ entspricht und die Struktur eine Periode von
1 - 2λ aufweist. In diesem Fall wirkt die Fläche wie
ein Diffusor, es erfolgt eine Zerstreuung der einfallenden Schallwelle.
fmin steigt wenn:
- b kleiner wird
- α flacher wird (größer)
- a1, a2 größer werden
Beispiele:
a1 = 10m
a2 = 20m
b = 1,5m
α = 45°
fmin = 4700 Hz
a1 =2m
a2 = 20m
b = 2m
α = 0° (genau senkrecht zur Fläche)
fmin = 370 Hz
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Damit der Reflektor auch den Schall reflektiert und nicht selber schwingt, muß er eine entsprechende Dichte und
Steifigkeit aufweisen ⇒ dies bedingt eine große Masse:
- für Sprache Platten mit mindestens 10 kg/m2
- für Musik / Vollbereichswiedergabe Platten mit mindestens 40 kg/m2
Schallabsorber
Es gibt 3 Grundtypen von Absorbern:
-
poröse Absorber (Schaumstoffe, Vorhänge etc.): Schallenergie wird durch Reibung in Wärme umgewandelt. Das Mindestgewicht für Vorhänge liegt dafür bei 300g/m2. Der Absorber muss natürlich luftdurchlässig sein; die größte Wirkung erzielt man bei der Positionierung im Schnellemaximum der
Schallwelle, in einer Entfernung von λ/4 von der Wand. Aufgrund der für tiefe Frequenzen großen notwendigen Dicke bzw. dem großen theoretisch notwendigen Abstand von der Wandfläche eignet sich
diese Art von Absorber eher für mittlere bis höhere Frequenzen, wie der Absoprtionsgraph zeigt.
Die untere Grenzfrequenz der Absorption in Abhängigkeit von der Dicke des Materials (für den Fall,
dass es direkt an der Wand angebracht ist) kann mit nebenstehender Formel abgeschätzt werden.
a = Absorption
f = Frequenz
fu =
-
Bassabsorber zur Wandmontage (Plattenabsorber): Der Wand wird in kleinem
Abstand eine dünne Sperrholzplatte vorgesetzt, der Zwischenraum mit locker mit
Mineralwolle gefüllt und luftdicht abgeschlossen. Durch die einfallenden
Schallwellen wird die Platte in Schwingungen versetzt und baut so Schallenergie
ab. Bauartbedingt funktioniert dieser Absorber nur für tiefere Frequenzen.
-
Helmholtz-Resonatoren: geeignet zur gezielten Bedämpfung einzelner
Frequenzbereiche, aber eher in den Mitten. Ähnlich wie beim Bassabsorber
werden Platten vor die Wand gesetzt. Allerdings werden durch eine
unterteilte Konstruktion einzelne Resonanzkammern (akustisches MasseFeder-Prinzip) erzeugt, die je nach ihren Ausmaßen bestimmte
Frequenzbereiche bedämpfen.
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8500
Hz
d ( cm )
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Die SABINEsche Nachhallformel
Der amerikanische Physiker Wallace Clement Sabine hat experimentell nachgewiesen, dass die Dauer der Hörbarkeit des Nachhalls, also die sogenannte Nachhallzeit, an jedem Punkt in einem bestimmten Raum konstant ist,
und diese Erkenntnis in der nach ihm benannten SABINEschen Nachhallformel vom Raumvolumen und der sogenannten „offenen Fensterfläche“, also derjenigen Fläche, die hochgerechnet auf die gesamte Fläche als vollständig schallabsorbierendangesehen werden kann, abhängig gemacht.
(6 ⋅ ln(10)) ⋅ 4V
T=
c ⋅ ∑α k ⋅ S k
T[s ] =
0,163 ⋅ V[m 3 ]
ist die allgemeine Formel mit c = Schallgeschwindigkeit, V= Raumvolumen in m3,
αk = Absorptionsgrad, Sk = Absorptionsfläche und T = Nachhallzeit in Sekunden.
ist die gebräuchliche Faustformel für die Annahme, dass c = 340 m/s .
A[m 2 ]
„Guter Nachhall“
Aus den frequenzspezifischen Nachhallzeiten von anerkanntermaßen „gut“
klingenden Konzertsälen lässt sich nebenstehende Kurve der Nachhallzeit über
der Frequenz aufstellen.
Man erkennt, dass ein Abfall der Nachhallzeit zu höheren Frequenzen hin als
wohlklingend und ausgewogen empfunden wird.
Hallradius
Der Hallradius eines Raumes beschreibt den
geometrischen Ort aller Punkte in Bezug auf
eine Schallquelle, an denen der Pegel des
Direktschalls und Diffusschalls gleich groß
sind.
Einfluss von frühen Reflexionen („Early Reflections – ER“) auf die Räumlichkeitswahrnehmung
ER nach
ER nach
5 – 30ms
50 – 90ms
auf Achse
auf Achse
nur größerer Lautheitseindruck
„Echo“
starke ER nach
starke ER nach
0 – 5ms
10 – 80ms
seitlich
seitlich
Veränderung der Richtungswahrnehmung
starker Raumeindruck
 „Seitenschallpegel“ (Einfall von jenseits ±20° der Hauptachse)
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Studioarbeit: Synchronisation
Erstes Auftreten des Problems beim Vertonen der ersten Filmaufnahmen: Tonbandmaschine und Filmprojektor
haben keinen ausreichenden Gleichlauf, daher ist eine Synchronisation notwendig, sonst „laufen“ Bild und Ton
„auseinander“.
Lösung: mechanische Verkoppelung von Bild und Ton durch „Perfoläufer“, d.h. Tonband und Film haben eine
gleiche Lochperforation an der Seite und werden durch starr miteinander verkoppelte Zahnräder angetrieben.
Später ging man zu sogenannten Synchronmotoren über, also Motoren deren Gleichlauf an die Netzfrequenz
gekoppelt war (über Frequenzteiler). Dadurch gab es natürlich Probleme beim gemeinsamen Verarbeiten europäischer und amerikanischer Produktionen (50Hz vs. 60Hz bzw. 25 Bilder pro Sekunde vs. 30 Bilder pro Sekunde). Um eine konstante Taktung zu gewährleisten wurde der Netzbrumm als sogenannter Pilotton auf eine extra
Tonspur aufgezeichnet.
Noch später: SMPTE Timecode als Audiosignal auf der Tonspur, dabei wurde erstmals nicht nur die Taktung
sondern auch Informationen über den aktuellen „Wiedergabeort“ (Position im Material) mit einbezogen.
Unterschied zwischen Taktung...
...und Timecode
„nur“ Referenzsignal für die richtige Wiedergabege- zusätzlich zur Taktung Informationen über die Abschwindigkeit, den richtigen „Rhythmus“
spielposition, damit ist auch Spulen im Material möglich („Slave“ Maschinen spulen automatisch auch zur
richtigen Stelle und „locken“ wieder auf das Timecodesignal)
Es besteht immer noch ein Problem: Durch die zunehmende Anzahl von elektronischen Klangerzeugern bräuchte
man sehr viele Tonspuren, will man alle Einzelsignale auch einzeln Filtern und Regeln. Während es praktisch
beliebig große Mischpulte gibt, sind auf Band in der Regel nur maximal 24 Spuren möglich um aufzuzeichnen
und mehrere Bandmaschinen zu teuer bzw. aufwendig zu synchronisieren.
Dies macht die Einführung einer neuen Methode zur Steuerung von elektronischen Klangerzeugern notwendig –
Ende der 70er Jahre wird das MIDI-Protokoll eingeführt (Musical Instruments Digital Interface). Mit diesem
seriellen Protokoll werden nur Steuerinformationen wie z.B. Zeitpunkt und Dauer eines zu spieleneden Tones,
Anschlagstärke, Sustain-Pedal etc. übermittelt (es wird quasi das „Notenblatt“ gesendet). Weitere Datenwörter
sind zur Übermittlung von Programmwechselbefehlen und zusätzlichen Controllern wie Pitch Bend oder Modulation vorgesehen. Es werden sehr bald auch Geräte entwickelt, die diese Informationen an der Zeitachse speichern und zusammen wieder ausgeben können, die sogenannten „Sequencer“. Damit kann man einen umfangreichen Park and MIDI-Instrumenten bestimmte Stücke spielen lassen, um an einem großen Mischpult z.B. eine
Stereo-Zwischensumme zu erstellen die Anstatt der vielen Einzelsignale auf Band aufgenommen wird.
Mittlerweile sind auch viele andere Geräte der Studio- und Veranstaltungstechnik mit dem MIDI-Protokoll ansprechbar (Bandmaschinen, Harddiskrecorder, Effektgeräte, digitale Patchbays und Mischpulte, Lichtstellanlagen und Mediensteuerungen etc.) und durch die Verwendung sogenannter System Exclusive Messages lassen
sich eigentlich alle erdenklichen Geräte per MIDI fernsteuern. Spezielle Softwarelösungen erlauben dabei ein
„Umrouten“ der MIDI-Signale, um Beispielsweise mit einer MIDI-Tastatur eine Lichtstellanlage zu bedienen.
Ein großes Problem bei der Verwendung von MIDI ist die Schnittstelle. Sendet man sehr viele Informationen auf
vielen der 16 möglichen MIDI-Kanäle gleichzeitig, nimmt die Geschwindigkeit der Übertragung durch die immer länger werdenden Datenworte deutlich ab, was wieder zu Synchronitätsproblemen führen kann. Dies wird
durch die Verwendung mehrerer unabhängiger MIDI-Interfaces umgangen, die auf jedem Strang nur wenige
Endgeräte versorgen müssen.
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Wahlpflichtfach Tongestaltung, SS 2002 – Mitschrift von Janko Ramuscak
Produktionsplanung
Im Vorfeld einer Musikproduktion ist eine sorgfältige Planung erforderlich, da hier viele Prozesse stark ineinandergreifen und einmal gemachte Fehler oder Versäumnisse nur sehr schwer und aufwendig oder auch gar nicht
zu beheben sind.
Grundsätzliche Überlegungen:
Mehrspur
Live- / Konzertmitschnitt
ganzes Ensemble gleichzeitig
Zweispur
Studioproduktion
Overdubs / Musiker nacheinander
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Wahlpflichtfach Tongestaltung, SS 2002 – Mitschrift von Janko Ramuscak
Beispiele aus der Aufnahmepraxis – Probleme und Lösungen
Aufnahme eines Klaviertrios (Flügel, Geige, Cello)
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Fall 1:
Stereo-Hauptmikrofon, Flügel wird stereo,
Streicher jeweils mono gestützt
Fall 2:
Kein Hauptmikrofon, dafür alle Instrumente stereo
gestützt und anders positioniert. Auf diese Weise
wird eine bessere Trennung und durch die Stereostützen ein luftigerer Klang erreicht.
Probleme:
Schlecht Trennung zwischen den Instrumenten,
Flügel wirkt zu laut, zu indirekt
Es gibt nicht DIE Standardmikrofonierung. Die Wahl der verwendeten Mikrofone und
Verfahren hängt immer von den äußeren Bedingungen und ästhetischen Kriterien ab.
Kleiner „Trick“ für Festivalbühnen
Gerade auf Festivalbühnen stehen Orchester und kleine Ensembles oft
nicht mittig.
Da für das Aufstellen von speziellen Stützen meist keine Zeit ist, behilft
man sich mit einer Groß-AB Aufstellgung über die gesamte Bühnenbreite zusammen mit einer MS-Anordnung in der Bühnenmitte, wobei in
diesem Fall die M-Kapsel ein Druckempfänger sein sollte.
Auf diese Weise kann man bei unsymmetrischer Aufstellung aus M und A bzw. M und B ein kleineres AB „basteln“.
Klein-AB und Groß-AB zusammen
Gute Ergebnisse bringt ein Klein-AB, dass im Orchester
positioniert wird, zusammen mit einem Groß-AB vor dem
Orchester.
Overhead-Mikrofnierung bei Schlagzeugen
Arbeitet man nur mit zwei Overheadmikrofonen kann es nötig sein, das Mikrofon auf der Snareseite etwas höher
anzubringen, damit die Snare laufzeitmäßig wieder in die akustische Mitte „rutscht“.
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Wahlpflichtfach Tongestaltung, SS 2002 – Mitschrift von Janko Ramuscak
Quellen:
- Vorlesung Tongestaltung SS2002
- Jörg Wuttke „Mikrofonaufsätze“ (zweite Auflage)
- Georg Neumann GmbH Berlin
- Schalltechnik Dr. Ing. Schoeps GmbH
- Dipl. Ing. Eberhard Sengpiel HdK Berlin, „Unterlagen zur Vorlesung Aufnahmetechnik“
- Alexander Lerch HdK Berlin, „Unterlagen zum Tutorium in den ersten Semestern des Tonmeisterstudiums“
- hauptmikrofon.de
Humor:
„Das ist im Prinzip dieselbe Technik, nur der Strom läuft schneller.“ (Harms Achtergarde über Synchronmotoren)
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