Basics – Mastering #2

Dynamik 2.0

Die nächste Stufe: Spezialanwendungen von Dynamikbearbeitung
Die technische Notwendigkeit und den kreative Nutzen einer eingeschränkten Dynamik haben wir schon behandelt. Kurze Erinnerung: Durch das Verringern des ursprünglichen Unterschieds zwischen geringen und hohen Pegeln mit einem Kompressor kann sichergestellt werden, dass leise Passagen nicht im Rauschen des Tonträgers oder in Umgebungsgeräuschen (z.B. beim Autofahren) untergehen. Die Verdichtung sorgt des Weiteren für eine dadurch mögliche Anhebung des RMS-(“Durchschnitts”-)Pegels, was ein wichtiger Schritt im leider vorhandenen Kampf um die lauteste Produktion ist. Ausserdem lässt sich mit einem Kompressor der Klangcharakter (“Färbung”, “Regelvorgang”) beeinflussen. Beginnen wir mit einigen Sonderfällen der Dynamikbearbeitung:

Upside-Down – Der “umgekehrte” Kompressor namens Expander
 “Kompression” bedeutet “Verdichtung”, “Expansion” genau das Gegenteil. Zwar ist es – wie soeben beschrieben – das vorrangige Ziel, eine Produktion zu verdichten, doch dies bleibt natürlich auch den Mixing-Engineers nicht verborgen. Teilweise werden im Mastering “vorgemasterte” Produktionen angeliefert, die sich dann als zu stark oder unpassend komprimiert erweisen. Vielleicht sind einzelne Stücke für sich genommen in Ordnung, müssten in ihrer Aufgabe auf dem Album jedoch eine höhere Dynamik und damit mehr “Luft” haben. Möglicherweise sagen die (Zeit-)Parameter dem Mastering-Engineer nicht zu. Ausserdem sind Einzelsignale und Busse ebenfalls oft so stark komprimiert, dass keine starke zusätzliche Kompression mehr notwendig ist. Mit einem Expander kann im Gegenteil zum Kompressor die Dynamik mit ähnlichen Parametern erweitert werden. Bei zu starkem Limiting im Mix (auch in den einzelnen Kanälen) ist jedoch jeder Expander machtlos. Ein klares Plädoyer dafür, die im ersten Teil aufgelisteten Mixing-Tipps zu befolgen!
Ihr erkennt in der ersten Grafik: Zwei Pegelpunkte auf der roten Linie sind auf der IN-Achse viel weiter auseinander als auf der OUT-Achse. Die Dynamik wird eingeschränkt (also komprimiert). Beim Expander ist das genau anders herum!

1/2  Das ist ein normaler Kompressor: Oberhalb des Thresholds wird mit eingestellter Ratio das Signal verdichtet.

2/2  Der Expander arbeitet unterhalb des Thresholds. “Leise” Signale werden also “noch leiser”.

“Chaining” – Warum nur einer, wenn man auch drei nehmen kann?
Mit einem Kompressor steht dem Engineer im Masteringstudio ein wichtiges Tool zur Verfügung, welches aber dennoch zu eingeschränkt für eine bestimmte Anwendung sein kann. Schliesslich legt er einen Threshold fest, über dessen Pegel das Eingangssignal komprimiert wird. Zwar gibt es “Soft Knee”-Funktionen, die dafür sorgen können, dass die Überschreitung dieses Punktes nicht so auffällig ist, doch mit folgender Lösung ist er weitaus flexibler: Er schaltet einfach mehrere Geräte hintereinander! Dadurch ist es etwa möglich, den ersten Kompressor in der Kette mit geringem Threshold, geringer Ratio und “langsamen” Regelzeiten zu fahren, den nachfolgenden mit etwas höherem Threshold, höherer Ratio und mittelschnellen Zeiten und den dritten mit entsprechend extremeren Werten. Dies sorgt dafür, dass das erste Dynamiksystem dieser Kette das Signal stetig, aber gering verdichtet, das zweite etwas höher und nicht mehr so häufig. Der dritte im Bunde arbeitet bei Korrekter Einstellung fast nur noch auf den kurzzeitig “herausstechenden” Signalen – dies sind im Regelfall die Drums. Als Sahnehäubchen könnte ein Kompressor mit sehr hohem Threshold, sehr hoher Ratio und extrem kurzen Regelzeiten eingesetzt werden. Richtig: Ein Limiter.
Durch die vielen unterschiedlichen Parameter, die nun geregelt werden können, ist recht gut möglich, Schlagzeug und andere Signale getrennt voneinander zu “behandeln”. Allerdings ist es nicht einfach, die Kontrolle zu behandeln, da jede noch so kleine Änderung eine Veränderung des Eingangslevels der Nachfolgenden Geräte bedeutet. Ausserdem steigen Probleme durch Nebengeräusche wie Rauschen. Auch digitale Artefakte addieren sich und das Spektrum ändert sich durch die vielen Geräte. Zudem kann die Fülle an Regelvorgängen das Signal “unruhig” werden lassen. Ein guter Kompromiss ist daher die Verwendung eines “langsamen” Kompressors, eines “schnelleren” Kompressors und eines Limiters. Theoretisch sind auch weitaus längere Ketten als mit vier Dynamikgeräten möglich, jedoch findet man sie aus oben genannten Gründen in der Praxis kaum.

Sidechaining – “Seitenketten”?
Wie? Was? Nun, dieser vielleicht irreführende Begriff bezeichnet etwas, was auch dem ambitionierten Mixing-Engineer bekannt sein sollte: Bei den Dynamikgeräten, wie sie üblicherweise eingesetzt werden, ist der Pegel des Eingangssignals für die Regelvorgänge verantwortlich. Ist etwa bei einem Kompressor der Threshold überschritten, wird komprimiert. Auf die Frequenzempfindlichkeit des menschlichen Gehörs nimmt diese Schaltung  natürlich keine Rücksicht, deshalb haben energiereiche Signale einen höheren Einfluss auf die Kompression als solche mit weniger Energie. In den meisten Mischungen ist es demnach ein Instrument, das die Kompression steuert: Die Bassdrum. Nicht, dass das schlecht wäre, bei vielen Hip-Hop-Mischungen ist es fast schon notwendig, dass die Bassdrum der “Boss” ist und alle anderen Instrumente durch den “Einschlag” ein Stück nach unten gezogen werden. Möchte man genau das nicht, kann man zum Beispiel einen Shelf-Equalizer in den Sidechainweg schalten, der das Signal, das die Kompression steuert, im Bassbereich ein wenig abschwächt. Das mag sich auf den ersten Blick unspektakulär anhören, ist es aber nicht: Wenn etwa eine Snare zu bissig ist, wird man erst einmal versuchen, sie mit dem EQ zu behandeln. Das Problem dabei ist, dass man in diesen Frequenzbereichen immer auch Bestandteile anderer Signale verändert, obwohl diese vielleicht ganz ok sind. Gitarren und Stimme können klanglich schnell auch unter moderaten Einstellungen leiden. Vor allem ist die Snare ein Signal, welches im Vergleich zu vielen anderen nur recht selten stattfindet, der EQ arbeitet aber konstant. Er würde also zwischendurch Veränderungen vornehmen, wo gar keine notwendig sind. Zwar gibt es auch dafür weitere Speziallösungen (so genannte Dynamic EQs), doch könnte man ja einen Kompressor-Sidechain und den Threshold mit einem Bandpassfilter so einstellen, dass das Gerät in erster Linie auf die Snare reagiert. Ergebnis: Nur, wenn die Snare geschlagen wird, verringert der Kompressor kurzzeitig das Level! Auch im Recording und Mixing findet so etwas Anwendung. In erster Linie werden die scharfen “S”-Laute mit einem De-Esser entfernt, der oftmals den gleichen Systemaufbau hat. Übrigens kann auch der Einsatz eines De-Essers für die Stimme im Mastering sinnvoll sein. Einerseits aus klanglichen Gründen, aber auch, weil dieses Kurze Signal Headroom benötigt. Werden diese harten Konsonanten im Pegel verringert, kann ein anschliessender Limiter besser arbeiten.

In der oberen Reihe sieht man einen “normal” arbeitenden Kompressor. Das Key-Signal wird aus dem zu bearbeitenden Signal gewonnen. In der mittleren Reihe wird “external Keying” vorgenommen: Die Vocals können beispielsweise den Gitarrenbus keyen, die Bassdrum den Bass und so weiter. Im unteren Beispiel sehen wir einen Sidechain-EQ. Es sind aber noch viele weitere Varianten möglich, etwa ein kurzes Delay im Bearbeitungsweg (nicht im Key): Damit kann das Dynamikgerät quasi “in die Zukunft schauen” und vor Eintreffen des Signals schon den Pegel ändern!

Parallel? – “New York”-Compression auf der Summe
Ein Nachteil vor allem starker Kompression kann sein, dass Signale stark “zusammengedrückt” klingen. Dies liegt vor allem daran, dass bei der Kompression mit kurzen Attackzeiten die Einschwingphase verändert. Diese wird aber von unserem Gehör genau analysiert. Um Probleme damit zu umgehen, kann man einen Teil des Signals unkomprimiert lassen, also parallel zum Komprimierten verwenden. Natürlich erreicht man dadurch nicht eine so geringe Dynamik wie mit der Insert-Kompression, aber dafür gelingt sie technischer, weniger auffällig und transparenter. Die auch “New York” genannte Kompressionsform ist oftmals einen Versuch wert!

Hier erkennt man, wie einfach eine derartige Dynamikbearbeitung ist. Das lässt sich auch einfach im Pult oder der DAW realisieren. In der Grafik haben wir aus Gründen der Übersichtlichkeit das Keysignal nicht mit eingezeichnet.

Multiband – Wenn ein Band nicht ausreicht
Modernes Mastering kann fast nicht ohne: Damit Material eine hohe Gesamtdichte und damit eine höhere mögliche Lautheit erzielen kann, wird die Energie in einzelnen Frequenzbereichen jeweils vergrößert. Dazu zerteilen Multibandgeräte das Spektrum mit Filtern. Die einzelnen Signale werden anschliessend in “normale” Kompressoren geführt und anschliessend wieder zusammengemischt. Praktisch dabei: Durch das Make-Up-Gain der einzelnen Kompressionseinheiten kann man sich manchmal das ein- oder andere EQ-Band sparen. Schön ist an dieser Kompressionsform unter anderem, dass damit der Bassbereich mit Bass und Bassdrum getrennt von den spektral hörergelegenen Signalen bearbeitet werden kann. Dies “verbindet” bei geschicktem Einsatz diese beiden Signale. Mit schmalen Bändern können zudem auch Reparaturen wie eine herausstechende Snare einfacher bearbeitet werden. Es gibt allerdings auch deutliche Nachteile: Das gesamte Signal läuft durch Filter. Diese erzeugen einige Artefakte, die zu bedenken sind, darunter so genanntes Ripple und Phasenverschiebungen. Beim anschliessenden Zusammenmischen ändert sich definitiv etwas am Sound, selten zum Vorteil. Mit der Anzahl Bänder steigt diese Problematik, daher wird das Signal im Regelfall in nicht mehr als drei Bänder unterteilt. Das obere Band wird oft nicht sehr stark komprimiert, da dies schnell zu einem unnatürlichen Sound führt. Ausserdem würden Störgeräusche durch das Make-Up “hochgezogen”. Die Eingriffsmöglichkeiten in das Material steigen zwar, allerdings wird die Kontrolle über die Regelvorgänge zunehmend schwieriger. Unterschiedliche Attack- und Release-Zeiten können zudem für unruhige Pegelbewegungen im Material sorgen. Auf dem Markt gibt es dedizierte Multibandkompressoren als Hard- oder Software.

Dynamic EQ – Der exotische Zwitter
Noch recht selten eingesetzt werden spezielle Equalizer, deren Bänder erst dann arbeiten, wenn in einem Frequenzband ein eingestellter Threshold über- oder unterschritten wird. Damit liesse sich dem vorhin beschriebenen Snareproblem besonders gut zu Leibe rücken: Der EQ senkt bestimmte Bereiche nur dann ab, wenn das Instrument tatsächlich gespielt wird. Ihr ahnt schon, dass man es schnell mit einer Fülle von Parametern zu tun hat. Neben Center- oder Grenzfrequenz, Gain und Bandwidth oder Steilheit sind Thresholds, Hysterese, Attack und Release denkbar. Ausserdem sagt ja niemand, dass die Detektorfrequenz unbedingt gleich der Bearbeitungsfrequenz sein muss. Bei einer zu schwammigen Bassdrum liesse sich die Bearbeitung dadurch zeitlich steuern, dass im Subbass bei ca. 40 Hz festgestellt wird, ob sie gespielt wird, die Bearbeitung erhöht dann aber den Attack bei 1,5 kHz! Ein klarer Vorteil gegenüber dem Multibandkompressor: Das Komplettsignal wird hier nicht ständig durch Filter geschickt. Das Prinzip ist im Übrigen keine Neuerung. Frühere, einfache analoge Rauschunterdrückungen arbeiteten nach einem ähnlichen Prinzip: Über den Gesamtpegel des Signals wird damit ein Tiefpassfilter in der Frequenz gesteuert. “Laut” bedeutet meistens “höhenreich”, dadurch wird in leiseren Passagen und zwischen Schlägen das eher hochfrequente Bandrauschen von Tapedecks verringert.

Das Grundprinzip ist so einfach wie genial: Erst, wenn in einem gewissen Frequenzbereich ein Threshold überschritten wurde, arbeitet das EQ-Band. Manchmal kann sogar der Detektor-Threshold in einem anderen Frequenzbereich liegen als das EQ-Band!

Psychoakustiklimiter – Der ultimative Lautmacher
Klappern gehört zum Handwerk! Musik, der wir nicht abgeneigt gegenüberstehen, wird subjektiv als “besser” empfunden, wenn sie lauter ist als etwas Vergleichbares. Und das alte Werbegrundgesetz AIDA (“Attention, Interest, Desire, Action”), nach dem Werbung in erster Linie auffällig sein muss, um überhaupt wahrgenommen zu werden, gilt auch im Musikbusiness. Daher wird von Mastering-Engineers häufig eine möglichst laute Produktion verlangt. Eine hohe Energiedichte ist ein wichtiger Baustein dieses Gebildes, daher werden (Multiband-)Kompressoren und Limiter eingesetzt. Selbst mit Equalizern kann im Sinne der Lautheit gearbeitet werden. Wie das geht? Nun, unser Gehör ist kein Messmikrofon, sondern für verschiedene Frequenzen unterschiedlich empfindlich. Im Bass- und Höhenbereich sind wir weniger empfindlich als in dem Bereich, in dem unsere Sprache stattfindet. Wer also viel Energie für den Subbass “ausgibt”, verringert die Lautheit. Natürlich möchte man aber oft beides: Laut und bassig genug.
Die Hersteller von Psychoakustiklimitern erzählen verständlicherweise nicht gerne von den Vorgängen unter der Haube, doch läuft es im Grunde auf Folgendes hinaus: Das Signal wird mit vielen Filtern in gehörangepasste Bänder unterteilt. Diese “Kritischen Bänder” werden vom menschlichen Gehör zur Erkennung der Lautheit analysiert. Werden genau diese Bänder in ihrer Energie maximiert, können wir einen äußerst lauten Eindruck bekommen. Die Lautheitsunterschiede beim Bypassen derartiger Systeme sind erstaunlich! Zudem wird nach Beobachtungen deutlich, dass viele Systeme die Fähigkeit unseres Gehörs zum “Fundamental Tracking” ausnutzen. Da Grundtöne ja tieffrequenter sind als ihre Obertöne, “verbrauchen” sie auch mehr Energie. Eine Verstärkung der Obertöne ermöglicht aber die Rücknahme der Energie des Grundtons, ohne dass sich der Klang ändert. Dies geht deshalb, weil unser Gehör den fehlenden Grundton für uns wieder hervorzaubert: Er wird errechnet und wir hören ihn tatsächlich, obwohl er gar nicht mehr da ist!
Eine weitere Möglichkeit der Erzeugung von Lautheit ist verhältnismäßig einfach: Verzerrung! Je verzerrter ein Signal ist, desto lauter wirkt es. Einen ähnlichen Zusammenhang können wir bei der menschlichen Stimme wahrnehmen. Wenn eine Person im Fernseher laut schreit, schreit sie doch auch dann noch, wenn wir den Fernseher leiser drehen. Oder flüstert sie dann auf einmal? Psychoakustiklimiter verzerren ebenfalls, je nach Gain und Release allerdings auch schnell ungewünscht. Hier muss der Mastering-Engineer verdammt vorsichtig sein, denn in der Schlacht um die lauteste Produktion ist der erste Verletzte häufig die Klangqualität. Ausserdem sind starke Verzerrungen und das Abwälzen der Aufgabe zur Grundton-Rekonstruktion auf den Hörer langfristig anstrengend: Der Konsument schaltet die Musik schneller einfach mal aus. Und das kann ja wohl kaum das Ziel einer Musikproduktion sein. Lautmachen ist einfach, die Kunst ist es, die Gratwanderung zwischen den beiden unvereinbaren Ansprüchen der hohen Lautheit und einer transparenten, ausgewogenen Produktion hinzubekommen. 
Intersample Peak Limiter
Nach landläufiger Überzeugung kann ein digital dargestelltes Signal, das keine Samples von 0 dBFS aufweist, nicht übersteuern, ausser es war vorher schon verzerrt. Das erscheint logisch, denn es ist ja noch genug Headroom da; das Signal wird durch die digitale Obergrenze nicht beschnitten. Allerdings kann es zwischen (ja genau: zwischen) zwei Samples durchaus Verzerrungen geben, allerdings erst nach der Rückwandlung in die analoge Welt. Wie das sein kann, erklärt sich dadurch, dass man sowohl das Spektrum als auch die Zeit betrachtet:

Klassisches Beispiel: Die Originalpressung von Red Hot Chili Peppers’ “Californication” klickte auf manchen Systemen fröhlich herum.

Haben zwei aufeinanderfolgende Samples beispielsweise –0,1 dB und die jeweils davor und dahinter liegenden Samples einen weitaus geringeren Wert von – sagen wir –51,2 dB –, dann bedeutet das, dass es innerhalb kürzester Zeit einen enormen Pegelanstieg gibt. Ein derart steilflankiger Transient ist nur mit Hilfe sehr hoher Frequenzen möglich (Wenn man versuchen würde, diesen Anstieg durch die Addition verschiedener Sinusschwingungen zu erreichen, würde klar, dass viele Schwingungen “kurz”, also hochfrequent sein müssen.). Ein übliches Audiosystem filtert aber bei der Nyquist-Frequenz von meist 22 kHz. Das Problem ist: Auch in jedem DA-Wandler befindet sich ebenfalls ein solches Tiefpassfilter! Dadurch werden die Flanken abgeschwächt. Eine derartige “Ecke” wie im Digitalsignal ist dann nicht mehr möglich, der Anstieg verläuft also flacher und “schießt” bis weit über die 0 dBFS hinaus. Dadurch können nach der DA-Rückwandlung analoge (!) Verzerrungen entstehen, die je nach Wiedergabegerät unterschiedlich stark ausfallen können. Diese Zusammenhänge sind so gut wie unabhängig von der sonstigen Qualität und dem Preis für ein Gerät! Es kann also passieren, dass eine CD auf einem 2000-Euro-CD-Player ungenießbar klingt, auf dem Billo-Gerät vom Kaffeverkäufer aber ganz passabel (naja, zumindest ohne ISP-Verzerrungen…). Es gibt zwei Lösungen für dieses Problem: Entweder setzt man einen speziellen, teuren Intersample-Peak-Limiter ein, der derartige Gefahrenstellen intelligent aufsucht und beseitigt, oder man versucht eben nicht, noch das letzte Quentchen Lautheit aus einer Produktion zu pressen. Ein offline berechneter Maximalwert von “nur” -0,3 dB schützt im Regelfall ausreichend vor den gefürchteten Störgeräuschen!

Intersample Peaks: Digital alles in Ordnung, in der analogen Domäne kann es aber clippen!