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"Audio-Wissen von 1974" - Die Themen dieser Artikel sind:

Was war mit der analogen Audio-Studio-Technik machbar und was sollte bzw. mußte ein Toningenieur wissen und gelernt haben. Daß viele dieser Themen (wir schreiben zur Zeit 2016) bereits 35 Jahre alt sind und durch die schleichende Digitalisierung völlig überholt sind, bedeutet nicht, daß sich die physikalischen Grundlagen wesentlich geändert haben.

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D. III. 2. Der (automatische) Regelverstärker

Ein wichtiges Problem besteht darin, daß die Originaldynamik eines Schallereignisses weit größer ist, als die zulässige Übertragungsdynamik der nachgeschalteten Übertragungsglieder. Es ist deshalb notwendig, die Dynamik des Originals zusammenzupressen und zu komprimieren.

Diese schwierige Aufgabe muß künstlerisch so vorgenommen werden, daß die Proportionen der Originaldynamik oder auch die Intentionen der Künstler weitgehend erhalten bleiben (s. Abschnitt C. III). Wegen der relativ langen Reaktionszeit des Menschen gibt es viele Fälle, in denen die Eingriffe von Hand nicht mehr ausreichen, so daß technische Hilfsmittel die Arbeit des Tonmeisters unterstützen müssen. So ist es zum Beispiel sehr schwierig, von Hand in kürzester Zeit Übersteuerungen des Programmkanals zu verhindern, da weder in der geforderten Zeit, noch mit der gewünschten Genauigkeit die notwendige Verstärkungsverminderung vollzogen werden kann.

Außerdem gibt es viele Fälle im Bereich der Unterhaltungsmusik und auch beim Hörspiel, in denen eine künstliche Dynamikverzerrung als Effekt oder Kunstmittel erwünscht ist. Aus diesen Gründen setzt man vielfach selbständig arbeitende Regelverstärker ein. In Bild 137 ist daher eine Übersicht der grundsätzlichen Regelcharakteristiken gegeben.

Der Begrenzer und der Dynamikkompressor

Als Begrenzer (Limiter) - Kurve 1 - bezeichnet man Verstärker, bei denen die Ausgangsspannung bis zu einem einstellbaren Maximalwert genau der Eingangsspannung proportional ist. Steigt die Eingangsspannung weiter an, so bleibt die Ausgangsspannung trotzdem auf den Maximalwert begrenzt.

In den meisten Fällen wird jedoch eine stetige Veränderung der Originaldynamik gewünscht, die man im einfachsten Falle mit einem Kompressor nach Kurve 2 erreicht.

Mit der Verwendung eines Dynamikkompressors liegt es nahe, am Ende der Übertragungskette einen Dynamikdehner (Expander) einzuschalten, so daß sich bei der Wiedergabe wieder Originaldynamik einstellen kann. Wenn eine völlige Kompensation der Kompression stattfinden soll, so muß die Regelkurve des Expanders nach Kurve 3 einen inversen Verlauf zu der des Kompressors besitzen.

In den meisten Fällen, in denen einfache Regelverstärker zur Anwendung kommen, wird sowohl eine Begrenzung, als auch eine Dynamikeinengung verlangt. Die Regelkurve hat dann einen Verlauf nach Kurve 4 in Bild 137.

Einfache Regelverstärker bewirken Dynamikveränderungen bei denen künstlerische Belange keinerlei Berücksichtigung mehr finden. Der Einsatz automatischer technischer Hilfsmittel steht im Widerspruch zu einem bewußt künstlerisch handelnden Menschen.

Eine Lösung sind hier nur Geräte, die in Abhängigkeit vom Programm durch den Tonmeister in statischer und dynamischer Hinsicht so weitgehend verändert werden können, daß das technische Hilfsmittel nach künstlerischen Gesichtspunkten programmierbar wird.

D. III. 2. 1. Ein Kompressorsystem mit variablen Eigenschaften

Die dynamischen Verhältnisse eines Originals werden in einem Kompressor durch jeweils unterschiedliche Verstärkung verändert. Diese Verstärkungsänderung kann vom Programmpegel (statisch) und von der Zeit (dynamisch] abhängen. Bei der Definition der statischen Eigenschaften eines Kompressors geht man von konstanten Sinussignalen aus. Wird die Amplitude des Sinussignals am Eingang verändert, so wird die Verstärkung bzw. Dämpfung des Systems auch verändert.


Der Kompressionshub H entspricht der Verstärkung, die der Kompressor bei kleinen Pegeln gegenüber der Verstärkung bei großen Pegeln aufweist.

Bei großen Pegeln schneidet die statische Kennlinie des Kompressors die Einheitsverstärkungsgerade. Läßt man diesen Schnittpunkt bei Veränderungen des Kompressionshubes konstant, so dreht die Kennlinie in diesem Punkt. Man nennt ihn deshalb Kompressor-Rotationspunkt. Aus den Kurven des Bildes 138 geht hervor, daß bei kleinen Signalen die Pegel 1 und 2 gleich sind. Die dabei zu beobachtende Verstärkung wird Nullverstärkung genannt.

das Expandergebiet

Das Feld A in Bild 138 ist das Expandergebiet. In diesem Bereich ruft ein Absenken des Eingangspegels eine Verstärkungsreduktion hervor bis die Nullverstärkung erreicht ist. Hauptaufgabe des Expanders ist es, das Rauschen von den Pianostellen zu unterscheiden. Die Wirkungsweise beruht auf der Annahme, daß zwischen beiden ein Pegelabstand von mindestens 10 dB besteht.

das Kompressorgebiet

Das Feld B in Bild 138 ist das Kompressorgebiet. In diesem Feld führt jede Erhöhung des Eingangssignals zu einer Verstärkungsverminderung und damit zu einer Verringerung der Ausgangsdynamik. Kleine Signale werden verstärkt, große Signale dagegen werden gedämpft.

das Begrenzergebiet

Das Feld C in Bild 138 ist das Begrenzergebiet. In diesem Bereich führt eine Erhöhung des Eingangssignals zu einer Verstärkungsreduktion in der Weise, daß das Ausgangssignal konstant bleibt.

Eine höhere Informationsdichte klingt "voller" (?)

Der Effekt eines solchen Kompressorsystems liegt darin, ein Signal zu erzeugen, daß aufgrund höherer Informationsdichte „voller" klingt und trotzdem weniger Dynamik aufweist ohne aber ein maximales Ausgangssignal zu überschreiten.

Dazu zeigt Bild 139 zwei NF-Verstärker mit symmetrischen Ein- und Ausgängen. Am Ausgang wird eine Regelspannung entnommen und einem Begrenzer und/oder Kompressorteil zugeführt. Sie wird gleichgerichtet und einem Regelwertkondensator Cr eingespeist. An diesem Kondensator bildet sich ein Regelwert aus, der als Puls/Pausenverhältnis eine 200kHz-Rechteckschwingung moduliert (Pulsdauermodulation, PDMJ. Mit dieser Information wird die Niederfrequenz am Eingang des NF-Verstärkers multipliziert.

Später wird der 200kHz-Anteil wieder ausgefiltert. Bei stereofonischen Aufnahmen darf durch Übersteuerung eines Kanals keine Veränderung der Lokalisierung eintreten. Die Steuerung des Kompressors erfolgt deshalb grundsätzlich aus der Mischung der gleichgerichteten Signale jedes Einzelkanals.

Unter der Annahme, daß alle drei Felder voneinander unabhängig sind und nur einzeln arbeiten, gilt:

  • a) Der Begrenzer benutzt als Regelkenngröße einen Spitzenwert.
  • b) Der Kompressor benutzt als Regelkenngröße einen Mittelwert mit einer einstellbaren Integrarionszeit von 1-10 ms.
  • c) Der Expander benutzt als Regelkenngröße einen Mittelwert, dessen Integrationszeit von der Amplitude des Eingangssignals abhängt.

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Statische und dynamische Eigenschaften von Kompressorsystemen

Die dynamischen Eigenschaften von Kompressorsystemen haben stärkeren Einfluß auf das Signal, als die statischen. Ist beispielsweise ein Kompressor auf ein großes Kompressionsverhältnis und auf eine lange Rücklaufzeit eingestellt, so wird sich nach kurzen Einregelvorgängen ein nahezu stationärer Zustand einstellen. Eine echte Kompression findet trotz des großen Kompressionsverhältnisses nicht mehr statt.

Oft besteht die Schwierigkeit auch darin, daß notwendige Verstärkungsänderungen so geschehen, daß sie hörbar werden. Man muß deshalb die bekannten psychophysischen Eigenschaften des Gehörs berücksichtigen und die Verstärkungsänderung so ausbilden, daß sie subjektiv nicht in Erscheinung tritt.

Die Einschwingzeit eines Systems kann als die Zeit definiert werden, in der die Verstärkung 90% ihres Endwertes erreicht hat. Die Übereinstimmung von Eingangs- und Ausgangssignal ist dabei besser, wenn die Einschwingzeit kurz ist.

Für den Kompressor wählt man diese mit etwa 10ms so, daß sie einerseits unterhalb der Einschwingzeit des Ohres liegt, andererseits aber der Kompressor auf kurze Programmspitzen nicht anspricht, damit eine der mittleren Lautheit entsprechende Regelung bewirkt wird.

Der Begrenzer

Für den Begrenzer gelten andere Forderungen. Seine Verstärkung bezieht sich auf das Spitzensignal. Um zu verhindern, daß die Begrenzerschwelle überschritten wird, muß seine Einschwingzeit mit etwa 100 Mikrosekunden sehr kurz sein.

Ähnlich, wie die Einschwingzeit, kann auch die Ausschwingzeit bestimmt werden als die Zeit, in der die Verstärkung auf 90% ihres Endwertes abgefallen ist, wenn das Eingangssignal plötzlich abgesunken ist. Bei kurzen Ausschwingzeiten wird der pegelmäßig abklingende Teil des Originalsignals mit verändert.

Bei längeren Ausschwingzeiten wird hingegen eine bessere Annäherung des Ausgangssignals an das Eingangssignal erreicht. Wird die Ausschwingzeit zu lang, so wird die Verstärkung praktisch konstant und kurze Dynamikschwankungen werden nicht mehr beeinflußt. Daraus ergibt sich sinnvoll, die Kurzzeit- und die Langzeitdynamik getrennt zu komprimieren.

Da eine einfache Rückstellzeitkonstante dieses Ergebnis nicht bringt, wird es erforderlich, eine doppelte Rückstellzeitkonstante - eine kurze und eine lange - einzuführen. Bild 140 zeigt in den Gliedern 1 und 2 eine Kombination, bei der ein Impuls kurzer Dauer die Verstärkung zwar zunächst zurückregelt, sie aber relativ schnell wieder auf den Durchschnittswert vor der Regelung zurückkommen läßt. Oft ist es wünschenswert, die Regelung als eine Funktion des Programms auszubilden.

Der Regelfaktor

Mit der in Bild 140 unter 3 dargestellten Schaltung wird ein Regelfaktor bestimmt, der dem Verhältnis Spitze zu Mittelwert proportional ist. Ist der Faktor klein - zum Beispiel bei Signalen, die einer Sinusschwingung ähnlicher sind (Musik) -, so überwiegt die lange Rückstellzeit, ist er dagegen groß - zum Beispiel bei Sprache -, so überwiegt die kurze Rückstellzeit. Auf diese Weise wird es möglich, das entstehende Ausgangssignal durch die dynamischen Eigenschaften des Eingangssignals zu bestimmen.

Kurze Rückstellzeiten beeinträchtigen u. a. das Nachhallverhalten von Einzeltönen und führen unter Umständen bei sehr tiefen Frequenzen zu Verzerrungen. Dies kann man vermeiden, wenn man einen Haltekreis (4) vorsieht, der die Verstärkung nach dem Einschwingvorgang für etwa 150 ms konstant hält.

D. III. 2. 2. Das Dolby-System

Beim (prfessionellen) Dolby-System wird das Eingangssignal einer Vierkanal- Kompressionsschaltung zugeführt, bevor es den störempfindlichen Teil einer Übertragungskette (Leitung oder Schallspeichergerät) erreicht. Das behandelte Signal wird dann in üblicher Weise übertragen - Bild 141. Am Ende der Übertragungskette durchläuft es wiederum eine Vierkanal- Expansionsschaltung mit komplimentärer Charakteristik, so daß die Originalmodulation völlig wiederhergestellt ist.

Unter Berücksichtigung der Verdeckungserscheinungen unseres Gehörs (s. S. 102) wird der Hörbereich in vier Frequenzbänder aufgeteilt, in denen jeweils ein eigenes Kompressionsnetzwerk arbeitet. Wie in Bild 142 zu sehen, geschieht die Kompression nur bei Signalen niedrigen Pegels unterhalb eines bestimmten Schwellwertes. Signale mit hohem Pegel durchlaufen das System unbeeinflußt. Dies erreicht man dadurch, daß von der Modulation ein Differenzsignal abgeleitet wird, das die Filter- und KompressionsnetziuerJce passiert, die auf den gewünschten Schwellwert eingestellt sind.

Bei der Aufnahme z. B. wird dann das Gemisch der vier Kompressorausgänge zur Originalmodulation (1) im Bereich niedriger Pegel addiert, so daß alle Signale unterhalb des Schwellwertes um einen bestimmten Grad verstärkt sind (3). Die Verstärkung im Bereich kleiner Pegel entspricht einer Abschwächung bei hohen Pegeln und damit in der Wirkung einer Kompression. Die Rückentzerrung des behandelten Signals erfolgt komplimentär.

Das von der Ausgangsmodulation abgeleitete Differenzsignal wird von der „gestretchten" Modulation subtrahiert, so daß eine inverse Charakteristik entsteht (4). Die Subtraktion vom Ausgangspegel im Gebiet kleiner Aussteuerung und die damit verbundene Abschwächung in diesem Bereich hat die gleiche Wirkung wie eine Verstärkung in der Nähe der Vollaussteuerung und entspricht damit einer Expansion. Um den hierbei erreichten Kompressionsgrad wird dabei auch die Störmodulation, die ja bei kleinem Pegel liegt, unterdrückt. Die Kompressionscharakteristik des Differenzsignales zeigt Kurve (2) in Bild 142 [287, 288].

D. III. 3. Verzerrer und Entzerrer

Die in der Tonstudiotechnik am häufigsten verwendeten Verzerrer sind regelbare lineare "Verzerrungsglieder". Sie gestatten das Herauf- und Herabsetzen der unteren und oberen Grenzfrequenz des Übertragungsweges.
(Der Laie nennt sie die "Tonregeler" für Höhen und Bässe.)

Die nicht gewünschten Frequenzanteile des Schallereignisses werden damit „abgeschnitten", wodurch das Schallereignis einen beliebigen Klangcharakter erhalten kann. Verzerrer sind, in bezug auf ihre Funktion in der Tonstudiotechnik gesehen, durch ihre Flankensteilheit an den Frequenzgrenzen, durch den Umfang der möglichen Bandbreitenregelung (Größe und Anzahl der einstellbaren Grenzfrequenzen} und die Dämpfung im abgeschnittenen Frequenzbereich gekennzeichnet. In Verbindung mit einem für den jeweiligen Verwendungszweck tragbaren technischen Aufwand und den Anpassungsbedingungen bestimmen diese Faktoren vorwiegend die Schaltung der Verzerrer.

Begriffserklärung

Wird ein Verzerrer zur Kompensation linearer Verzerrungen benutzt, wie beispielsweise zum Ausgleich der bei hohen Frequenzen ansteigenden Druckempfindlichkeit eines Schalldruckempfängers, so spricht man auch von Entzerrern. Es haben sich deshalb beide Begriffe, je nach Anwendungsfall, eingebürgert.
Da Verzerrer und Entzerrer in jedem Falle einen Vierpol darstellen, erfolgt ihre Berechnung nach der Vierpoltheorie [29].

D. III. 3. 1. Hoch-Tief Entzerrer

Bei einem Hoch-Tiefentzerrer werden mit Hilfe frequenzabhängiger Spannungsteiler, bestehend aus RC- oder RL-Kombinationen, hohe bzw. tiefe Frequenzen abgesenkt. Ordnet man diesen RC- oder RL-Kombinationen in ge-
eigneter Weise einen rein ohmschen Spannungsteiler zu, so hat man gleichzeitig die Möglichkeit, die tiefen und hohen Frequenzen des Tonfrequenzspektrums nicht nur abzusenken, sondern auch noch anzuheben, wobei die maximale Anhebbarkeit selbstverständlich von der Grunddämpfung des Spannungsteilers abhängig ist. Derartige Entzerrerkurven besitzen einen typischen Verlauf.

Zur Erzielung eines geeigneten Verlaufes der Entzerrerkurven im Fall der Anhebung muß der Dämpfungsverlust des Spannungsteilers etwa doppelt so groß sein wie die maximale Anhebbarkeit. Bei dem in Bild 143 dargestellten Hoch-Tiefentzerrer von Eckmiller beträgt die Grunddämpfung bei einer gleichzeitigen maximalen Anhebung der hohen und tiefen Frequenzen von +15dB etwa 34dB.

D. III. 3. 2. Hörspielverzerrer

Unter einem Hörspielverzerrer versteht man ein Gerät, mit dem man meist stark ausgeprägte Frequenzgänge erzeugen kann, wie sie zum Beispiel zur Nachbildung von Ferngesprächen, Geisterstimmen, Rufen aus Kellern und zu anderen Zwecken erwünscht sind. Der in Bild 144 dargestellte Hörspielverzerrer HV55 [Eckmiller) gestattet die gleitende Begrenzung der tiefen und hohen Frequenzen über einen Bereich von vier Oktaven bei einem Frequenzkurvenabstand von je einer Oktave. Auf diese Weise können erhebliche Frequenzgänge zur durchgreifenden Gestaltung des Toncharakters erzeugt werden.

D. III. 3. 3. Präsenzfilter

Mit einem Präsenzfilter kann der Frequenzgang eines Tonübertragungssystems bei verschiedenen im Bereich hoher Ohrempfindlichkeit liegenden Schwerpunktfrequenzen selektiv, das heißt, auf die Umgebung dieser Freqenzen beschränkt, in mehreren Stufen angehoben werden.

Derartige resonanzförmige Frequenzgänge sind in der Tonstudiotechnik des Fernsehens, Films, Rundfunks und der Phonoindustrie erwünscht, um beispielsweise Solisten, Darsteller bei Großaufnahmen, einzelne Tonquellen und dergleichen durch Anwendung rein technischer Mittel aus dem akustischen Hintergrund zu lösen und hinsichtlich des Toneindruckes „präsent" werden zu lassen.

Bei Lautsprecher- und Rundfunkübertragungen besteht die Anwendung des Präsenzfilters darin, einen Sprecher, dessen Verständlichkeit nicht ausreicht oder durch Nachhall oder Störgeräusche beeinträchtigt ist, durch Überbetonung seines Formantbereiches besonders deutlich zu machen.

In der Hörspiel- und allgemeinen Tonstudiotechnik schließlich kann ein solches Gerät noch zur Erzeugung bestimmter Effekte herangezogen werden.
Die Präsenzwirkung beruht auf dem nach dem persönlichen Empfinden einstellbaren mehr oder weniger großen Unterschied der Frequenzgänge getrennter Übertragungswege für den akustischen Vorder- und Hintergrund im Haupthörbereich. Das Präsenzfilter ist daher in denjenigen Kanal einzuschalten, für dessen Schallquellen die Präsenzwirkung relativ zu anderen eintreten soll.

Das Präsenzfilter PF 5/8 von Eckmiller, dessen Frequenzgangverlauf und Prinzipschaltbild in Bild 145 dargestellt sind, gestattet bei insgesamt fünf Schwerpunktsfrequenzen eine resonanzförmige Anhebung in Stufen von je 0,75dB im Scheitelpunkt bis zu einer Gesamtüberhöhung von 6dB, wobei die Halbwertsbreite zwei Oktaven beträgt.

D. III. 3. 4. Tiefensperre (Filter)

Es ist im allgemeinen unzweckmäßig, den Übertragungsbereich eines Tonfrequenzsystems bis an die untere Hörbarkeitsgrenze hin auszudehnen, da eine solche, auch für infrafrequente Störungen durchlässige Anlage im praktischen Betrieb zu labil und empfindlich wäre.

Derartige infrafrequente Störungen können etwa durch bloße Luftbewegungen vor dem Mikrofon, durch Körperschall, ja schon durch das behutsame Schließen einer Tür oder elektrisch durch Induktion, Röhrengeräusche, Ausgleichsvorgänge in Übertragungsgliedern und dergleichen entstehen.

In ihrer Grundschwingung selbst unhörbar sind sie Anlaß zu Übersteuerungen, erzeugen damit nichtlineare Verzerrungen und tragen weiterhin zu einer Verminderung der Nutzlautstärke und Dynamik bei.

Ähnliche Wirkungen haben auch tieffrequente, an der unteren Hörbarkeitsgrenze liegende Schwingungen von Schallquellen (Orgel, große Trommel), die - meist mit großer Amplitude einfallend - das Übertragungssystem ebenfalls übermäßig belasten und zu einer Gefahr für Schallaufzeichnungsgeräte und Wiedergabelautsprecher werden können. Frequenzen unterhalb 40 Hz werden daher auch in Tonfrequenzsystemen hoher Güte nur in Ausnahmefällen übertragen.

Sperrdämpfung etwa 24dB pro Oktave.

Im Hörbereich liegende Störungen (Netzgeräusche, Störschall, unerwünschte Raumeigenschwingungen = das sind auch Resonanzen) und die Forderung nach einer besonders deutlichen Sprachwiedergabe können eine weitergehende Begrenzung des tiefen Übertragungsbereiches verlangen. In der Hörspiel- und Studiotechnik schließlich kann zur Erzeugung besonderer Toneffekte eine weitere Begrenzung der unteren Grenzfrequenz erforderlich werden.

In Bild 146 sind Prinzipschaltbild und Frequenzverlauf der Tiefensperre TS10 (Eckmiller) dargestellt. Bei diesem Gerät ist über einen zweigliedrigen Hochpaß die untere Grenzfrequenz von 40 Hz auf 640 Hz in neun Stufen umschaltbar. Die Sperrdämpfung unterhalb der eingestellten Grenzfrequenz beträgt - mit entsprechendem Aufwand - etwa 24dB pro Oktave.

D. III. 3. 5. Höhensperre (Filter)

Schon aus Gründen der Einwirkungsmöglichkeit "parasitärer Hochfrequenz" auf den niederfrequenten Übertragungsweg ist es zunächst zweckmäßig, die Durchlaßbreite des Tonfrequenzsystems auf 16 kHz zu begrenzen.

Störendes, vielleicht von Schallträgern herrührendes Rauschen oder andere im oberen Hörbereich liegende Störgeräusche von Mikrofonen, Röhren, Verstärkern oder dergleichen, Übersprechen, Zischen, Prasseln, Knacken lassen sich durch mehr oder weniger starkes Beschneiden der hohen Frequenzen wirksam bekämpfen.

Eine unzulässige Beeinflussung von Nachbarkanälen kann ebenfalls eine scharfe Begrenzung des Übertragungsbereiches bedingen; noch weitergehende Frequenzbeschneidungen können schließlich in der Studiohörspieltechnik notwendig werden, wenn es sich darum handelt, besondere Toneffekte zu erzeugen, etwa um ein Telefongespräch in mäßiger Qualität, eine charakteristische Schallplattenwiedergabe oder einen besonderen Lautsprecherklang nachzuahmen.

Mit der in Bild 147 dargestellten Höhensperre HS10 kann der obere Übertragungsbereich eines Tonfrequenzsystems zwischen 16 kHz und 1 kHz in Halboktavabständen scharf begrenzt werden. Hierbei wird ein zweigliedriger Tiefpaß in pi-Schaltung, dessen Sperrdämpfung oberhalb der eingestellten Grenzfrequenz etwa 24 dB pro Oktave beträgt, verwendet.

D. III. 3. 6. Universalentzerrer

Während die vorbeschriebenen Verzerrer und Entzerrer passive Glieder darstellen, deren Grunddämpfung mit Hilfe eines nachzuschaltenden Verstärkers wieder aufgehoben werden muß, gibt es auch Geräte, bei denen die verstärkenden Elemente bereits eingebaut sind. Derartige Entzerrer nennt man aktive Entzerrer.

Durch die Halbleitertechnik wurde es möglich, derartige Geräte mit extrem kleinen Abmessungen herzustellen, so daß der Einbau sämtlicher frequenzbestimmender Glieder, einschließlich der dazugehörigen Verstärkerelemente, bereits in einer Reglerkassette Platz finden kann.

Ein Gerät, das alle beschriebenen Entzerrerarten in sich vereinigt, ist der Universalentzerrer UE1000 von Klein+Hummel. Er ist ein aktiver Entzerrer, der nach dem Bausteinprinzip ausgeführt ist. Jeder der insgesamt sechs Bausteine beeinflußt einen bestimmten Frequenzbereich.

Alle Bausteine ermöglichen es, die Frequenzkurve in Frequenz, Amplitude und Steilheit gleichzeitig und unabhängig voneinander an vielen Stellen des Hörbereiches zu beeinflussen. Durch Verwendung von RC-Gliedern anstelle von Induktivitäten werden die nichtlinearen Verzerrungen und die Phasenverzerrungen gering gehalten [204, 289] (Bild 148 und 149).

D. IV. Aussteuerungsmesser

Wie wir im Abschnitt F. IV noch genauer sehen werden, muß der Dynamikumfang der in Spannungsschwankungen umgewandelten natürlichen Schallereignisse in bestimmten Grenzen gehalten werden. Um ihn zu erkennen, ist eine (optische) Aussteuerungsmeßeinrichtung erforderlich.

Sie wird an die den Pegelreglern nachgeschalteten und zu überwachenden Meßpunkte der Übertragungskette gelegt [205]. An das Anzeigeinstrument und an den zeitlichen Ablauf der Anzeige werden wegen des zu messenden großen Pegelumfanges bestimmte Bedingungen gestellt.

D. IV. 1 Forderungen an einen Aussteuerungsmesser

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D. IV. 1.1 Anzeigebereich

Der Anzeigebereich des Aussteuerungsmeßinstrumentes kann nach den Ausführungen im Abschnitt F. IV. 3. für Rundfunk, Schallplatte und Tonfilm etwa der gleiche sein. Er muß entsprechend den CCI-Empfehlungen wenigstens 40dB betragen. Hinzu kommt noch ein kleiner Bereich von etwa 4dB, der an den für Vollaussteuerung festgesetzten Wert auf der Skala von 0dB nach oben (oder optisch nach rechts)anschließt, so daß die Größe eventueller Übersteuerungen ebenfalls noch abgeschätzt werden kann. Will man auch solche Fremdspannungen registrieren, die sich der unteren Bereichsgrenze bis zum halben Wert der zugehörigen Spannung nähern, so ist der Anzeigebereich unterhalb von -40dB abermals um 6dB zu erweitern. Insgesamt ergibt sich auf diese Weise ein Anzeigebereich von 50dB oder etwa 1 : 300.

Abgesehen davon, daß sich dieser Bereich mit einem normalen Meßwerk gar nicht erfassen läßt (ein Meßwert unter einem Zehntel des Vollausschlages ist mit nur geringer Genauigkeit ablesbar), muß aus Gründen der anzustrebenden Proportionalität zwischen Lautheitsempfinden und Anzeige eine möglichst logarithmische Anzeige, das heißt lineare dB-Teilung der Skala, angestrebt werden. Dazu ist eine Halbleiterschaltung erforderlich, die eine Logarithmierung bewirkt und einen speziellen exponentiellen Verlauf zeigt. Dem Meßinstrument muß also ein Aussteuerungsmeßverstärker vorgeschaltet werden. Die gesamte Meßeinrichtung bezeichnet man dann als Aussteuerungsmesser.

D. IV. 1.2 Frequenzgang

Eine weitere wichtige Eigenschaft der Aussteuerungsanzeige ist ihre Abhängigkeit von der Frequenz. Im allgemeinen baut man einen Aussteuerungsmesser so auf, daß die Anzeige einer konstanten Spannung bei allen Frequenzen des zu überwachenden Frequenzbereiches innerhalb einer Toleranz von ±1dB verbleibt. Diese Forderung ist zu erheben, wenn es auf die ständige Überwachung einer Tonfrequenzspannung ankommt. Will man dagegen den Grad der Aussteuerung, zum Beispiel eines Tonträgers, überwachen, so gelten u. U. völlig andere Bedingungen.

D. IV. 1.3 Dynamische Eigenschaften

Neben den Bemessungsrichtlinien für Skalenbereich und Frequenzgang ist die Abhängigkeit der Anzeige vom Amplitudenverlauf des Schallereignisses von Wichtigkeit; sie richtet sich nach dem Verwendungszweck des Aussteuerungsmessers.

Dient er zum Beispiel zur Überwachung der Aussteuerung eines Tonträgers oder eines Rundfunksenders, so muß man vom Instrument fordern, daß es den Maximalpegel (Spitzenspannung) der - entsprechend den natürlichen Schallereignissen schwankenden - Tonfrequenzspannung wirklichkeitsgetreu anzeigt.

Das ist notwendig, damit Übersteuerungen auch bei den höchsten und nur kurzzeitig auftretenden Spannungen vermieden werden. Bei den Spannungsspitzen, deren Übersteuerungsdauer unter 10ms liegt, werden Verzerrungen als Folge der Übersteuerung nicht mehr störend wahrgenommen.

Die oben gestellte Forderung nach amplitudengetreuer Anzeige kann also dahingehend gemildert werden, daß ein Spannungsimpuls von 10ms Dauer mit von -40dB auf 0dB springender Amplitude eine Anzeige von mindestens -1dB hervorrufen soll. Würde das Anzeigegerät am Ende einer solchen Spannungsspitze ebenso schnell wieder zurücklaufen, so ist das viel träger registrierende Auge gar nicht mehr in der Lage, diesen äußerst kurzzeitig angezeigten Spitzenwert festzuhalten. Aus diesem Grunde haben sich selbst Braun'sche Röhren, die die schnellen Tonfrequenzschwankungen trägheitslos richtig anzeigen, nicht bewährt.

Rücklaufverzögerung und Speicherung

Um die Anzeigebedingung zu erfüllen, ist es notwendig, den maximal angezeigten Wert eine gewisse Zeit zu speichern. Der Rücklauf muß infolgedessen wesentlich langsamer als das Ansprechen erfolgen, was sich durch eine entsprechende Schaltung auch erreichen läßt.

Die so entstehende Fehlanzeige ist unkritisch, da gewöhnlich (mit Ausnahme der in sehr nachhallarmen Räumen oder im Freien gemachten Tonaufnahmen) jedem Schallereignis der Nachhall des Aufnahmeraumes anhaftet, der sowieso ein langsameres Absinken der Energie eines impulsartigen Schallereignisses bewirkt.

Für die Praxis wird eine Rücklaufzeit an der abfallenden steilen Flanke eines Spannungsimpulses von 0dB auf -40dB in 0,75s bis 2,5s als ausreichend erachtet. Dieser Wert gestattet einerseits noch eine befriedigende Überwachung von Pianissimo-Stellen, auch wenn sie unmittelbar einem Fortissimo folgen, und andererseits verhindert er eine zu unruhige und schwankende Anzeige, die ein schnelles Ermüden des Beobachters zur Folge hätte.

Ein Blick auf die Tonfilmherstellung

Ein abweichendes Anwendungsgebiet ist die ausschließliche Messung des Mittelwertes einer Tonfrequenzspannung über ein größeres Zeitintervall. Die Feststellung eines solchen mittleren Pegels ist zum Beispiel beim Mischprozeß der Tonfilmherstellung notwendig.

Hier kann es vorkommen, daß ein aus dramaturgischen Gründen in der Lautstärke und damit im Tonfrequenzpegel herabgesetztes Schallereignis (Dialog oder Musik) an das Ende eines zu mischenden Aktes zu liegen kommt. Der u. U. zeitlich viel später zu mischende nachfolgende Akt kann nun aber mit einer ähnlichen Anschlußszene beginnen, bei der der gleiche Lautstärkeeindruck hervorgerufen werden muß.

Das menschliche Lautstärkegedächtnis

Bei dem oben beschriebenen Aussteuerungsmesser ist es schwierig, sich die - trotz der längeren Rücklaufzeit - immer noch erheblich schwankende Anzeige einzuprägen. Das menschliche Lautstärkegedächtnis ist nicht gut genug, um beide Pegel genügend in Übereinstimmung bringen zu können. Bei der späteren Wiedergabe im Zusammenhang ist wegen des unmittelbaren Aufein-anderfolgens beider Akte eine besonders kritische Vergleichsmöglichkeit gegeben.

In solchen Fällen wird man deshalb den über ein größeres Zeitintervall gemittelten Pegel ablesen wollen. Diese Art der Anzeige soll besser als Mittenwertmessung (Volumenmessung), im Gegensatz zur Spitzenwertmessung, bezeichnet werden [206]. Beide Meßarten haben je nach Verwendungszweck ihre Berechtigung.

Darüber hinaus ist es fast immer notwendig, neben einem Mittelwertanzeiger auch einen Spitzenspannungsmesser zusätzlich anzuordnen. Mit ihm wird die Aussteuerung der dem Pegelregler nachgeschalteten Glieder, insbesondere des Tonträgers, beobachtet und eine Übersteuerung vermieden.

D. IV. 2. Die praktische Ausführung eines Aussteuerungsmessers

Für die Anwendung im Tonstudio wurde eine ganze Reihe von Aussteuerungsmessern entwickelt [207-210]. Als Beispiel eines Gerätes, das die Bedingungen einer kurzen Ansprechzeit und einer längeren Rücklaufzeit erfüllt, soll der Aussteuerungsmesser U271 (Siemens) betrachtet werden. Bild 150 zeigt das Prinzip dieses Gerätes.

Wie die Elektronik funktioniert

Das tonfrequente Eingangssignal gelangt über einen Tiefpaß (1), der die Übertragungsbandbreite auf eine obere Grenzfrequenz von 20.000 Hz begrenzt, auf einen Wechselspannungsverstärker (2). Danach folgt eine Gleichrichterschaltung (3) mit den Logarithmiergliedern für den spezifischen Skalenverlauf. Für die Logarithmierung wird ein Netzwerk aus Widerständen und Dioden benutzt (Bild 151). Die Dioden erhalten dabei eine voneinander abweichende Vorspannung. Steigt der zu messende Tonfrequenzpegel von Null beginnend an, so folgt ihm die Anzeige zunächst
linear bis zu einem Wert, der durch die niedrigste Vorspannung - hier die der Diode 1, regelbar durch PI- bestimmt wird. In Bild 151 ist der Anstieg durch die Gerade 1 gekennzeichnet. Steigt die Spannung weiter an, so bewirkt der nunmehr durch das öffnen der Diode parallelgeschaltete Querwiderstand R 1 bis zum Erreichen der nächst höheren Vorspannung ein weniger steiles Ansteigen (Gerade 2). Dieser Vorgang setzt sich fort, bis bei der höchsten Eingangsspannung die Anzeige der fünften Geraden folgt.

Die logarithmische Kurve wird also durch eine Reihe von Tangenten gebildet, deren Fußpunkte durch die Größe der Vorspannungen und deren Steilheiten durch die Werte der Querwiderstände bestimmt werden. Im vorliegenden Fall beträgt die größte Abweichung der Anzeigekurve von einer logarithmischen Kurve etwa ±0,5dB. Nach Gleichrichtung und Logarithmierung wird das Signal einem Gleichspannungsverstärker (4), der auch einen Speicher enthält, zugeführt. Der Ausgang des Gleichspannungsverstärkers (4) ist direkt mit dem Anzeigeinstrument (5) verbunden.

Mehrere Instrumente an einem Anzeigeverstärker

An den Aussteuerungsmesser - also an die Verstärkerelektronik - können mehrere Instrumente angeschlossen werden, die dann in Reihe zu schalten sind. Meist verwendet man zur Aussteuerungsanzeige ein Lichtzeigerinstrument (Bild 152). Es besitzt ein Drehspulmeßwerk, das an Stelle des Zeigers einen Spiegel trägt. Ein von einer Glühlampe auf den Spiegel fallender Lichtstrahl wird dann nach mehrfacher Umlenkung auf eine transparente Skala projiziert. Die Anzeige eines Lichtzeigers läßt sich visuell besser verfolgen, als die eines normalen Meßwerkzeigers, da sich der Lichtfleck mit seiner größeren Helligkeit von der Umgebung gut abhebt. In Bild 153 ist die komplette Schaltung des Aussteuerungsmeßverstärkers U271 (Siemens) dargestellt.

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