Workshops - Workshop: Dynamik und Kompression

Dynamik und Kompression - das Geheimnis von laut, leise, vorne und hinten

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Kaum ein Studiogerät ist so bekannt, wie der Kompressor – es gibt ihn als Hardware-Rackgerät, als Software-Plug-in für Sequenzer, als Bodentreter, usw.! Doch viel zu oft setzt ihn der Anwender falsch ein und dann wird aus dem hilfreichen Tool eine "böse Falle". Doch wofür benötigt man den Kompressor überhaupt, benutzt man ihn schon während der Aufnahme – und gibt es wirklich "gute" Kompressor-Einstellungen?

Warum wurde der Kompressor eigentlich "erfunden"?
Jeder kennt das Problem, dass eine Audioaufnahme teilweise sehr laut, teilweise aber auch sehr leise ist – gerade bei klassischen Aufnahmen ist das Phänomen besonders oft anzutreffen. Man spricht hier von der Dynamik eines Signals. Für die Wiedergabe dieser Dynamikunterschiede benötigt man große Leistungsreserven des Endverstärkers, welche aber nur in lauteren Phasen zum Tragen kommen.
Lange Zeit hat man dies als gegeben hingenommen, doch irgendwann in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts fand man heraus, dass die wahrgenommene Lautstärke gar nicht proportional zur absoluten Lautstärke ist. Dies verdeutlicht folgendes psychoakustische Beispiel: Dreimal wird eine Stimme aufgenommen – einmal flüstert der Protagonist, einmal spricht er, einmal schreit er. Die Stimmen werden anschließend in der Lautstärke so angepasst, dass sie auf einem VU-Meter auf den gleichen Wert kommen:





Jeder Mensch hört trotzdem einen ganz klaren Unterschied, ob geflüstert, gesprochen oder geschrieen worden ist und kann jede der drei Aufnahmen zuordnen.
Was ist es also, das unser Hörempfinden dazu bringt, zu sagen, dass die geschriene Aufnahme lauter ist? Es ist die Verteilung der Obertöne. Während beim Flüstern nur wenige Obertöne über dem Grundton schwingen, sind es beim Sprechen schon mehr und beim Schreien sehr viele.
Dieses Phänomen gilt für nahezu alle akustischen Instrumente, ob Piano, Violine und Bratsche, Gitarre, Bass, Trompete oder Flöte – bei allen hängt die empfundene Lautstärke viel mehr von der Obertonverteilung, als von dem effektiven Lautstärkepegel ab! Als man dies herausgefunden hatte, versuchte man sich das schon zunutze zu machen: Durch einen allgemein höheren Pegel erreichte man nur eine gleichmäßigere Lautstärke und nutzte damit viel besser die Reserven der Endstufen aus, auch bedeutete dies einen größeren Pegel-Rausch-Abstand, was zu Zeiten des früher verwendeten Tonbandes ein nicht unwichtiges Argument war.
Zuerst versuchte man sich daran, laute Passagen mit dem Fader des Mischpultes nachzuregeln, doch dies klappte nur bei langsam an- oder absteigenden Passagen, denn der Mensch arbeitet viel zu träge und ungenau, als dass dieses Verfahren akzeptable Ergebnisse liefern würde. Der VCA
Eine dafür bahnbrechende Erfindung war der VCA – der Voltage Controlled Amplifier, zu deutsch: der spannungskontrollierte Verstärker. Hierbei wird das Eingangssignal je nach Spannung bedämpft – der Begriff Verstärker ist hierbei also irreführend, denn das Signal wird maximal zu 100% durchgelassen. Schematisch sieht das folgendermaßen aus:

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Das (in der Praxis gleichgerichtete) Eingangssignal regelt den VCA; je größer die Spannung, desto größer auch der gedämpfte Wert. Dynamik in Graphen
Man kann das Phänomen auch in einen Graphen, auf dem der Ausgangswert über dem Eingangswert aufgezeichnet ist, darstellen. Im Normalfall (also ohne Kompression) sieht das so aus:

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Der Graph ist so zu lesen, dass ein Signal, welches mit -25 dB ankommt, auch wieder mit -25 dB rausgeschickt wird; ein Signal, das mit 0 dB ankommt, wird mit 0 dB rausgeschickt – es wird nichts am Signal verändert. Wird der Pegel nun komprimiert, sieht das folgendermaßen aus:

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Der Pegel, der mit 0 dB ankommt, wird nur noch mit -10 dB rausgeschickt, der Pegel, der mit – 25 dB reingeht, geht nur noch mit -30 raus. Wir haben hier also ein Verhältnis von 1,25 : 1. Dieses Verhältnis kann über die grauen Kästchen ermittelt werden (5 Kästen nach rechts durch 4 Kästen nach oben : 1) und heißt (Compression) Ratio. Die Ratio ist einheitenlos, da sie ein Verhältnis beschreibt! Threshold
Um das Signal jedoch in leiseren Passagen unbehandelt zu lassen (hier ist das Ohr wesentlich empfindlicher), dämpft man heute nicht mehr das gesamte Ausgangsignal, sondern regelt ab einem gewissen Schwellwert, dem sog. Threshold (englisch für „Schwellpunkt, Schwelle“):

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Bis -20 dB bleibt das Signal absolut unberührt, ab -20 dB (dem Threshold) wird das Signal dann bedämpft. Die Ratio beträgt hier 2 : 1! Soft-Knee
Als Besonderheit haben sich einige Hersteller vor ein paar Jahren den so genannten Soft-Knee-Threshold ausgedacht; hierbei gibt es keinen festen Punkt mehr, ab dem bedämpft wird – vielmehr wird die Dämpfung in einem bestimmten Bereich kontinuierlich vergrößert, bis sie bei der endgültigen Ratio angekommen ist:

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Die Hersteller versprechen sich davon, dass das Einwirken des Kompressors nicht mehr so plötzlich und punktuell umgeschaltet wird. Die Meinungen darüber, ob Soft-Knee Sinn macht, sind sehr geteilt! Letztendlich sollte das Ohr entscheiden, ob eine ein Audiosignal von der Soft-Knee-Bearbeitung profitiert.
Gain
Durch die Komprimierung haben wir nun ein Ausgangssignal von – 50 bis -10 dB. Doch die „lautesten“ 10 dB werden nicht genutzt, also hebt man das ganze Signal an, um den Signalweg möglich komplett zu nutzen:

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Der Wert, der die Erhöhung beschreibt, heißt „Gain“ (engl. „Zunahme, Verstärkung“) und trägt sinnigerweise die Einheit dB. Bei manchen Kompressoren wird auch MakeUp Gain oder nur MakeUp als Bezeichnung verwendet. Der Kompressor komprimiert also die Dynamik eines Stückes. Doch was ist eigentlich die Dynamik? Die Verwirrung um dieses Wort rührt daher, dass zwei eng beieinander liegende Wissenschaften darin anderes sehen: Die Musik und die Tontechnik.
Für Musiker ist die Dynamik die Tonstärke, eingeteilt in die so genannten Grundstufen piano, mezzoforte, forte, fortissimo etc.
Für Tontechniker (und nebenbei auch Physiker) ist die Dynamik der Quotient aus dem leisesten und dem lautesten Schallpegel – also das, was wir gerade gelernt haben. Gain-Reduction
Per VU-Meter oder einer LED-Kette wird angezeigt, wie stark das ankommende Signal gerade bedämpft wird. Dies gibt dem Tontechniker die Möglichkeit, die Effizienz seines Kompressors visuell aufbereitet zu bekommen: Ist der Gain des Kompressor hoch eingestellt, kann es sein, dass an lauten Stellen noch Übersteuerungen auftreten, ist der Threshold zu niedrig, kann es sein, dass das Signal an leisen Stellen immer noch bedämpft wird. Attack und Release
Hersteller vieler Kompressoren bieten heute einen Schalter an, der dem User die Einstellungen der Attack- und Releasezeiten abnimmt – und das nicht umsonst: Die wenigsten wissen, was es damit auf sich hat, obwohl dies die Einstellungen sind, mit denen man bei falscher Einstellung am meisten kaputt machen kann. So manch ein Homerecordler hat schon verzweifelt vor der pumpenden Bass Drum gesessen und die Welt nicht mehr verstanden.
Mit der Attack-Time (zu Deutsch: Angriffs- oder Anstiegszeit) legt man fest, wie schnell der Kompressor bei Überschreiten des Thresholds reagieren soll. Diese darf nicht zu kurz gewählt werden, denn sonst würde der Kompressor bei jeder noch so kleinen Pegelspitze zurückregeln. Der durchschnittliche Pegel würde nicht steigen, sondern sinken, weil bei jeder Spitze der gesamte Pegel zurück geregelt würde! Auch kann es passieren, dass ein Knacken hörbar wird, denn bis der VCA reagiert, sind zumindest Teile der ersten Schwingung durchgegangen, wenn diese nun zu schnell abgeschnitten werden, hört man keinen Ton mehr, der runtergeregelt wird, sondern nur Fraktale:

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Auch bei der Release-Time (zu Deutsch: Abfallszeit) muss man darauf achten, dass sie nicht zu kurz ist, denn zu geringe Releasezeiten führen zum bekannten oder eher gefürchteten Pumpen. Grund ist, dass der Pegel des Signals sofort nach dem Dämpfen wieder zurückgeregelt würde, der Nachklang ungedämpft und damit im Vergleich zum Anfang des Klangs viel zu laut ist. ------------------------------------------------------------------------------------------- Das ganze noch einmal visuell aufbereitet:
Ein Drummer schlägt die Base in regelmäßigen Abständen an:

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Da diese in den Ohren des Tontechnikers zu große Dynamik hat, soll sie mit einem Kompressor bearbeitet werden…
Er legt dazu den Threshold bei 65 % an…

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… und dämpft die Pegelspitzen (hierbei sein die ersten Schwingungen, die erwähnt wurden nicht sichtbar):

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Da die Bandbreite des Signals nur noch zu ca. 80% ausgenutzt wird, hebt der Tontechniker das Signal noch um ca. 2-3 dB an:

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Jedoch ist die Frage, warum das Signal „lauter“ ist – denn beide Signale nutzen 100% der Bandbreite aus. Aber: Nicht die Pegelspitzen sind relevant – vielmehr ist es der durchschnittliche Pegel. Und der ist nun höher. Hier der Vergleich:

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------------------------------------------------------------------------------------------- Sidechaining
Sidechaining heißt, dass der VCA sein Steuersignal nicht aus dem Nutzsignal (also der Musik) bekommt, sondern es extern gesteuert wird – triggern nennt man das.

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Diese externe Steuerung der Dämpfung bietet viele Vorteile, so kann man zum Beispiel die zum Teil mit aufgenommene Bass Drum auf der Snare-Spur leicht eliminieren, indem man das BD-Signal doppelt (einmal Nutzsignal und einmal Steuersignal für den Kompressor) und in den Sidechain-Eingang des Snare-Kompressors führt. Der Pegel der Bass Drum dämpft quasi sofort das Snaresignal an der Stelle. Bei Snare und Bass Drum ist das noch recht einfach – jedoch kann man sich auch das Signal kaputt machen, wenn beide Instrumente (das steuernde und das zu steuernde) gleichzeitig erklingen – denn das zu steuernde Instrument würde in dem Moment leise geregelt werden. Diese Option ist also mit Vorsicht zu genießen und ersetzt nicht eine gute Mikrofonierung! Oftmals wird Sidechaining auch im Radio benutzt – dann ist das Mikrofonsignal des Moderators gleichzeitig auch das Steuersignal für die Dämpfung der Musik. Diese muss beim Sprechen des Moderators also nicht per Hand zurückgeregelt werden. Dies nennt man „ducking“. Aber Sidechaining kann auch kreativ genutzt werden: So kann man z.B. den Hall auf einer Stimme mit einem Kompressor versehen. Wenn der Sänger nun singt, wird das Hall-Signal weitgehend unterdrückt und die Stimme ist klar und präsent – in Gesangspausen jedoch kann die Hallfahne sehr gut nachklingen. Weitere Anregungen finden sich auch im Artikel Kreativer Umgang mit Sidechains von SOS. Look ahead
Einen entscheidenden Nachteil des Kompressors haben wir eben schon kennen gelernt: Er kann nur nach kurzer Zeit reagieren. Viel besser wäre es aber doch, wenn er schon vorher wüsste, wann welches Signal kommt (engl. to look ahead: voraus schauen).
Zuerst versuchte man dies bei analogen (und auch digitalen Geräten) mittels Verzögerung des Nutzsignals zu erreichen: Die Pegelspitze einer Bass Drum kommt in Echtzeit am Steuereingang an, wenige Millisekunden danach kommt das (dann schon bedämpft werdende) Nutzsignal an:

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Der Nachteil liegt auf der Hand: Das Signal wird verzögert. Deshalb sind externe „look ahead“-Geräte auch nur für Mastering geeignet. Dieses Problem haben Plug-ins freilich nicht (wenn sie auf existierende Spuren angewandt werden – und nicht auf aufzunehmende!!!); sie können theoretisch unbegrenzt „in die Zukunft schauen“ und so viel besser auf kommende Pegelspitzen vorab reagieren. Gute Werte?
Es stellt sich schnell die Frage, ob es „gute“ Werte überhaupt gibt – denn jede Aufnahme ist anders. Fest steht schon einmal, dass man nicht alles über einen Kamm scheren kann – für jede Instrumentengruppe gelten andere Rahmenbedingungen. Diese zu durchbrechen kann durchaus musikalisch begründet werden (s. Erik Prydz’ pumpende Bass Drum in „Call On Me“). Aber um einen Einstieg zu finden, kann man durchaus Rahmenwerte liefern, an denen sich jeder User zumindest orientieren kann. Angegeben sind hier immer nur die Werte für Ratio, Threshold, Attack und Release. Den „Gain“-Wert zu finden, hängt vom Kompressor und dem restlichen Equipment ab.
-Stimme: Die Stimme wird in der Rock/Pop-Musik fast immer komprimiert, da sie im Gegensatz zu den anderen Instrumenten eine viel zu große Dynamik hat. Die Ratio liegt zwischen 2:1 und 6:1, Attack bei ca. 50 – 100 ms und Release zwischen 1 und 2,5 sec, der Threshold sollte bei -20 dB liegen.
-Saiteninstrumente á la E-Gitarre und E-Bass: Eine Ratio von 2:1 hilft einem unausgewogenen Lautstärkeklang (einige Saiten sind lauter als andere) entgegenzuwirken, bei 4 – 8:1 ist der Kompressor hörbar. Hier kann man mit sehr kurz eingestellter Attack-Zeit (<50ms) und langer Release-Zeit (<1s) eine Vergrößerung des Sustains erreichen, die Ratio sollte man per Gehör regeln. Beim geslappten oder brillant einzusetzenden E-Bass sollte die Attack-Zeit unter 10 ms und die Release-Zeit zwischen 150 und 800 ms liegen. Die Ratio sollte mit mehr als 4:1 relativ stark sein – aber zu starke Kompression macht den Bass flach.
-Keyboards werden sehr selten komprimiert, wenn dann nur aus musikalischen Gründen.
-Drums: Auf der Kick nutzt man meist Attack-Zeiten von 5 – 50 ms und Release-Zeiten von 100 – 300 ms, wobei letztere um so länger werden, desto länger die Attack-Zeit ist. Die Snare wird meist eine Attack-Zeit von 20 – 30 ms und eine Release-Zeit von ca. 300 – 400 ms mit einer Ratio von 4 – 8:1 und einem Threshold bei ca. – 10 - -20 dB benutzt. Für die Gruppenspuren von Drums werden meist Multibandkompressoren (s.u.) verwendet. Eine weitere, sehr gute Liste für gängige Kompressorwerte findet man auf der Seite des BWS Tonstudios in der Schweiz!
Ganz wichtig ist: Dies sind nur grobe Richtwerte – diese hängen zu einem nicht geringen Teil von den Instrumenten, der Mikrofonierung und weiteren Faktoren ab! Hier gilt es auszuprobieren!!! Sonderformen
Stereo-Kompressoren

Um ein Stereo-Signal zum komprimieren, braucht man einen Stereo-Kompressor. Dazu benutzt man zwei identische Geräte, die sich meist durch eine Link-Schaltung miteinander koppeln lassen, so dass sie gleich reagieren – auch wenn der Threshold nur auf einer Seite überschritten wird. Alles andere hätte eine Verschiebung des Stereo-Panoramas zur Folge! Viele moderne Geräte haben diese Funktion schon an Board, in dem sie zwei Kompressoren in einem Gehäuse haben, die sich unabhängig voneinander bedienen lassen, aber eine Seite an Reglern im Falle einer Stereo-Kompression (einstellbar über einen Knopf) den „Master“ übernimmt. Opto-Kompressoren
Um zu verstehen, was Opto-Kompressoren sind, muss man erst einmal wissen, dass der VCA kein elektronisches Bauteil ist, sondern vielmehr eine Schaltung aus solchen. Meist werden hierfür FETs (Feldeffektransistoren) verwendet. Diese haben ein relativ lineares Verhalten und zudem eine (eigene) Attack- und Releasezeit von quasi 0 ms.
Bei Opto-Kompressoren werden aber Lichtquelle und Fotozelle zur Steuerung verwendet. Das Steuersignal wird durch die Lichtquelle geleitet, diese leuchtet abhängig von der Spannung (= Signalstärke) heller oder dunkler auf die Fotozelle. Eine Fotozelle ist ein Widerstand, der abhängig von der darauf strahlenden Leuchtenergie ist.
Opto-Kompressoren haben ein sehr charakteristisches Ansprechverhalten. Multikompressoren
Eine weitere Sonderform von Kompressoren sind Multibandkompressoren – hierbei wird das Signal in verschiedene Frequenzbereiche (meist zwischen 3 und 5) unterteilt. Diese Frequenzbereiche werden jeweils separat komprimiert und nach der Kompression wieder zusammengemischt. Kompression schon bei der Aufnahme?
Zum Abschluss noch die Frage, ob man während der Aufnahme schon komprimieren soll. Bei den meisten Instrumenten (etwa Gitarre) wird die Frage von einer sehr großen Fraktion verneint (und das zu Recht), aber bei der Stimme zum Beispiel herrscht immer wieder eine Diskussion, denn diese hat eine sehr große Dynamik. Jedoch muss man sich im Klaren darüber sein, dass jegliche Kompression der Dynamik nur sehr schwer und unzureichend wieder rückgängig machbar ist. Es wird sehr oft empfohlen, dass wenn ein Kompressor wirklich nötig ist, man nur mit ganz geringer und vor allem unhörbarer Kompression arbeitet.
Gegen einen Limiter im analogen Signalweg spricht nichts, solange er nicht andauernd zurückregeln muss! Premium-Artikel von flying_eagle
Redigiert von tsching
Dank an DarkV für die Sound-Beispiele.