Natives Audioprozessing

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Natives Audioprozessing

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NATIVE AUDIOPROZESSING

Präzision durch Gleitkommaberechnung


Moderne DAWs arbeiten im gesamten Signalweg, von der Aufnahme bis zur Ausgabe, mit Fließkommaberechnung. So wird in allen Stufen der Signalbearbeitung höhste Präzision und Pegelfestigkeit erreicht. Selbst frühere hartnäckige Vertreter von Festkomma-Algorithmen, wie Pro Tools, oder Waves beschreiten inzwischen den "Native-Float-Weg". Ich möchte das anhand der DAW SEQUOIA und ihrem Anspruch auf völlige Klangneutalität beim Mastering erläutern. 

 

SEQUOIAs leistungsstarke Audioengine ermöglicht durch konsequente Floatberechnung überrragende Detailauflösung, Linearität sowie exakte Pegelsummierung beliebig vieler Tracks und Subgruppen bei gleichzeitig verringerter Signalverzerrung bis zum Masterbus. Mit professionellen DA-Wandlern und 32 Bit Treibern (z.B mit Lynx Hilo oder Marian Seraph AD2) bleibt diese Qualität schlüssig bis zur Abhöre erhalten. Floatprozessing ist die Voraussetzung für das Einbindungen moderner Hochleistungs-Plug-ins über I/O Slots von Objekten, Tracks und Bussen. Float fähige Plug-ins fügen sich klangneutral ohne Rundnungsfehler, wie sie bei der Umrechnung in Festkommawerte z.B. bei Hardware DSP-Prozessoren oder Fixpoint Plug-ins immer entstehen würden, perfekt in den Signalfluss ein. Durch die hardwareunabhängige Skalierbarkeit des Signals, erreicht die native Signalverarbeitung mit Abtastraten bis zu 384khz und Bittiefen bis zu 80 Bit (long-double float), eine völlig neue audiophile Qualität.

 

Die feinsten Nuancen der komplexen Ein- und Ausschwingvorgänge in einer Abmischung bleiben beim Mastering nur dann erhalten, wenn alle Berechnungen mit möglichst einheitlicher und deutlich höherer Detailauflösung, in Bezug auf das Zielformat, erfolgen. Vor allem bei Abmischungen mit niedriger Abtastfrequenz erfolgt meist mehrfaches Upsampling, insbesondere bei Filtern & Equalizern, wodurch die zeitliche Präzision durch Interpolation der Samplewerte erhöht wird. Allerdings bedarf es hochpräziser Downsamplingverfahren in das Zielformat, damit dieser Vorteil erhalten bleibt.

 

Populäre Musikprogramme wie Cubase, Studio One, Wavelab, Nuendo, Pro Tools sind ohne zusätzliche High-Resolution Plugins für professionelles Mastering nur bedingt brauchbar. Integrierte VST, AAX, RTAS Effekte sind Latenz- und Ressourcen schonend programmiert, um in möglichst viele Mix-Kanäle oder ggf. Gruppen eingefügt werden zu können. Beim Zusammenmischen färben sie den Klang oder verschmieren mit zunehmender Signalkomplexität die Transienten aufgrund ihrer schnellen Filterberechnung vor allem bei niedrigen Sampleraten. So entstehen matschige, wummernde Bässe ohne kernigen Punch, harscher Gesang, klingelnde, schrille Becken, verschliffene Snares, unruhige Streicher und unausgewogene Pianos - der Sound erscheint nicht als Fläche sondern punktuell zwischen den Boxen - um hier nur einige Beispiele zu nennen. Ein weiteres Problem ist die wechselnde interne Präzision bei der Kombination verschiedener Standard Plugins, alleine dieser Umstand verdirbt den Klang.

 

 

Beim Mastering werden spezielle Plug-in Algorithmen benötigt

 

Die wenigsten Plug-ins und DSP-Hardware Prozessoren genügen den hohen Ansprüchen beim Mastering, daher ist das Angebot hochwertiger Mastering-Technik und Software sehr überschaubar geblieben. 1996 hatte die Firma SPL mit dem "Digital Loudness-Maximizer" ein Gerät mit exzelentem DSP-Code entwickelt, und damit die Messlatte für Dynamikprozessing beim Mastering deutlich höher gelegt. Heute gelten die High-Resolution DSP-Codes z.B. von Algorithmix, Lexicon, TC, SPL oder Weiss-Engineering als Referenzstandard. Moderne Samplingraten-Konverter und Dithering-Methoden tragen dazu bei, die unvermeitlichen Verluste bei der Konvertierung z.B. in das CD-Format für unsere Ohren gering zu halten. Hier möchte ich das Algorithmix Plug-in "K-Stereo" erwähnen, welches u.a. die Raumabbildung und Tiefenstaffelung selbst nach einer Wortlängenreduzierung auf 16 bit unvergleichlich positiv beeinflusst.

 

 

True-Peak Level & Loudness Metering:

 

Auf Mastering spezialisierte DAWs, wie Wavelab, Nuendo oder Pro Tools bieten erst seit kurzem integrierte, präzise True-Peak-Level Erkennung. SEQUOIA zeigt sich hierbei als Vorreiter bei der Integration lautheitsbezogener Arbeitsweisen, wie sie für TV & Content-Produktionen nach den aktuellen Richtlinien (EBU R128 und ITU BS.1770) verbindlich sind. Ebenso ist für CD & DVD-Master die wichtige True-Peak-Level Detection und Limitierung für Stereo und Multichannel Projekte implementiert (s.w.u.). Zum sicheren Aufspüren der Overshots wird 4-faches Oversampling eingesetzt. Ein Rekonstruktions-Algorithmus zeigt sicher Intersampling-Peaks im Levelmeter als resultierenden dB Wert oberhalb FS an. Sequoia garantiert optimale Sicherheit und verfügt seit Version 12 über einen echten Mehrkanal True-Peak Stop Limiter mit ISP Schutz.

 

 

True Peak Level Metering - Sequoia
True-Peak Level Metering - Sequoia 12

 

Loudness Metering - Sequoia 12
Loudness Metering - Sequoia 12

 

 

TPL Anzeige mit RME Digicheck-Tools.

RME Digicheck Tools mit Oversampling

   Satte Intersampling Peaks  | korrekte Overshot-Protection
 

 

Dynamikumfang:

 

Masteringstudios erhalten i.d.R. eine fertige Mischung, die idealerweise die optimale Dynamik aufweist. Aus verschiedensten Gründen ist es jedoch nicht sinnvoll bzw. technisch garnicht möglich, den vollen Dynamikumfang der Mischung beizubehalten. Da sind einerseits die geplanten Veröffentlichungszwecke durch Datenträger (Vinyl, CD, DVD, Blu-ray, Internet) und andererseits sind Marketingstrategien der Produzenten & Labels zu berücksichtigen.

Ein weiterer Punkt bei der Dynamikbetrachtung ist die Art der Wiedergabe beim Hörer selbst, so werden z.B. Internetstreams oft auf mobilen Geräten oder Desktoplautsprechern gehört und erfordern spezielles Lo-Fi Mastering. Generell muss man sagen, dass der Kompressionsalgorithmus entscheidend auf den Hörgenuss einwirkt und er bestimmt daher hauptsächlich, wie die Musik über einen längeren Zeitraum auf den Hörer einwirkt.

Beim Mastering ist die richtige Dynamikstrategie für den geplanten Verwendungszweck entscheident. Die ursprünglich in der Mischung erreichte und zum Musikgenre passende Dynamik wurde i.d.R. auf hochauflösenden Anlagen gemischt und muss an das Zielmedium angepasst werden, damit es bei Hörer gut rüberkommt. Musik-Master für CD- oder Internet-Veröffentlichungen werden meist mit geringerem Dynamikumfang erstellt, als das für TV oder DVD/Blu-ray Master der Fall ist. 

Nun sind es gerade die Marketingstrategien bei populären CD Veröffentlichungen, die das Mastering besonders herausfordern. Hier treffen die schwächsten digitalen Eigenschaften des Medium CD auf die übertriebensten Forderungen der Produzenten. Lauter! lauter! lauter! Die verbleibende "Restdynamik" wird bis auf wenige Dezibel zusammengestaucht, plattkomprimierte Nuancen gehen dabei verloren und die Musik erscheint farblos und flach. Schon bei weniger als 10 Dezibel Dynamikumfang sind extrem präzise an die Mischung angepasste Parameter für den Dynamikprozessor und Limiter erforderlich, damit möglichst wenig der unvermeintlichen Verlusste durch Sättigungs- und Transientenverzerrungen an das Ohr gelangen. Typisch für kommerzielle Produktionen auf CD sind jedoch Dynamk-Range Werte von 6 Dezibel oder weniger. 

Master für DVD, TV und Blu-ray erhlaten hingegen deutlich mehr Dynamik, da es die digitalen Eigenschaften dieser Medien erlauben, nahezu den vollen Umfang einer perfekten Mischung umzusetzen. Lautheit ist z.B. bei TV Produktionen genaustens definiert und DVD-Audio oder Blu-ray wird nicht für den Kampf um das lauteste Album misbraucht. Moderne High-Resolution Prozessoren machen es inzwischen sogar möglich, unseren Ohren mehr Dynamik, Transparenz und Tiefenstaffelung auch bei lauten Mastern zu vermitteln, als das noch vor einigen Jahren der Fall war. Details bleiben so besser erhalten und der Klang wirkt entspannt und natürlicher, selbst bei CD und Internet Musik.

 

 

Verzerrungen durch Interleaved Sample-Overshots: 

 

Die digitale Darstellungsgrenze endet bekanntlich mit der Vollaussteuerung bei 0dBFS. Aufeinanderfolgender Abtastwerte, die einzeln betrachtet sogar unterhalb der Vollaussteuerung liegen, schießen durch Interleaved Sample-Peaks weit über diese Grenze hinaus. DA-Wandler können i.d.R. mit Werten über FS nicht umgehen und erzeugen auf der analogen Filter Seite massives Clipping, was zu unterschiedlichsten Verzerrungen, wie klirren oder zirpen führt. Der oft zitierte Sicherheits-Headroom von -0.3dB/FS schützt nicht vor diesen Overshots, da er den Umgang mit dem einzelnen Abtastwert empfiehlt und nicht vor den Auswirkungen vollausgesteuerter Samples in Folge schützen kann. Mit steigender Lautheit erhöht sich auch immer die Sampleblockbildung und damit entstehen noch mehr Overshots. In aktuellen kommerziellen CD-Veröffentlichungen sind mehr als 150 Samples mit maximalen Abtastwerten in Folge keine Seltenheit im Kampf um das lauteste Album. So entstehen jede Menge problematische Signale, die ohne jeden musikalischen Informationsgehalt unsere Ohren belästigen und damit den Musikgenuss trüben. Von weiteren drastischen Verschlechterungen bei der Überspielung solcher CD's in datenreduzierte Formate, wie MP3/AAC/WMA ganz zu schweigen!

 

ISP Limiter:

 

Mastering Brickwall-Limiter arbeiten stets mit mehrfachem Oversampling im Detektion-Signalweg und sind daher in der Lage potenzielle Overshots exakt und vorhersehend zu erfassen. Richtig eingestellt kann so beim Mastering sichergestellt werden, das einerseits der DA-Wandler im Player keine kritischen Peaks verarbeiten muss und andererseits eine geringe Wortlänge, wie bei der CD, optimal ausgeschöpft wird. Der Schutz vor den kritischen "Interleaved-Sample-Overshots" gehört zu den Basisaufgaben jedes Mastering Engineers. Alben mit einer hohen Anzahl an Overshots beeinträchtigen erheblich den Hörgenuss auf allen Verbreitungswegen und sind unserer Meinung nach völlig inakzeptabel.

 

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Mehr über: BS.1770, EBU R128, Float 32 Bit, Sequoia, True Peak

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