Headroom: Was ist das? Und warum ist das wichtig?

Was ist Headroom überhaupt?

Der letzte Prozess nach dem Mixing, bevor die Produktion abgeschlossen ist, ist das Mastering, bei dem wir Dynamikprozessoren, Equalizer und manchmal auch Effekte verwenden, um eine Einheitlichkeit in unseren Tracks zu erreichen. Das Mastering ist besonders wichtig, wenn man eine ganze CD veröffentlichen will, damit die Tracks auch untereinander einheitlich klingen.

Diese Effekte können in der Regel den Dynamikbereich unseres Mix beeinflussen, d. h. sie erhöhen die empfundene Lautstärke. Um mit diesen Effekten vernünftig arbeiten zu können, brauchen wir also einen „Spielraum“. Diesen „Spielraum“ nennt man Headroom, und der bezeichnet den Abstand zwischen dem größten Peak (Ausschlag) des Songs und der Clipping-Grenze.

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Headroom in der analogen Audio-Welt

Technisch gesehen ist der Headroom (gemessen in Dezibel) das Verhältnis zwischen dem maximalen unverzerrten Signal, das ein System verarbeiten kann, und dem Durchschnittspegel, für den das System ausgelegt ist.

Nehmen wir zum Beispiel an, du hast ein Recording-System mit einem nominalen Durchschnittspegel von -10 dB. Wenn du ein Signal von +7 dB unverzerrt durch dein System pumpen kannst, hast du einen Headroom von 17 dB.

Unverzerrt ist hier das Stichwort. Wenn du kein Headroom mehr hast, kommt es zu Verzerrungen. Allerdings kann das eine gute Sache sein – wenn dir der Headroom in einem Orange-Amp ausgeht, denn dann entstehen schöne, erwünschte Verzerrungen. Aber für Studiomonitore oder ein Mischpult ist das keine gute Sache.

Bei einem analogen Mischpult, das für einen durchschnittlichen Signalpegel von +4 dB ausgelegt ist, sind die VU-Anzeigen so kalibriert, dass sie bei +4 dB 0 VU anzeigen. Ein professionelles Mischpult, das für +4 dB ausgelegt ist, kann jedoch einen Ausgangspegel von +24 dB liefern.

Bei 0 VU hast du also einen Spielraum von 20 dB (24 – 4 = 20), um sicherzustellen, dass unvorhergesehene Pegelerhöhungen – wie ein zu lauter Sänger – oder starke Transiente richtig wiedergegeben werden.

Andere wichtige Begriffe, die bei der Berechnung des Headrooms eine wichtige Rolle spielen:

• Signal-to-noise ratio: Ein Maß, das die Leistung eines Audiosystems in Bezug auf Rauschen, Signalqualität und Klangtreue beschreibt. Man berechnet den indem man die Lautstärke des Audiosignals mit dem Grundpegel des Rauschens im System (Ein System kann ein Mischpult sein, eine DAW, ein Gitarrenverstärker…) vergleicht.
• Noise floor (Grundrauschen): Das Grundrauschen eines Geräts oder Systems ist das Rauschen, das von dem Gerät selbst erzeugt wird, wenn kein Signal vorhanden ist. Es wird in Dezibel gemessen. Alle elektronischen Geräte erzeugen ein gewisses Maß an Rauschen, sogar ein Stück Draht! Die Minimierung des Grundrauschens führt zu einem erweiterten Dynamikbereich und einem geringeren Signal-to-noise ratio. Dies führt zu saubereren und unverzerrte Aufnahmen oder Musikproduktionen.

Headroom in der digitalen Audio-Welt

Jetzt wird’s knifflig!

Zunächst bedeutet 0 dBFS (FS steht für „Full Scale“) in einem digitalen System den absoluten Maximalpegel, den das System verarbeiten kann. Im Gegensatz zu analogen Systemen, die einen „unsichtbaren“ Headroom oberhalb von 0 VU haben, ist 0 dBFS das Maximum, das erreicht werden kann.

Aus diesem Grund kalibrieren viele Musikproduzenten ihre Aufnahmesysteme (DAWs) auf -18 dB unterhalb von 0 dBFS, da dies einen Headroom schafft, den ein digitales System von Haus aus nicht hat.

Aber: Wenn man mit -18 statt mit 0 aufnimmt, verliert man etwa 3 Bit an Auflösung (jedes Bit entspricht etwa 6 dB). Nimmt man aber mit einer Bittiefe von 24 Bit auf, hat man nur 21 Bit, was immer noch mehr ist als die tatsächliche Auflösung der meisten Hardware (ein 24-Bit-Wandler hat aufgrund von Ungenauigkeiten im Wandler selbst, Rauschen, Platinenlayout usw. keine wirkliche 24-Bit-Auflösung). Außerdem hat man mehr Spielraum, um Spitzen, Resonanzen und plötzliche Pegelanstiege auszugleichen.

Aber das ist nicht der einzige Punkt, an dem der Headroom bei digitalen Systemen ins Spiel kommt. Headroom bezieht sich auf den Dynamikbereich – sobald die Signale in den Computer gelangen, verfügen die heutigen DAWs über Audio-Engines mit einem praktisch unbegrenzten Dynamikbereich.

Es ist fast unmöglich, den Headroom der Audio-Engine zu überschreiten. Daher können einzelne Mischkanäle „in den roten Bereich“ gehen, ohne dass es zu Verzerrungen kommt.

Das Audiosignal muss aber von der DAW irgendwann raus und in die analoge Welt zurückkehren, und zwar über D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler) und Hardware. Und diese haben einen begrenzten Dynamikbereich.

Es hat sich bewährt, den Masterfader auf 0 zu stellen und die Kanalfader zu benutzen, um die beste Balance zu finden, anstatt die Kanalfader „heiß“ laufen zu lassen und den Masterfader herunterzufahren, um das auszugleichen.

Wenn du den Masterfader auf 0 hältst, ist es dank der hohen Auflösung der Audio-Engine deiner DAW kein Nachteil, wenn die Pegel der einzelnen Kanäle auf den Fadern bei -18 liegen.

Headroom, PA-Systeme und Mischpulte

Bei einer Beschallungsanlage oder einem analogen Mischpult solltest du den maximal verfügbaren Headroom nutzen, um das Rauschen zu minimieren. Um die beste Verstärkung zu erreichen, solltest du den Pegel so hoch wie möglich am Eingang (Preamp) anheben.

Bei Mikrofonen wählst du die richtige Verstärkung am Mikrofonvorverstärker, bei Geräten mit Line-Pegel, wie z. B. elektronischen Instrumenten, stellst du den Ausgang des Instruments so ein, dass der maximale Pegel erreicht wird, ohne dass es zu Verzerrungen kommt, und stellst dann die Verstärkung des Mischpults entsprechend ein.

Was ist mit dem Headroom von Amps und Lautsprechern?

Jetzt wird es interessanter. Zunächst einmal regelt der Gain-Knob eines Gitarrenverstärkers nicht die Leistung. Der Verstärker kann die ganze Zeit mit voller Verstärkung laufen (Die Monitorboxen in deinem Studio funktionieren wahrscheinlich genauso). Der Eingangsregler regelt den Pegel, der den Verstärker erreicht.

Das ist gut, denn du hast die ganze Zeit den vollen Headroom und deine Transienten kommen durch. Das bedeutet aber auch, dass du aufpassen musst, dass du den Eingangspegel nicht so weit aufdrehst, dass der Headroom nicht mehr ausreicht.

Lautsprecher haben nicht den gleichen Headroom wie Endstufen, aber wenn du zu viel Signal einspeist, kann das zu Verzerrungen oder sogar zum Platzen der Lautsprecher führen. Da moderne Aktivlautsprecher sowohl die Lautsprechertreiber als auch die Verstärker enthalten, die sie antreiben, verfügen sie über Schutzmaßnahmen (Limiter), um den Audiopegel zu begrenzen und die Lautsprecher zu schützen.

Bei passiven Lautsprechern und separaten Endstufen ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass es bei dieser Art von Aufstellung zu Problemen kommt – die Lautsprecher und die Endstufen „reden“ nicht miteinander. Wenn es in der Endstufe zu Verzerrungen kommt, die zu Übersteuerungen führen, wird der Durchschnittspegel des Signals angehoben, was zu einer höheren Leistung bei den höheren Frequenzen führt und daher eher dazu führt, dass ein Hochtöner ausfällt.

Wie bekomme ich einen guten Headroom?

Wenn du in der DAW nicht genug Headroom lässt, musst du dir wirklich überlegen, wohin du mit deinem Mix gehen willst. Du wirst früh und oft an die sprichwörtliche (und buchstäbliche) Decke stoßen. In der analogen Welt hatten wir einen gewissen Headroom am oberen Ende der Pegelanzeige, aber in der digitalen Welt ist das nicht der Fall.

Die Lösung? Mach so viel Headroom wie möglich frei und dein Mix wird lebendiger und hat mehr Luft zum Atmen. Hier sind die einfachsten Möglichkeiten, wie du deinem Mix etwas kostbaren Headroom zurückgeben kannst.

Drehe deine Spuren leiser

Das ist die einfachste Lösung für das Headroom-Problem. Aber nur wenige scheinen diesen Rat zu befolgen. Wenn du einfach deine Spuren in deiner DAW leiser stellst, schickst du weniger Signal auf den Mix-Bus und erhältst sofort mehr Headroom und Klarheit. Wenn man das von Anfang an bedenkt, sollte es keine Überraschungen mehr geben.

Ich garantiere dir, dass deine Mixe schneller fertig werden und besser klingen, wenn du einfach alle Spuren vor dem Mischen leiser stellst. Mit der modernen 24-Bit-Tiefe, die fast alle Audio-Interfaces heutzutage bieten, hast du ein sehr geringes Grundrauschen. Es ist nicht nötig, dass wirklich laute Spuren die Pegelanzeige in die Höhe treiben. Wenn du den Pegel reduzierst und die Lautsprecher aufdrehst, klingen deine Tracks besser.

Halte ein Blick auf das Metering-Plugin auf der Master Spur

Normalerweise liegt der Punkt, an dem es zur Übersteuerung kommt, in einer DAW bei 0dBFS. Darum sollte man am besten der Gesamtmix bei ca. -6dBFS pegeln. Wenn du also anfängst zu mischen, sollten die Drums erstmal bei -9dBFS pegeln (angenommen, man fängt beim Mixing mit den Drums an). Da später noch der Bass, Klavier, Gitarre, Stimme und sonstige Instrumente noch kommen werden, wird dann wahrscheinlich der Gesamtmix letztendlich bei ca. -6dBLFS pegeln.

Verwende deinen Hochpassfilter oft

Das ist eine sehr simple, aber effektive Lösung. Indem du die ultratiefen Frequenzen (100 Hz und darunter) bei fast allen Instrumenten, mit Ausnahme der Kick Drum und des Basses abschneidest, setzt du eine Menge Headroom und Lautstärke frei, damit dein Mix Bus atmen kann. Für die meisten Spuren im Mix hat der Bereich unter 100 Hz keinen klanglichen Nutzen, also ist er ohnehin eine Verschwendung von Lautstärke.

Arbeite in 24-bit für mehr Headroom

Früher, als es noch keine digitalen Aufnahmesysteme gab, war es sehr wichtig so laut und klar wie möglich aufzunehmen, um das bestmögliche signal-to-noise ratio zu haben. Sogar bei Kassetten war es in den 90er wichtig, da diese ja auf 16-bit basieren. Aber bei 24-bit ist das nicht mehr nötig. Das Grundrauschen bei 24-bit Systeme ist so gering, dass man viel Platz zwischen Pegelspitze un 0dBFS lassen kann, ohne Rauschenprobleme zu haben. Selbst bei späterer Kompression treten immer noch keine unerwünschte Geräusche auf.

Headroom im Mastering: Warum ist das wichtig?

Man könnte sogar einen mit -2 dBFS abgemischten Track an einen Mastering-Ingenieur schicken und er wäre immer noch zufrieden, solange es keine Übersteuerung gibt. Weil es wirklich nur auf 2 wichtige Punkte ankommt:

1. Keine Pegel bei 0 dBFS zulassen
2. Verwende keinen Peak-Limiter oder ähnliche Plugins, die natürliche Pegeln verhindern, die sonst 0 dBFS erreichen oder beschneiden würden, indem sie eine harte Grenze (Brickwall-Limiting) bei oder unter 0 dBFS schaffen.

Denn ja, ein Mastering Engineer kann einen lauten, ungemasterten Mix auf einen Pegel herunterdrehen, mit dem er arbeiten kann, aber er kann den Schaden, der durch Peak-Limiting oder Clipping entstanden ist, nicht mehr rückgängig machen, deshalb ist es so wichtig, diese beiden Schritte zu beachten.

Sobald man einen Limiter im Mix-Bus einsetzt, ist der „Schaden“ angerichtet und kann nicht mehr rückgängig gemacht werden. Das bedeutet auch, dass jede zusätzliche analoge oder digitale Bearbeitung den Sound nur noch schlechter oder bestenfalls geringfügig besser macht.