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

Was ist Headroom überhaupt?

Einer der letzten Prozesse, die wir an einem Song vornehmen, ist das Mastering, bei dem wir Dynamikprozessoren, Equalizer und manchmal auch Effekte einsetzen, um eine Einheitlichkeit in unserem Track zu erreichen. Das Mastering ist besonders wichtig, wenn man eine gesamte CD veröffentlichen will, damit die Tracks untereinander auch einen einheitlichen Klang haben.

Diese Effekte können in der Regel den Dynamikbereich unserers 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.

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 Homerecording-System mit einem nominalen Durchschnittspegel von -10 dB. Wenn du ein Signal von +8 dB unverzerrt durch dein System pumpen kannst, hast du einen Headroom von 18 dB.

Das Schlüsselwort hier ist “ohne Verzerrung”. Wenn du kein Headroom mehr hast, kommt es zu Verzerrungen. Zugegeben, das kann eine gute Sache sein, wenn dir der Headroom in einem Marshall-Amp ausgeht, denn dann entstehen “schöne” Verzerrungen. Aber für ein PA-System 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 (schreiende Sänger?) oder starke Transients richtig wiedergegeben werden.

Headroom erklärt

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 einen geringeren Signal-to-noise ratio.Dies führt zu saubereren Aufnahmen oder Musikproduktionen.

Headroom in der digitalen Audio-Welt

Jetzt wird es richtig kompliziert. Bitte schnalle dich an und vergewissere dich, dass dein Ablagetisch in aufrechter und verriegelter Position steht.

Zunächst einmal 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 einbauen, ist 0 dBFS das Maximum, das du erreichen kannst. Aus diesem Grund kalibrieren viele digitale Aufnahmeprofis ihre Aufnahmesysteme (DAWs) mit -18 dB unter 0 dBFS, weil dies einen Headroom schafft, den ein digitales System von Haus aus nicht hat.

Zugegeben: Du verlierst etwa 3 Bits an Auflösung, wenn du mit -18 statt 0 aufnimmst (jedes Bit entspricht etwa 6 dB). Bei einer 24-Bit-Aufnahme hast du jedoch nur 21 Bit, und das ist immer noch mehr als die tatsächliche Auflösung der meisten Hardware. (Ein 24-Bit-Wandler hat aufgrund von Ungenauigkeiten in den Wandlern selbst, Rauschen, Platinenlayout und Ähnlichem nicht wirklich eine Auflösung von 24 Bit.) Außerdem hast du 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. Die Aussteuerungsreserve bezieht sich auf den Dynamikbereich, und sobald du die Signale in den Computer bekommst, verfügen die heutigen DAWs über Audio-Engines mit praktisch unbegrenztem Dynamikbereich. Es ist fast unmöglich, den Headroom der Audio-Engine zu überschreiten. Deshalb können einzelne Mischkanäle “in den roten Bereich” gehen, ohne dass es zu Verzerrungen kommt.

Jede DAW hat jedoch einen virtuellen Tag der Abrechnung, wenn sie in die reale analoge Welt zurückkehrt, und zwar über D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler) und Hardware. Diese haben alles andere als einen unbegrenzten 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 nah wie möglich am Eingang (Preamp) anheben. Bei Mikrofonen wählst du die richtige Verstärkung am Mikrofonvorverstärker und stellst den Rest des Mischers auf den Bereich der Einheitsverstärkung ein. 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.

Wood and Fire Mastering Studio

Was ist mit dem Headroom von Amps und Lautsprechern?

An dieser Stelle wird es noch interessanter. Zunächst einmal passt der Pegelregler einer Endstufe nicht die Leistung an. Der Verstärker kann die ganze Zeit mit voller Verstärkung laufen. (Die Monitorboxen in deinem Studio funktionieren wahrscheinlich genauso.) Der Eingangsregler regelt den Pegel, der zum Verstärker gelangt. Das ist gut, weil der volle Headroom die ganze Zeit zur Verfügung steht und deine Transienten durchkommen. Das bedeutet aber auch, dass du aufpassen musst, dass du den Eingangspegel nicht so weit anhebst, dass er gegen den verfügbaren Headroom stößt.

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 in modernen Aktivlautsprechern sowohl die Lautsprechertreiber als auch die Verstärker, die sie antreiben, integriert sind, verfügen sie über Schutzmaßnahmen (Limiter), um die Audiopegel zu begrenzen und deine 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 drei einfachsten Möglichkeiten, wie du deinem Mix etwas kostbaren Headroom zurückgeben kannst.

Drehe deine Spuren leiser

Das ist die einfachste Lösung für das Problem mit dem Headroom. Allerdings scheinen nur wenige Leute diesen Rat zu befolgen. Indem du deine Spuren in deiner DAW einfach herunterdrehst, sendest du weniger Signal an deinen Mix-Bus und erhältst sofort mehr Headroom und Klarheit. Wenn man das im Hinterkopf von Anfang an behält, 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 Abmischen leiser machst. Mit der modernen 24-Bit-Tiefe, mit der heutzutage fast jedes Audio-Interface ausgestattet ist, hast du  ein geringes Grundrauschen. Es ist nicht nötig, dass wirklich laute Spuren die Pegelanzeige in die Höhe treiben. Wenn du die Pegel herunterdrehst und die Lautsprecher aufdrehst, klingen deine Tracks besser.

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

Normalerweise liegt edr 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 bei Mixing mit den Drums an). Da später noch der Bass, Klavier, Gitarre, Stimme und sonstige Instrument noch kommen werden, wird dann wahrscheinlich der Gesamtmix letztendlich bei ca. -6dBLFS pegeln.

Verwende deinen Hochpassfilter oft

Vor langer Zeit habe ich darüber geschrieben, dass die Verwendung eines Hochpassfilters der schnellste Weg ist, deinen Mix zu bereinigen. Es ist so einfach, dass es verblüffend ist. 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 Kasetten 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 immernoch 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) 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.

 

 

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