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Urei 1176 LN - Hardware und Software

Diplomarbeit 2004 56 Seiten

Tontechnik

Leseprobe

1 Inhaltsverzeichnis

2 Vorwort

3 Vorstellung der beiden 1176LN

3.1 Urei 1176LN, Revision H

3.2 Bombfactory 1176LN

4 Der Vergleich

4.1 Einsatzmöglichkeiten

4.2 Weißes Rauschen

4.3 Sinussweep

4.4 Bassdrum

4.5 Musikausschnitt: „Double Talkin’ Jive“

4.6 Musikausschnitt: „Smack My Bitch Up“

4.7 Musikausschnitt: „She Cries Your Name“

4.8 Musikausschnitt: Percussion-Loop

4.9 Besprechung des Vergleichs

5 Resümee

6 Quellenverzeichnis

2 Vorwort

Das Thema dieser Facharbeit ist der Vergleich eines alten, analogen Kompressors, des 1176LN der Firma Urei (in der Revision H), zu seinem digitalen Pendant, dem Softwarenachbau Bombfactory 1176LN auf der Pro Tools TDM-Plattform.

Der Versuch, mögliche klangliche Unterschiede messtechnisch nachzuweisen, wird von Höreindrücken verschiedener Testpersonen begleitet.

Ziel ist es, anhand der ermittelten Messwerte und Aussagen ersichtlich aufzuzeigen, worin sich beide Kompressoren unterscheiden und sich gleichen, sowie eine Schlussfolgerung über Güte und Authentizität der Emulation zu ziehen.

Bedanken möchte ich mich bei Norbert Achtelik, der mir seinen Urei 1176LN für die Versuche zur Verfügung stellte.

[Im Anhang befindet sich eine Audio-CD mit allen untersuchten Signalen und die Titelauflistung]

3 Vorstellung der beiden 1176LN

Die Aufgabe des Bombfactory 1176LN besteht in der möglichst genauen Emulation der Hardware des Urei 1176LN.

Letzterer arbeitet auf Halbleiterbasis, mit einem für Kompression bzw. Limiting genutzten Feldeffekt-Transistor, der Bombfactory 1176LN hingegen auf digitaler Ebene, eingebunden in die ProTools-TDM-Struktur.

3.1 Urei 1176LN, Revision H

Input - Segment:

Hier findet die eigentliche Signal-Kompression statt.

In der Input-Sektion wird zunächst das Audio-Signal in der Amplitude verringert, kontrolliert durch den Input-Potentiometer.

Dies geschieht durch ein einstellbares, passives Dämpfungsglied, gefolgt von einem Transformator.

Zwei Aufgaben werden hiermit erfüllt:

- Dem FET (Feldeffekt-Transistor) in der nun folgenden Gain Reduction Section (deutsch: Pegel-Reduktions-Sektion) wird ein nicht übersteuertes Signal zugeführt

- Der einstellbare Input-Level steuert den Grad der Kompression.

(Den Urei 1176LN gibt es in 10 verschiedenen Revisionen.

Die Revisionen A bis F arbeiten mit diesem Verfahren, Revision G und H nutzen einen Differential-OP-Verstärker anstelle der DämpfungsgliedTransformator-Kette in der Input-Sektion.)1

Die eigentliche Kompression erfolgt durch einen an einem Spannungsteiler befindlichen variablen Widerstand, dem Feldeffekt-Transistor (FET). Dieser arbeitet wie ein Widerstand, dessen Widerstandswert durch die am Gate (engl., deutsch: Tor, Durchgang) des Transistors anliegenden Spannung kontrolliert wird, sich also wie ein spannungsabhängiger Widerstand verhält.

Hier „fließt - abgesehen von einem sehr geringen Leckstrom - erst dann ein nennenswerter Drain-Strom, sobald die Gate-Source-Spannung über einem Threshold liegt, welcher eine charakteristische Größe für jeden MOS-Feldeffekt- Tranistor ist“.2

(MOS= Metaloxyd semiconductor, deutsch: Metal-Oxid Halbleiter) Je höher also die dort anliegende Spannung, desto geringer der Widerstand an Drain (deutsch: Abfluss, drainieren) und Source (deutsch: Quelle) des Transistors, wobei der FET mit höherem Kompressionsgrad auch mehr Anteile des Audiosignals zur Masse ableitet.

Daher zwingen starke Signale den FET dazu, den Gain (deutsch: Zunahme, Gewinn), also den effektiven Pegel, herabzuregeln.3

AEDP 902 Vergleich Hardware und Software Hamburg Beim Limiting entsteht durch ein höheres Input-Signal auch höhere Spannung am Gain-Regelkreis.

Der 1176LN ist ein so genannter Feedback-Style - Kompressor

(feedback, deutsch: R ü ckkopplung, in diesem Fall R ü ckf ü hrung; style, deutsch: Stil, Methode), da über einen Sidechain-circuit (sidechain, deutsch: Seitenkanal, der einen Abzweig des Signals erlaubt; circuit, deutsch: [Strom]-Kreis) die Amplitude des Signals erst nach der Pegelreduktion gemessen wird.

Gain Reduction Section (Regelkreis der Pegelreduktion):

Hier finden Kompression und Limiting statt und der Grad der Pegelreduktion sowie Attack-/Release-Zeit werden kontrolliert.

FETs arbeiten unabdingbar nichtlinear und müssen, um so verzerrungsarm wie möglich zu reagieren, in einer genau angepassten Schaltungsarchitektur betrieben werden.

Dies wurde ab Revision C mit der LN-Schaltung (LN=Low Noise, deutsch (hier): Geringer Rauschpegel)

realisiert, in der der FET linearer arbeitet als in den Vorgängern.

Output Section (Ausgangs-Sektion):

Nach der Gain Reduction Section wird die Amplitude durch einen Vorverstärker erhöht.

Der Output-Potentiometer regelt hierbei die Ausgabestärke, die am Ausgangsverstärker anliegt.

Dieser Ausgangstransformator ist ein Eigenwerk von Bill Putnam Senior, arbeitet mit Ausgangsimpedanz-Anpassung und formt einen integralen Part des Feedback-Netzwerkes, der zur Stabilisierung der Output-Sektion genutzt wird. (Revisionen ab F nutzten einen Halbleiter - Klasse AB „Push-Pull“-Ausgang, dem man in der Gegenüberstellung mit seinem Röhrenpendant eine hohe Ausgangsleistung und einen hohen Wirkungsgrad nachsagt ebenso wie eine lediglich durchschnittliche Klangqualität und ein wenig kraftvolles Klangbild, hervorgerufen durch Übernahmeverzerrungen und hohe Lastrückwirkungen)5

Dieser Schaltkreis kontrolliert den Grad der Kompression genauso wie die Attack- und Release-Zeiten des Urei 1176LN und liegt am Ausgang des Vorverstärkers.

Die Kompressionsraten-Schaltelemente, entscheiden über den Pegel des Signals, das zum Sidechain gesendet wird. Dies bestimmt den Grad der

Kompression.1 „Wird der Kompressor auf den Kompressionsgrad 8:1 gesetzt, bedeutet dieses, dass eine Erhöhung des Eingangssignals um 8 dB oberhalb des Thresholds eine 1 dB-Erhöhung im Ausgangssignal darstellt.“6

Der 1176LN, hier in der Neuauflage von Universal Audio7

3.2 Bombfactory 1176LN

Diese Variante des 1176LN ist innerhalb von ProTools -TDM-Systemen verfügbar und emuliert den oben beschriebenen Signalfluss des Urei 1176LN auf digitaler Basis.

Im angeschlossenen Vergleich wird versucht zu klären, wie weit die Eigenschaften des Hardware-Kompressors nachgebildet wurden.

Das 1176LN - TDM-Plugin der Firma Bombfactory8

4 Der Vergleich

Der Vergleich der Einsatzm ö glichkeiten gibt Aufschluss ü ber das Gebrauchsund (durchaus begr üß te) Missbrauchs-Potential der 1176LN.

Der messtechnische Vergleich arbeitet mit den folgenden Methoden:

- Analyse des Frequenzspektrums
- Visuelle Analyse graphisch dargestellter Wellenformen
- Messung des quadratischen Mittelwerts
- Messung der Spitzenamplitude

Die Messungen werden jeweils an den Ausgangssignalen der beiden mit so weit wie möglich identischen Werten eingestellten 1176LN vorgenommen.

Hierzu wird das bearbeitete Signal des Hardware-1176LN über eine Delta 44 Audiokarte mit 96 kHz Abtastrate und 24 Bit Bitrate analog - digital gewandelt und anschließend auf einem PC mit Steinberg WaveLab 4.0 analysiert. Die Überprüfung des Frequenzspektrums geschieht mit dem Programm Pinguin Audio Meter der Firma Pinguin, die interne Auflösung des Programms ist auf 48 kHz eingestellt.

Jedes Audiosignal wird in einem kompletten Durchgang von diesem Programm abgetastet, so dass die Ergebnisse schließlich in Form von Peak Hold- Indikatoren auf einem Amplitude / Frequenz-Raster vorliegen und Aufschluss über den erreichten Pegel jeweiliger Frequenzen geben.

Legende Frequenzanalyse:

Die Maximal-Frequenz-Kennlinie des TDM-1167LN der Firma Bombfactory ist beige, die des Hardware-1176LN türkis.

Die mit dem Bombfactory 1176LN der ProTools-TDM-Plattform bearbeiteten Signale werden in ProTools mit der dort maximal möglichen Auflösung von

48 kHz und 24 Bit Bitrate gebounced, auf eine Daten-CD geschrieben und anschließend ebenfalls in WaveLab 4.0 geöffnet und dem Analyse-Verfahren unterzogen.

Beide 1176LN erhielten identische Signale:

- Wei ß es Rauschen, welches bei beiden 1176LN in drei verschiedenen Einstellungen Aufschluss über eventuelle Ungleichheiten in einem breiten Frequenzbereich geben soll

- ein Sinussweep, aufsteigend von 100 Hz bis 5 kHz, welcher Aufschluss über eine Addierung von im Ursprungssignal nicht vorhandenen Obertönen gibt

- eine Bassdrum, als transientes und bassreiches Signal,

denn „mitunter möchte man den charakteristischen Impuls, mit dem viele Töne von Musikinstrumenten beginnen, […] auch unbedämpft erhalten“,9

daher werden die 1176LN hiermit auf möglicherweise unterschiedliche, dem Signal nicht zuträgliche Wirkungsweisen und Geschwindigkeiten der Kompressionshüllkurven überprüft

- ein Ausschnitt aus einem Musikst ü ck mit einem Drumintro10, um auf die Summenwirkung der beiden Kompressoren einzugehen.

(Hiervon gibt es eine weitere Version, in der lediglich das mehrfach wiederholte Schlagzeugintro zu h ö ren ist. Dies wurde f ü r die Einstellung „ All Button Mode “ der 1176LN verwendet)

- ein sich wiederholender Musikausschnitt mit abgesenkten Bassfrequenzen ab 300 Hz, aus der Musikrichtung Elektronik11,

um die Wirkung auf mitten- und höhenlastige Summensignale zu vergleichen. Da die Dynamik dieses Exzerptes von sich aus bereits stark eingeschränkt ist, soll ein weiterer Versuch der Kompression zeigen, ob und wie weit die beiden Varianten des 1176LN die subjektive Lautheit noch anheben können und wie schnell ein Kompressor-Pumpen auftritt

- ein Ausschnitt aus einem gesangslastigen Musikst ü ck12,

um den „All Button Mode“ beider Testobjekte zu vergleichen

- eine Musikschleife eines trommelbetonten Musikausschnitts, um den „All Button Mode” zu vergleichen.

Um einen einheitlichen Pegel zu erhalten und digitale Übersteuerung zu vermeiden, wurden alle Signale auf -0.010 dB normalisiert. Der Spannungsversatz wurde entfernt.

Ablauf des h ö ranalytischen Vergleichs:

Eine Gruppe von fünfzehn Tontechnikern und angehenden Tontechnikern wurde zu einem Vergleichstest geladen, bei dem die gleichen, oben angegebenen Signale im A - B Vergleich vorgeführt wurden.

Das jeweilig aktuelle Signal wurde zuerst in der bearbeiteten Ausführung der einen 1176LN - Variante vorgespielt, anschließend in der der anderen. Die Abfolge war dabei stets willkürlich und es wurde darauf geachtet, dass niemand von vornherein wissen konnte, welche Variante gespielt würde. Die Versuchsteilnehmer saßen nacheinander in kleinen Gruppen so zentriert wie möglich im Sweet-Spot der Monitore, innerhalb eines schallisolierten Abhörraumes.

Eine eigene, persönliche Höranalyse des Materials wurde unter gleichen Bedingungen vom Verfasser vorgenommen, wobei genug Zeit zu einer möglichst ausführlichen Untersuchung der Signale zur Verfügung stand.

4.1 Einsatzmöglichkeiten

Beide 1176LN kann man auf die ihnen angedachte Weise benutzen.

Kompression und Limiting sind die Aufgabengebiete des Urei 1176LN und wurden von allen nachfolgenden Varianten übernommen.

Eine etwas andere Art des Einsatzes der Hardware bestand darin, den

Kompressionshüllkurven-Regelkreises zu ignorieren (Attack-Drehpotentiometer auf Linksanschlag, lässt ihn in der ‚Off’-Stellung einrasten) und den 1176LN als ‚Verstärker’ zu benutzen. Auch die Ratio-Schaltelemente lassen sich durch gefühlvolles Drücken allesamt in die Off-Stellung bringen.

„So kann man […] das Signal durch die Schaltung führen, um ihm auch ohne Kompression den speziellen Klangcharakter der FET-Kompressionsstufe und der Class-A-Ausgangsstufe aufzuprägen“,13

ein Verfahren, das bei den Audio-Ingenieuren früher Rock’n’Roll-Bands sehr beliebt war.

Andy Johns, Engineer bei Led Zeppelin, Joe Satriani, Rolling Stones, Ozzy Osbourne und weiteren, berichtet über diese Einsatzmöglichkeit folgendes:

„[…] Ich versuchte diesen Sound von Buffalo Springfield zu rekreieren und traf Bill House, der mir sagte: ‚benutze einfach zwei 1176er in Serie’. […] Jedenfalls meinte er damit zwei 1176 hintereinander, einer ohne Kompression, so dass er sich wie ein Verstärker verhielt, der nächste Kompressor wurde dann stark angefahren. […] Es klang wie jemand in der Albert Hall mit einem Haufen Marshalls. Ohne die 1176er wäre das nicht möglich gewesen, es gibt keinen anderen Kompressor, der sich so verhalten wird, einfach weil man die Kompression herausnehmen kann.“14

Ein derartiger Einsatz ist bei dem Bombfactory 1176LN nicht möglich, der virtuelle Attack-‚Regler’ bietet keine Off-Stellung, eine andere Art, diesen Regelkreis abzuschalten, gibt es nicht.

Eine weiterhin beliebte Betriebsart war der von Urei nicht eingeplante „All Button Mode“, der auch als „British Mode“ bekannt wurde.

Bei dieser Fehlbedienung des Gerätes (alle vier Ratio-Schaltelemente werden gleichzeitig gedrückt) „bietet der Urei eine wirkungsstarke ‚Effekt-Kompression’ mit unverwechselbarem Charakter“15, und lässt sich noch am ehesten mit den Verben „pumpen“ und (harmonisches) „verzerren“ beschreiben.

Der „All Button Mode“ ist auf Gesang sehr beliebt, da er nicht die Definiertheit des Signals verliert wie es bei vielen Distortion-Effekten durchaus vorkommt und auch nur sehr wenig Rauschen zum Nutzsignal hinzuaddiert.

Allerdings ist dieser "Allknopfmodus"-Mythos mitsamt seinem Titel nicht ganz korrekt, denn um den gewünschten Effekt zu erzielen, bedarf es im Grunde lediglich dem gleichzeitigen Drücken der Schaltelemente 4:1 und 20:1, jedes weitere würde an der Fehladjustierung des FET, des Feedback-Gains und den weiteren, unplanmäßigen Einstellungen nichts mehr ändern.16

Der „All Button Mode“ funktioniert auch bei dem Bombfactory 1176LN.

Wiederholtes Anklicken eines virtuellen Ratio-Schaltelementes „drückt“ sie alle vier ein, worauf sogar die VU-Meter-Nadel wie beim Original weit in den roten Bereich ausschlägt, was bei dem Hardware-1176LN einfach an der Untauglichkeit des VU-Meters für Operationen dieser Art liegt. 9

Die Architektur der TDM-Plattform, auf der 1176LN-PLugin der Firma Bombfactory arbeitet, erlaubt überdies hinaus das serielle oder parallele Betreiben mehrerer 1176LN, es können also gleichzeitig verschiedene, autarke Instanzen geöffnet werden, solange, bis die DSPs (Digital Signal Processor, engl., deutsch: Digitaler Signal-Prozessor) ausgelastet sind.

Andy Johns berichtet hierzu von einer Methode mit den Urei 1176LN:

“Man führt die Raum-Mikrofone durch eine Reihe 1176er, nur so, dass sie einen kleinen Anstoß erhalten. Das bringt die Decay-Zeit des Raumes hoch, wenn die Bass- oder Snaredrum gespielt wird.

Allerdings funktioniert das nur bei mittelschnellen oder langsamen Tempi richtig gut. Es ist wundervoll, kein anderer Kompressor bekommt das so hin.“ (Decay, deutsch: Ausklang, Verfall) 9

4.2 Weißes Rauschen bei leichter Kompression

Ratio: 4:1

Attack: 5,5 Release: 4

Input: 30 Output: 12

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Frequenzgang: Hier gleichen sich beide Kompressoren weitestgehend, lediglich ein leichtes Abfallen der Frequenzen am unteren und oberen Ende des Spektrums bei Bombfactory-1176LN im Vergleich zum Urei lässt sich feststellen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

RMS-Pegel Durchschnitt -7.61 dB -11.87 dB Sehr auffällig dahingegen ist der immens geringere quadratische Mittelwert des Bombfactory 1176LN gegenüber dem Urei 1176LN.

Nimmt man den Spitzenpegel aus der Tabelle, wird ersichtlich, dass ein Teil des Signals des Software-1176LN dennoch mit -0.01 dB ausgegeben wurde.

Dies ist der Teil, der aufgrund einer zu trägen Attack-Zeit nicht rechtzeitig genug abgefangen wurde.

[...]


1 Quelle: http://www.nrgrecording.de/html/how_it_works.html

2 Quelle: Prof. Dr. -Ing. Horst Wupper: Elektronische Schaltungen 1

3 Quelle: http://www.uaudio.com/webzine/2003/may/index.html

4 Bildquelle: http://www.anc.univie.ac.at/deutsch/sensor/chemosensoren/transducer.html Theoretische Facharbeit 1176LN: SAE

5 Quelle: http://www.klang-seite.de/deutsch/verstaerker.htm

6 Quelle: Tom Misner, Practical Studio Techniques

7 Bildquelle: http://www.musiciansfriend.com

8 Bildquelle: http://www.bombfactory.com/

9 Quelle: Jan-Friedrich Conrad: Recording

10 Musikstück: „Double Talkin’ Jive“ von Guns’N’Roses

11 Musikstück: „Smack My Bitch Up“ von The Prodigy

12 Musikstück: „She Cries Your Name” von Beth Orton

13 Quelle: Keyboards 10/2003, Seite 82

14 Quelle: http://www.uaudio.com/webzine/2003/april/index8.html

15 Quelle: Keyboards 09/2003, Seite 124

16 Quelle: http://www.oldcrows.net/~jhaible/compressor/jh_compress.html

Details

Seiten
56
Jahr
2004
ISBN (eBook)
9783638449458
ISBN (Buch)
9783638708258
Dateigröße
2 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v48168
Institution / Hochschule
SAE Institute, Hamburg
Note
95%
Schlagworte
Urei Hardware Software

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Titel: Urei 1176 LN - Hardware und Software