Unerhört Teil 1+2

Sounddesign – Mikrofone mit erweitertem Frequenzgang

Wenn man sich den Frequenzgang verschiedener Kondensatormikrofone anschaut, so findet man in der Regel eine Angabe von 20 Hz–20 kHz. Mit anderen Worten: Diese Mikrofone können Geräusche und Töne innerhalb dieses Frequenzbereichs relativ problemlos aufnehmen. Das klingt prinzipiell nach einer sinnvollen Bemaßung, denn ein junger, gesunder Mensch kann ebenfalls Geräusche und Töne in diesem Bereich wahrnehmen. In dieser Sounddesign-Folge wollen wir aber mal über den Tellerrand hinausschauen und uns damit beschäftigen, was außerhalb dieser Grenzen, vorzugsweise in höheren Hertzbereichen, passiert.

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Bevor wir uns den technischen Gegebenheiten zuwenden, stellen wir zunächst mal die wichtigste Frage: Warum das Ganze? Wenn wir doch nur bis maximal 20 kHz hören können, was haben wir dann davon? Eine berechtigte Frage, die sich einfach beantworten lässt. Erstens lässt die höhere Auflösung bei so ziemlich allen Arbeitsschritten in der Post-Production eine höhere Präzision zu. Das heutzutage immer öfter eingesetzte Oversampling gleicht diesen Punkt allerdings zumindest teilweise wieder aus. Deshalb kommen wir zum zweiten, für das Sounddesign wichtigeren Punkt: ein klanglich deutlich besseres Pitching. Jeder, der schon einmal eine Aufnahme heruntergepitcht hat, kennt den Effekt, dass das Material bei stärkeren Einstellungen leider irgendwann sehr dumpf klingt. Hier kann man zwar mit allerlei Tricks wie Excitern und Verzerrern zusätzliche Höheninformationen generieren, allerdings hilft das auch nur bis zu einem gewissen Grad weiter. Mit einem erweiterten Frequenzbereich können wir dieses Problem umgehen, denn wir „schieben“ nun das zuvor unhörbare Frequenzmaterial in den hörbaren Bereich hinein und verfügen somit über zusätzliche Informationen in den Höhen, welche die Aufnahme viel klarer und natürlicher erklingen lässt. Neben den technischen Grundlagen, auf die ich im Folgenden noch eingehe, ist es natürlich auch notwendig, dass die Schallquelle tatsächlich auch im Bereich jenseits der 20 kHz aktiv ist.

Mikrofone

Eine kleine Ergänzung noch zur obigen Frequenzangabe von Mikrofonen: Es ist nicht so, dass diese Mikrofone nur den Bereich zwischen 20 Hz und 20 kHz aufnehmen können, sondern auch darunter und darüber kann das Mikrofon noch Informationen verarbeiten. Allerdings fällt hier die Leistungsfähigkeit der Geräte ab, da sie eben für diese Zwecke nicht gedacht sind. Hier kommen nun Mikrofone ins Spiel, die extra über einen erweiterten Frequenzbereich verfügen. Exemplarisch genannt sei hier die Sennheiser MKH-8000-Serie, die wahrscheinlich der bekanntester Vertreter dieser Zunft ist. Je nach Mikrofon reicht der Frequenzbereich hier von 10 Hz bis 70 kHz. Aber auch andere Hersteller bieten entsprechende Mikrofone an, so z. B. der japanische Hersteller Sanken mit dem CO-100K, welches bis 100 kHz hinaufreicht, oder der amerikanische Hersteller Earthworks, welcher ebenfalls eine sehr breite Mikrofonpalette anbietet.

Und Aufnahme

Damit wir den erweiterten Frequenzbereich der genannten Mikrofone auch nutzen können, reicht eine Samplefrequenz von 44,1 kHz oder 48 kHz nicht mehr aus, denn damit kratzen wir lediglich an der Oberfläche der Möglichkeiten. Nach dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem benötigen wir mindestens die doppelte Samplerate von der Frequenz, die wir maximal aufnehmen möchten. Das heißt, wir müssen mit Sampleraten wie 88,2 kHz, 96 kHz oder sogar 192 kHz arbeiten, je nachdem, was unser Mikrofon leistet.

Eigentlich fast alle Audio-Interfaces unterstützen heutzutage Sampleraten von bis zu 96 kHz, und auch 192 kHz schaffen inzwischen viele Wandler sogar in preisgünstigen Audio-Interfaces. Die Chancen stehen also gut, dass die meisten von euch entsprechende Aufnahmen durchführen können. Auch im Bereich der tragbaren Recorder schafft eigentlich fast jedes aktuelle Model mindestens 96 kHz. Natürlich steigen mit einer höheren Samplerate der Speicherbedarf der Audiodateien sowie die Last auf das Audiosystem bei der Be- und Verarbeitung. Aber auch hiermit sollte es heutzutage in den meisten Fällen keine Probleme mehr geben. Kurzum: Prinzipiell stehen uns auf der Recording-Seite kaum Hindernisse im Weg.

Ein erster Test 

Um das Ganze noch ein wenig mehr zu verdeutlichen, habe ich eine Testaufnahme mit einem Oktava MK 012 und einem Sennheiser MKH 8020 bei 192 kHz Samplefrequenz durchgeführt. Dabei geht es um keinen Vergleich der Mikrofone an sich, denn das Sennheiser-Mikro kostet nicht nur ein Vielfaches vom Oktava, es hat auch eine andere Richtcharakteristik (Kugel gegenüber Niere). Mir geht es darum, an Hand des Spektrogramms in iZotope RX 6 zu zeigen, welche zusätzlichen Informationen das MKH 8020 (Frequenzgang: 10 Hz–70 kHz) gegenüber dem recht weit verbreiteten Oktava MK 012 (Frequenzgang: 20 Hz – 20 kHz) einfangen kann.

Wenn man die beiden Spektrogramme miteinander vergleicht, kann man gut erkennen, dass das MKH 8020 über den deutlich erweiterten Frequenzbereich gegenüber dem MK 012 verfügt. Gleichzeitig sieht man aber auch, dass beim MK 012 bei rund 20 kHz noch lange nicht Schluss ist und auch dieses Mikrofon somit von einer höheren Samplerate profitieren kann.

 

Pitching oder Pseudo-Resampling?

Bevor wir uns dem tatsächlichen Sounddesign widmen, gibt es einen letzten wichtigen Punkt, bei dem sich Experimentieren lohnen kann. Wie bereits erwähnt, liegt einer der großen Reize von Mikrofonen mit erweitertem Frequenzbereich darin, dass man die Aufnahmen wunderbar herunterpitchen kann und sie dennoch nicht dumpf klingen. Neben dem Pitching gibt es jedoch noch eine zweite Methode, die denselben Effekt erzielen kann. Hierbei handelt es sich um Pseudo-Resampling, also der Änderung der Samplerate, jedoch ohne ein tatsächliches Resampling durchzuführen. Diese Option wird nicht unbedingt von jeder Software unterstützt bzw. kann auch ein wenig versteckt sein. Möglich ist das Pseudo-Resampling beispielsweise mit iZotope RX.

Sobald „Change tag only“ aktiviert ist, resampelt RX nicht, sondern ändert nur die Dateieigenschaften. Auch Adobe Audition bietet unter dem Menüpunkt „Abtastrate interpretieren“ eine entsprechende Möglichkeit. In Steinberg WaveLab lässt sich die Einstellung rechts unterhalb der Wellenform vornehmen, indem man auf die Anzeige der Samplerate klickt, und auch der Resampling-Dialog von Cubase scheint kein echtes Resampling vorzunehmen.

Der Clou dieser Methode besteht darin, dass die Samplerate nur in den Dateieigenschaften geändert wird. Wenn also eine 192-kHz-Datei nach dieser Methode in eine mit 96 kHz umgewandelt wird, handelt es sich faktisch danach immer noch um eine 192-kHz-Datei, denn das Material bleibt komplett unangetastet. Die Audiosoftware wird das Material ab jetzt jedoch als 96-kHz-Material interpretieren, wodurch die Datei langsamer wiedergegeben und somit nach unten gepitcht wird, denn sie enthält ja doppelt so viele Informationen wie eine echte 96-kHz-Datei.

Welche Methode man bevorzugt, bleibt einem natürlich selbst überlassen, und das Ganze ist auch stark von den zur Verfügung stehenden Pitching- bzw. Resampling-Algorithmen abhängig.

Im nächsten Monat widmen wir uns dann direkt der Praxis und schauen, was wir so alles mit unseren Aufnahmen anstellen können.



TEIL 2

Unser erstes Experiment: Wir wollen ein kleines und ruhiges Wassergeplätscher größer machen. Dafür rühren und platschen wir mit einem Löffel in einem Becken herum. Anschließend soll es so klingen, als würde es sich um das Geplätscher in einer Höhle halten.

Ich habe das Spülbecken in der Küche bis kurz unter den Überlauf mit Wasser gefüllt, das Sennheiser MKH 8020 ca. 30 cm über der Wasseroberfläche positioniert und dann mit einem Löffel im Wasser herumgerührt. Ein klein wenig Vorsicht ist natürlich geboten, damit das Mikrofon nicht nass wird, aber das dürfte sich ja von selbst verstehen.

Die eigentliche Aufnahme fand mit einer Samplerate von 192 kHz statt, um die volle Auflösung des Mikrofons nutzen zu können. Nach einem kurzen Post-Processing in iZotope RX (dazu später mehr) habe ich die Aufnahme dann auf 72 kHz „pseudo-resampeled“, um dann ein echtes Resampling auf 44,1 kHz vorzunehmen. Anschließend landete die Aufnahme in Cubase, wo ich via Eventvolume und Brickwall-Limiter eine sanfte Limitierung des sehr dynamischen Signals vorgenommen habe.

Der letzte Schritt war die Gestaltung eines Raumes mit Steinbergs Revelation-Hall. Ich bin hier von einem Kirchen-Preset ausgegangen, habe PreDelay und Nachhallzeit deutlich vergrößert sowie die Dichte verringert, sodass einzelne Reflektionen zu hören sind und die Modulation des Halls leicht verstärkt, um ihn lebendiger zu gestalten.

Durch das starke Down-Pitching des Signals klingt es nun nicht mehr nach einem Löffel in einem Spülbecken, sondern tendiert schon eher in Richtung „mit dem Armen in einem Gewässer rudern“ oder bei den Platschsounds zu kleinen Steinen, die ins Wasser geworfen werden.

Ein Wald aus Gemüse

Das nächste Soundbeispiel ergab sich mehr oder weniger zufällig dadurch, dass ich mit der Zubereitung des Mittagessens an der Reihe war und eine Menge Lauch und Frühlingszwiebeln schneiden musste. Vor dem Zerschneiden lässt sich solches Gemüse natürlich auch wunderbar zerreißen, weswegen ich schnell zu meinem Zoom H6 griff und den Vorgang aufgezeichnet habe. Da der Zoom-Recorder nur Aufnahmen bis maximal 96 kHz unterstützt, musste ich für das Beispiel mit dieser Samplingrate Vorlieb nehmen, aber das stellt kein so großes Problem dar, da ich hier nicht so extrem pitchen musste. So habe ich nach dem Recording die Aufnahme in RX von 96 auf 48 kHz „pseudo-resampelt“ und somit um eine Oktave nach unten gepitcht. Damit klingt das Knacken und Reißen des kleinen Gemüses deutlich mehr nach großen Pflanzen.

Anschließend habe ich die Aufnahme wieder in Cubase eingefügt und mit einem Multiband Envelope Shaper weiterbearbeitet. Mit diesem habe ich vor allem die Release-Zeiten verkürzt und zwar umso stärker, je tiefer das Frequenzband war. Die Attacks hingegen habe ich in den oberen beiden Frequenzbändern leicht betont. Anschließend wurde das Signal durch den Quadrafuzz 2 geschickt, wobei die beiden unteren Frequenzbänder deaktiviert waren und in den beiden oberen Bändern mit der Tube Verzerrung für eine gewisse Rauheit und Schärfe gesorgt wurde.

Zum Abschluss wanderte das Signal noch durch eine Instanz des Frequency EQs, mit dessen Hilfe die Bässe bzw. unteren Mitten im Bereich von rund 250 Hz angehoben wurden, damit das Gesamtbild noch ein wenig mehr Fülle erhält.

Zwischenfazit

Nach unseren ersten beiden Tests möchte ich auf zwei Probleme hinweisen, die ich so bisher noch nicht erläutert habe. Das erste Problem ist Rauschen, welches bei sehr großen Pitch-Vorgängen (ab rund zwei Oktaven) auftritt. Plötzlich taucht im hochfrequenten Bereich ein wahrnehmbares Rauschen auf, was zunächst verwunderlich scheint, da die Sennheiser MKH-Mikrofone wirklich äußerst rauschfrei sind. Glücklicherweise lässt sich dieses Problem mit einem Denoiser à la iZotope RX ohne großen Aufwand beseitigen.

Das zweite Problem betrifft den natürlichen Nachhall des Raumes, in dem die Aufnahme durchgeführt wurde. Durch den Pitchvorgang wird natürlich auch dieser tiefer und länger, wodurch sich ein normaler Wohnraum im Extremfall auch mal in ein Kirchenschiff verwandeln kann. Hier spielt zusätzlich auch noch die Richtcharakteristik des Mikrofons eine Rolle, denn das MKH 8020, das ich für meine Aufnahmen verwendet habe, verfügt über eine Kugelcharakteristik und nimmt somit den Schall aus allen Richtungen gleich stark auf. Dem lässt sich mit einem gerichteten Mikrofon entgegenwirken – innerhalb der MKH-Serie ändert sich damit allerdings auch der Frequenzgang. So verfügt beispielsweise das MKH 8040 mit Nierencharakteristik über einen Frequenzgang von 30–50000 Hz gegenüber 10–60000 Hz beim MKH 8020, was aber in den meisten Fällen ausreichen dürfte. Wenn man also die Möglichkeit haben sollte, mehrere dieser Mikrofone mit verschiedenen Richtcharakteristika zu verwenden, kann man so flexibel entscheiden, welchen Trade-Off man eingehen möchte – weniger Räumlichkeit oder eine etwas geringere Auflösung.

iZotope De-Reverb
Mit dem De-Reverb Modul in iZotope RX lässt sich die Räumlichkeit in vielen Situationen um ein gutes Stück reduzieren.

Kleine Schwerter

Wir bleiben in der Küche und wenden uns dem Messerblock zu. Hier habe ich mir ein Santoku-Messer genommen und dieses mit der breiten Seite über die Rückseite eines normalen Besteckmessers gezogen. Aufgenommen wurde in 192 kHz, das Ganze anschließend auf 48 kHz „pseudo-resampelt“ und erneut in Cubase importiert.

Der Sound geht schon in Richtung „ziehen eines kleinen Schwertes“, aber es fehlt ihm noch ein wenig Aggressivität und Intensität. Daher habe ich zunächst mit einem Multiband Envelope Shaper in den oberen drei Frequenzbändern sowohl die Attack- als auch die Release-Phase geboostet, wobei ich die Attack-Phase zu den oberen Frequenzen hin auch noch verlängert habe. Dadurch wird der eigentliche Peak des „Schwertziehens“ betont und verlängert.

Danach wurde das Signal mit dem Steinberg Vintage noch weiter verdichtet, und abschließend folgte Steinbergs Frequency-EQ, der mir in den Bässen einiges an Rumpeln entfernt sowie Höhen leicht und untere Mitten kräftig geboostet hat. Fertig ist der Sound fürs nächste Schwertduell.

Drones & Soundscapes

Unser letztes Beispiel ist eine Aufnahme des Wasserkochers, der gerade vor sich hin blubberte. Diesen Vorgang habe ich ebenfalls mit 192 kHz aufgenommen, auf 48 kHz „pseudo-resampelt“ und dann die Aufnahme in Cubase auf zwei Spuren importiert, wobei ich die eine um rund 500 ms gegen die andere verschoben habe. Das klangliche Ergebnis ist ein tiefes, wummeriges Dröhnen und Blubbern. Dadurch, dass ich nun beide Spuren hart links bzw. rechts gepannt habe, entstand eine sehr breite Hintergrundathmo, welche dann noch leicht komprimiert und mit dem Frequency-EQ in den Tiefen leicht beschnitten wurde. Außerdem gab es bei ca. 100 Hz eine störende Resonanz, die sanft abgesenkt wurde. Für den letzten Schliff wurde erneut der QuadraFuzz 2 herangezogen, um den Bereich zwischen 2,5 und 9,7 kHz anzuzerren.

Steinberg QuadraFuzz 2
Der Steinberg QuadraFuzz 2 ist ein Multiband-Distortion-Effekt, mit dem man verschiedene Verzerrungsarten auf verschiedenen Frequenzbändern einsetzen kann.

Weitere Einsatzmöglichkeiten

Natürlich kratzen die oben genannten Beispiele nur an der Oberfläche der Dinge, die möglich sind, wenn man alltagsübliche Sounds ohne große Qualitätsverluste durch das Pitching viel größer und mächtiger erscheinen lassen kann. Ganz wunderbar sind solche Mikrofone beispielsweise auch für Stimmeffekte geeignet, bei denen der Protagonist möglichst tief und dennoch gut verständlich sprechen soll.

Viel Spaß beim Experimentieren!

 

Kommentare zu diesem Artikel

  1. Ich dachte immer, wir – Tonmeister/Klangmeister – erschaffen Musik für Menschen und nicht für Hunde ond Katzen:-) Worin liegt bitte der geistige Nährwert eines Mikros, welches 70kHz sauber übertragen kann und das Signal damit auch, weil es möglich ist, aufgezeichnet wird?
    Welche Instrumente in der Natur erfordern eine solche Bandbreite? Welche OHREN können mehr als die 20 kHz hören – außer Hunde, Katzen und noch ein paar andere Tierarten, die nachweislich keinerlei Interesse an menschliche Musik haben? Welche Schallwandler wären in der Lage diesen Frequenzbereich zu übertragen?

    Wenn man sich in die vorhandene Publikationen einliest, fällt mir auf, dass es kaum statistisch signifikante Erkennung zwischen 24 Bit/48 kHz und 24 Bit/96 kHz Aufnahmen gibt. Ich habe jedenfalls keine gefunden. Nach meinem technischen Verständnis könnte vielleicht eine hörbare Qualitätssteigerung erfolgen, wenn man mit 32 Bit aufzeichnen würde. Das glaube ich aber auch erst dann, wenn man gleichzeitig die selben Musiker live parallel mit 24 Bit und 32 Bit aufnimmt und dann eine statistisch relevante Anzahl von Ohren, OHNE Kenntnis der Aufnahmemodi über koaxial Schallwandler abhören und vergleichen lässt.
    Koaxial deshalb, weil meine persönliche Erfahrungen mich gelehrt haben, dass diese Schallwandler die perfekte Klangwiedergabe bieten, wenn es auf Ortbarkeit ankommt. Dafür bedanke ich mich bei meinen KS Digital D-80!

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    1. Hallo Robert,
      hier geht es nicht um Musik im klassischen Sinne, sondern mehr um Sounddesign. Wie im Text beschrieben, eignen sich die Mikros sehr gut, um das Signal danach herunter zu pitchen, wodurch dann neue Klänge hörbar werden, die so auch nicht einfach mit anderen Hilfsmitteln reproduziert werden können. Sicher eine experimentelle Art des Musikaufnehmens.
      Lieben Gruß

      Auf diesen Kommentar antworten
  2. Ich habe auch das Gefühl, dass der Kommentator Robert den Text überhaupt nicht gelesen hat.

    @Robert

    Noch ein kleiner Hinweis:

    Ortbarkeit (Ortung im Definitionssinn) ist der falsche Ausdruck, es muss richtig Lokalisation heissen. Menschenohren können nicht Orten, aber zB. Fledermäuse oder Sonare. Das hätten Sie als Tonmeister/Klangmeister eigentlich wissen sollen…

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