Digital generierter Vinylklang

Vinyl Boom – Fakten und Hintergründe (Teil 2)

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20 Februar 2018
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https://www.bwgroup.ch/2018/04/13/klangcheck-digital-vinyl-digital-vinyl-vinyl-boom-fakten-und-hintergruende-teil-3/Einleitung

Normalerweise landen überholte Technologien im Museum und werden Bestandteil der Technikgeschichte. Sie bleiben höchstens noch bei einer kleinen Gruppe von Nostalgikern und Fortschrittsverweigerern im Gebrauch oder dampfen als Museumsbahn übers Land. Es gibt eine Ausnahme: die Vinyl Schallplatte, die sich in den Fokus der breiteren Öffentlichkeit zurückgemeldet hat. Das Ganze ist aber mehr als nur ein Retrotrend, der nach kurzer Zeit wieder aus der Mode kommt. Die Umsätze mit den schwarzen Scheiben steigen seit rund 8 Jahren. Der Vinylklang hat sich als ästhetisches Element, als alternative Klangerwartung gefestigt. Davon zeugen auch zahlreiche Software-Tools (Plug-Ins) für digitale Audioworkstations (DAW), welche die Klangeigenschaften der Schallplatte nachbilden. Das Ganze ist aber facettenreicher als es auf den ersten Blick erscheint. In einer Folge von Blog Artikeln beleuchten wir die verschiedenen Aspekte rund um die Schallplatte, wie

  • Das Wesen der Schallplatte, die Gründe für einen verblüffenden Trend (Teil 1).
  • Vinyl-Plug-Ins: drei Programme, die mit den Vinyl klangbestimmenden Parametern mehr oder weniger umfassend arbeiten (Teil 2).
  • Hörtest – Unterscheide zwischen Vinylklang und der Klangästhetik moderner Technik. Können Vinyl-Plug-Ins den wahren Vinylklang erzeugen und wo liegt der Nutzen (Teil 3)?

Haupt

Vinylklang in der digitalen Domäne – Blödsinn oder geniale Synthese?

Dem Vinylklang wird eine eigene, unverwechselbare Aura zugesprochen. Attribute wie warm, emotionsreicher, natürlicher, musikalischer, körperhafter, facettenreicher, räumlicher – kurzum ein Klang der ein intensiveres Musikerlebnis biete als alle digitalen Formate. Diese Klangerwartung soll nun in der digitalen Domäne nachgebildet werden. Zahlreiche Plugins (Zusatzprogramme für Aufnahme-, Misch- und Masteringsoftware) für ProTools, Cubase, Adobe Audition u.a. versprechen digitalen Produktionen den unvergleichlichen Vinyl Sound einzuhauchen. Der wahre Vinyl Liebhaber rümpft bei einem solchen Ansinnen die Nase, denn einmal digitalisiert sei der Vinyl Zauber ohnehin verflogen, die Musik unwiederbringlich in Nullen und Einsen zerstückelt. Weniger orthodox eingestellte Zeitgenossen, die einfach die analoge Klangwelt schätzen, fragen sich, wie präzise denn diese Audio Werkzeuge arbeiten, respektive ob sie täuschend nah an den realen Vinylklang herankommen. Wir schauen uns drei Vinyl Plugins und deren Arbeitsweise genauer an:

A) Abbey Road Vinyl

B) Vinyl Strip

C) iZotope Vinyl.

Nun, um das Thema sachlich fassen und verstehen zu können sind zunächst zwei Fragen genauer zu prüfen:

  1. Welche technischen Parameter sind für den spezifischen Vinylklang verantwortlich? Dies muss ganzheitlich betrachtet werde, da sich der Vinylklang aus einer Reihe von Faktoren bildet, verteilt auf die ganze Produktions- und Wiedergabekette.
  2. Kann ein digitales System den Vinylklang überhaupt akkurat speichern und reproduzieren? Hier geht es um die Frage ob ein zeitdiskretes System (digital) ein zeitkontinuierliches Signal (analog) 100% rekonstruieren kann. Was ist mit den Treppen im Signalverlauf bei der D/A-Wandlung und die nicht erfassten Signalanteile zwischen den Abtastintervallen bei der A/D-Wandlung?

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Grundlagen zum Verständnis – beginnen wir mit dem digitalen Aspekt.

Seit Einführung der CD hält sich hartnäckig die Meinung, dass das zurückgewandelte analoge Signal nur unvollständig wiederhergestellt werden kann. Die Marketingabteilungen der Hersteller haben mit ihren omnipräsenten Treppenverlauf-Grafiken versucht dem Laien die Digitaltechnik und deren Fortschritte zu vermitteln und haben damit die Missverständnisse gefördert. Zählt man nun noch die Tatsache dazu, dass der Signalverlauf zwischen den Samples nicht erfasst wird, ist jedem Musikfreund (ohne Technikstudium) klar, das kommt nicht mehr ganz richtig raus nach der Rückwandlung in die analoge Domäne. Irrtum! Das analoge Signal ist nach der Rückwandlung wieder 100% richtig rekonstruiert, ohne Treppen im Signalverlauf und auch die Information zwischen den Samples ist wieder vollständig da. Stichworte: Nyquist-Shannon- Abtasttheorem, Sinc Funktion.

Lassen Sie uns die Aussage der 100% richtigen Rekonstruktion auf Richtigkeit prüfen. Zum leichteren Verständnis als Bildstrecke mit entsprechenden Erläuterungen und mit Hilfe eines hervorragend eingespielten Musikstücks. Die Bildstrecke soll das grundlegende Verständnis für Klang fördern und somit die Funktionsweise der noch zu besprechenden Vinyl Plugins und der Schallplatte leichter fassbar machen.

Bild 1: Mit der Adobe Audition DAW Software lässt sich ein Musikstück analysieren und nach verschiedenen Gesichtspunkten beurteilen.

[1] Die Hüllkurve oder Signalwellenform stellt die Summe aller im Musikstück enthaltenen Frequenzen (Töne plus Obertonspektrum, Raumakustik und die Effekte der Nachbearbeitung) im zeitlichen Verlauf des Musikstückes dar. Die Rille der Vinyl Schallplatte entspricht dieser Hüllkurve. Durch zoomen auf der Zeit- und Pegelachse kann die Hüllkurve im Detail betrachtet werden.

[2] Das Frequenzspektrum zeigt die im Musikstück vorhandenen Frequenzen und deren Energieverteilung. Horizontale Achse = zeitlicher Verlauf. Vertikale Achse = von unten nach oben ansteigende Frequenzen. Gelb = hohe Energie (laut, tiefere Frequenzen) und gegen rot, orange, violett mit zunehmend geringerer Energie (leiser, höhere Frequenzen). Faustregel: Je höher die Frequenz desto geringer die Energie.

[3] Die schnelle Fourier Transformation (Fast Fourier Transform / FFT Spektrum) zerlegt die Hüllkurve zu einem bestimmten Zeitpunkt – in unsrem Beispiel bei 2 Minuten 42 Sekunden und 437 Millisekunden – in ihre einzelnen Frequenzanteile und deren Pegel (Energie / Lautstärke). Die FFT Analyse zergliedert das Signal auf der Frequenzachse und die Hüllkurve zeigt den zeitlichen Verlauf des Musiksignals. Frequenz- und Zeit(verlauf) sind dasselbe, jeweils aus einem anderen Blickwinkel betrachtet.

Bild 2: Zoomt man in die Hüllkurve hinein, hier zum erwähnten Zeitpunkt von 2:42.437, ist der zeitliche Signalverlauf immer detaillierter erkennbar. Diesen Kurvenverlauf schneidet auch der Schneidstichel bei der Plattenherstellung.

Bild 3: Zoomen wir nun zum Zeitpunkt von 2:42:437 in die Spektralanzeige hinein und schauen uns das Frequenzgemisch in der FFT-Analyse an, dann erkennen wir folgendes:

  1. Die Trompete im Track „Stille, stille komme vi“ (Hoff Ensemble, Acoustic Jazz Project) ist bei 2:42.437 das Melodie führende Instrument. Klavier, Schlagzeug und Kontrabass sind Begleitstimmen.
  2. Die Trompete spielt in diesem Zeitfenster einen gehaltenen Ton: f‘‘ (F5), was der Frequenz von 703 Hz für den Grundton entspricht. Sichtbar im Spektralfenster als blaue Wellenlinie.
  3. In der FFT-Analyse sehen wir den Grundton von 703 Hz und deutlich die ersten vier Obertöne (harmonische Schwingungen), die in einem ganzzahligen Verhältnis zum Grundton stehen.
  4. Alle Töne von Instrumenten bestehen aus sinusförmigen Grund- und Obertonschwingungen. Die spektrale Verteilung der Obertöne beistimmt den Klangcharakter eines Instrumentes, bestimmt ob wir den Grundton f‘‘ von 703Hz als Trompeten- oder Klavierton wahrnehmen (die genaue Tonhöhe von f‘‘ wäre 698.456 Hz, wenn Kammerton a‘ = 440Hz ist).

Bild 4: Experiment: Der Grundton von 703 Hz (f‘‘) der Trompete und die ersten vier Obertöne werden künstlich erzeugt. Im Tongenerator werden die entsprechenden fünf Sinustöne mit abnehmenden Pegeln eingestellt (entsprechenden der im Bild 3 abgelesenen Werte im FFT-Fenster). Die Mischung der fünf Frequenzen erzeugt die links dargestellte Hüllkurve. Nach Trompete klingt das noch nicht, dazu ist das Obertonspektrum zu gering, aber überprüfen wir mal in Bild 5, ob überhaupt und wie nahe wir an das Original herankommen.

Bild 5: Der blaue Schwingungszug aus unserem Experiment von Bild 4 zeigt, dass die Grundform der Schwingung stimmt. Man muss berücksichtigen, dass in der originalen Hüllkurve auch das Frequenzgemisch der (leiser) spielenden Belgleitinstrumente enthalten ist.

Bild 6 1&2: Der Härtetest für die Aussage „100% rekonstruiert“. Ausschnitt aus „Stille, stille kommer vi“. Die originale DXD (PCM 352.8kHz/24 Bit) Aufnahme wurde von der Website des 2L Labels als 192 kHz/24 Bit Datei runtergeladen und auf 96 kHz/24Bit und 44.1 kHz/16 Bit runtergerechnet.

Folgende Parameter ergeben sich durch die Formatkonvertierung:

  1. Ausgangsformat – 352.8/24: Frequenzumfang bis 176.4 kHz, Dynamikumfang 144 dB
  2. 192/24: Frequenzumfang bis 96 kHz, Dynamikumfang 144 dB
  3. 96/24: Frequenzumfang bis 48 kHz, Dynamikumfang 144 dB
  4. 44.1/16: Frequenzumfang bis 22.05 kHz, Dynamikumfang 96 dB

 

In den Bildern 6.1 und 6.2 ist ein auf der Pegel- und Zeitachse stark gezoomter Schwingungsverlauf von ca. 1 Millisekunde zu sehen. In dieser Bildauflösung werden auch die Abtastpunkte angezeigt mit den Sampleintervallen von 22.7 μS (44.1/16), 10.4 μS (96/24) und 5.2 μS (24/192).

 [1] Im grünen Schwingungsverlauf für die CD-Auflösung von 44.1 kHz/16 Bit ist ein gleichmässiger, geschwungener Kurvenverlauf sichtbar, der durch die Abtastpunkte läuft. Es hat weder Kanten, noch Löcher zwischen den Samples und auch keine geraden Verbindungslinien zwischen den Abtastpunkten.

 [2] Legt man nun den blauen 96/24 Kurvenverlauf durch die Abtastpunkte der 44.1/16 Variante, stellt man fest, dass beide Kurven deckungsgleich sind. In der unteren Bildhälfte nochmals den Schwingungszug des linken Kanals, nun mit dem versetzt dargestellten 96/24 Schwingungszug.

 [3] Selbst der rote 192/24 Schwingungszug zeigt über der 44.1/16 Kurve Deckungsgleichheit.

Folglich: 1. Das Frequenzspektrum von 20Hz bis 22 kHz kann mit einer Samplingrate von 44.1 kHz 100% rekonstruiert werden. 2. Höhere Samplingraten als 44.1 kHz bilden Bereich zwischen 20Hz bis 22 kHz nicht präziser ab. Höhere Sampleraten erweiterten das übertragbare Frequenzspektrum nach oben. Diese Erkenntnis widerlegt die Annahme, dass eine dichtere Samplefolge (höhere Abtastrate) eine Kurvenform genauer rekonstruieren kann. Hier haben die unsäglichen Treppen- und Klötzchengrafiken über Jahrzehnte ein falsches Bild vermittelt. Die Werte zwischen den Samples werden nicht erfasst, sind aber trotzdem präzis rekonstruierbar. Genau das sehen wir in den Bildern 6.1 und 6.2.

Wie lässt sich dieses Resultat erklären?

  • Gemäss Nyquist-Shannon-Abtasttheorem muss für die 100% Rekonstruktion eines digitalisierten Signals die Abtastfrequenz (Samplingfrequenz) mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste im Signal vorkommende Frequenz.
  • Somit: beim CD-Format von 44.1 kHz müssen bei der Analog-Digital-Wandlung alle Frequenzen oberhalb von 22.05 kHz unterdrückt werden – ebenso bei der Wiedergabe, der D/A-Wandlung. Frequenzen oberhalb der halben Samplingfrequenz können nicht mehr richtig rekonstruiert werden (Aliasing).
  • Mit 96 kHz Samplingfrequenz können, im Vergleich zu 44.1 kHz, zusätzlich die Signalanteile zwischen 22.05 kHz bis 48 kHz erfasst werden, mit 192kHz und 325.8 kHz ergeben sich wiederum entsprechend höhere, reproduzierbare Grenzfrequenzen (96 kHz und 176.4 kHz).
  • Weitere Details dazu finden Sie im Artikel Digital Basics I.

 

Was ist aber nun mit den Frequenzanteilen über 22kHz, die in der Spektralanalyse von Bild 1 sichtbar sind und bei fs 44.1 kHz weggefiltert werden? Die müssten sich doch in der 96/192 kHz Hüllkurve bemerkbar machen. Betrachten wir nun im Bild 7 die der FFT-Analyse aus Bild 3 etwas genauer.

Bild 7: Die FFT-Analyse aus Bild 3 zeigt:

[1] dass beim „Stille stille komme vi“ Track mit den akustischen Instrumenten nach 22 kHz kaum noch Schallenergie vorhanden ist.

Frequenzen oberhalb des menschlichen Hörbereichs von 20 kHz werden als Ultraschall bezeichnet. Das Spektrum unserer Instrumente kann bis in den Ultraschallbereich hinein reichen – vor allem Zupf- und Perkussionsinstrumente. Die Energieanteile oberhalb von 22 kHz sind allerdings im unter 1% Bereich der Energie der Grundschwingung. Sie wirken sich daher kaum noch auf die Form der Hüllkurve aus. Der Dynamikumfang des erwähnten Stückes bleibt deutlich unterhalb der 96 dB der CD, darum zeigt auch hier die Reduktion der Wortbreite von 24 Bit auf 16 Bit keine sichtbare Veränderung des Signalverlaufs (Quantisierungsverzerrungen). Zudem wurde beim Umbrechen auf 16 Bit dem Signal Dither zur Linearisierung beigefügt (siehe Blog Dither: digitales Schmiermittel – Smarte Tricks und Kniffe in der Audiotechnik).

[2] Im Bereich bis 48 kHz (Samplingrate 96 kHz) fällt das Spektrum weiter bis auf über -90 dB ab.

[3] Zwischen 48 kHz und 96 kHz (Samplingrate 192kHz) ist Schluss mit Musik. Nach 50kHz steigt der für eine DXD-Aufnahme typische Rauschteppich deutlich bis auf -65 dB bei 176 kHz an.

Abschliessend: nun sollte man aber nicht einem weiteren Trugschluss zum Opfer fallen, dass Hi-Res Audio nichts bringe, nur weil die spurenelementhafte unter 1% Energie oberhalb von 20 kHz in der Hüllkurve nicht direkt sichtbar ist (der Nutzen von Hi-Res Audio wäre Thema für einen weiteren  Artikel). Im Moment ist zum Verständnis der Materie wichtig:

  • Signalanteile von 20 Hz bis 22 kHz werden mit einer höheren Abtastete als 44.1 kHz nicht präziser erfasst und wiedergegeben.
  • Abtastraten über 44.1 kHz erschliessen das Frequenzspektrum oberhalb von 22 kHz, welches bei einer 44.1 kHz Samplingrate abgeschnitten werden.
  • Die analoge Signalwellenform kann vollständig rekonstruiert werden, auch mit den Werten zwischen den Samples (Nyquist Theorem).

Vinyl ist somit nicht per se besser, nur weil es ein zeitkontinuierliches Medium ist. Welches Speichermedium einen Klang genauer abbildet, ist nur von dessen Fehlerfaktoren abhängig (Frequenzgang, Verzerrungen, Rauschen, Zeitfehler).

Fazit: ein digitales System kann die Vinyl Wellenform korrekt abbilden.

Die technischen Eckwerte im Vergleich:

* Im Gegensatz zu einem digitalen System, bei dem die Eckwerte mit eindeutigen Grenzen definierbar sind, sind für analoge Systeme mehrere Grenzpunkte definierbar, abhängig von der Fehlertoleranz. Der Vinyl Frequenzumfang kann theoretisch bis in den Bereich von 50 kHz reichen (Bsp. 70er Jahre Quadrophonie). In der Praxis wir aber das Hochtonsignal im Bereich von 19kHz begrenzt um die wertvollen Schneidestichel vor Überhitzung zu schützen.

** Wow & Flutter in % gemessen, typisch 0.0x%

*** Jitter in Picosekunden gemessen, Werte stark abhängig vom Gerätetyp, typisch 200 ps/2ns

Woher kommt der genuine Vinylklang – kann man einer digitalen Aufnahme Vinylklang beibringen?

Die drei in diesem Artikel besprochenen Vinyl Plugins arbeiten mit unterschiedlichen, klangbestimmenden Vinyl-Filter-Elementen. Bevor man nun voreilig die Idee Vinylklang auf der digitalen Ebene künstlich zu erzeugen als Unsinnig abtut, nur weil das in der digitalen Domäne passiert (passieren muss), sollte sich der Vinylfreund bewusst sein, dass seit den späten 70er Jahren kaum eine Platte hergestellt wurde, deren Signal nicht eine digitale Stufe durchlaufen hat. Stichworte: Digital Delay zur Vorschubsteuerung beim Schneiden der Platte (Neumann / Studer DAD 16). Und heute arbeiten nur sehr wenige Studios mit einer absolut reinen analogen Produktionskette.

Die Frage ist, welche Eigenschaften muss ein Tool haben um Vinylklang überzeugend nachzubilden und was sind die Klangbestimmenden Elemente? Prüfen wir das Schritt für Schritt.

A) Abbey Road Vinyl

Bild 8: Abbey Road Vinyl Plugin Bedienoberfläche

Das aus einer Zusammenarbeit von Waves mit den Abbey Road Studios entstandene Plugin geht das Thema umfassend an. Das Programm modelliert den ganzen Vinyl Prozess vom Schneiden der Lackfolie über den Pressvorgang bis zur Wiedergabe über unterschiedliche Plattenspieler und Tonzellen. Beim Programmieren der Filteralgorithmen wurde das Klangresultat laufend, zusammen mit den Abbey Road Tontechnikern, mit den originalen Mastern und deren Vinyl Abkömmlingen verglichen. Auch die legendäre, der Schneidmaschine vorgeschaltete Abbey Road Mastering-Konsole (Mischpult) zur Lackfolienherstellung, ist nachgebildet. Die grüne Taste zum Zuschalten des Mischpultes ist mit „TG Desk“ bezeichnet, was „The Grammophone Company“ bedeutet und eine Reminiszenz an die legendäre Zeit der grossen Plattenproduktionen für Labels wie EMI, Decca London u.a. ist.

Bilder 9 und 10: Abbey Road Vinyl bildet alle Produktionsschritte bis zur Wiedergabe der Platte ab. These: sind die Filteralgorithmen richtig berechnet, sollte so ein täuschend echter Vinylklang realisierbar sein.

[1a] TG Desk: Egal ob Platte oder CD, das erste Filter oder das erste klangbestimmende Element in der Aufnahmekette ist das Mikrofon, gefolgt vom Mischpult, Speichermedium usw. Nicht jedes dieser Elemente beeinflusst den Klang gleich stark. Bei der Plattenproduktion wird das Musiksignal über eine Mischkonsole an die Schneidmaschine überspielt. Im Abbey Road Vinyl Plugin (ARVP) ist die von den Abbey Road Studios für EMI entwickelte Mischkonsole TG 12410 nachgebildet, die noch heute in Betrieb ist. Mit dem Plugin können allerdings keine Vinyl Mastering Aufgaben, wie das zähmen von S- und Zischlauten (De-Esser), Pegel-/EQ-Anpassungen oder Monoschaltung der Bässe gemacht werden (Was zur Vinyl Emulation nicht zwingend nötig ist und bei Bedarf in der DAW machbar ist). Das Zuschalten der TG12410 erzeugt minimale harmonische Komponenten (Verzerrungen) und hat somit nur einen kleinen Einfluss auf das Endresultat.

Bild11: Ausgangslage – als Messsignal dient eine 1kHz Sinusschwingung, dargestellt in der Abbildung oben. Das Vinyl Plugin ist noch nicht zugeschaltet und wir sehen somit die reine im Tongenerator erzeugte Schwingung.

[1b] Laquer – Print: Die einzelnen Beeinflussungsfaktoren (Klang/Einstellelemente) werden in der Folge einzeln zugeschaltet. So kann deren Einfluss auf den 1kHz Sinuston, respektive den Klang in der praktischen Anwendung, beurteilt werden. Zwangsläufig immer vorhanden sind die harmonischen Komponenten (Verzerrungen), die zunächst bei der Lackfolie ausgeprägter sind, als bei der Wiedergabe ab Schallplatte, dies bedingt durch die Produktionsschritte der Plattenpressung.

Bild 12: Die Wiedergabe ab Lackfolie zeigt die harmonischen Komponenten, die dem Signal zugefügt werden. Wir sehen, wie beim Bespiel in Bild 3, die hinzugekommenen Verzerrungskomponenten sind harmonische Vielfache der Grundfrequenz. Unser Ohr nimmt diese Verzerrungsart nicht negativ wahr, wenn sich diese innerhalb eines Grenzbereiches befinden, d.h. nicht zu ausgeprägt sind. Diese Verzerrungskomponenten prägen den Gesamtklang massgeblich.

Bild 13: Laquer – Print: Wiedergabe ab Lackfolie oder Platte. [1] Bedingt durch die Produktionsschritte zur Plattenherstellung leidet das Frequenzspektrum oberhalb von rund 12kHz, was sich in einem kontinuierlichen Pegelabfall manifestiert.
Damit das obere Frequenzspektrum überhaupt aufgezeichnet und reproduziert werden kann, werden Frequenzen oberhalb von 1000 Hz beim Schneiden der Lackfolie angehoben. [2] Die RIAA Schneidekennlinie – blau bei der Aufnahme und rot bei Wiedergabe – definiert die Korrekturfilter. Der gesamte Korrekturbereich umfasst +/- 20 dB (40dB Umfang) da im Gegenzug die Bassfrequenzen abgesenkt werden, um die Spieldauer zu erhöhen. Die RIAA Verzerrung/Entzerrung wird über Filterstufen realisiert. Bei Wiedergabe erfolgt eine spiegelbildliche Korrektur. In Vinyl Plugins erfolgt kein RIAA Korrektur, da ja keine Wiedergabe über einen Phono-Vorverstärker erfolgt.

[2] Noise: Rauschen ist ein überall vorkommender Faktor in der Audiotechnik, sei es das physikalische Eigenrauschen moderner Bauteile im Bereich um –125 dB,  in einem  digitalen System typisch -144/96 dB oder in der Analogtechnik beim Tonband ohne NR im Bereich von -70 dB und der Schallplatte im Bereich knapp über -60 dB. Mit dem Abbey Road Vinyl Plugin lassen sich geringe, kaum hörbare bis starke, deutlich hörbare Rauschanteile dem digitalen Signal beimischen. So lassen sich der Dynamikumfang und das Kleinsignalverhalten (unterer Eckwerte) der LP nachbilden.

Bild 14: Die Rauschanteile lassen sich mit dem ARVP Tool fein dosiert einstellen. Im Bild oben drei unterschiedliche Stufen [1] Grundeinstellung (o dB), eine mittlere Position [2] bei rund 24 dB und die Maximaleinstellung bei 48 dB [3].

[3] Crackle & Clicks: Knistern und Kratzer gehören zum LP-Alltag. Dies sind allerdings Faktoren, die der Vinylliebhaber weder schätzt noch einen Sinn darin sieht diese künstlich zu erzeugen. Im Abbey Road Vinyl Plugin können die Effekte nach Bedarf und künstlerischer Auffassung zugemischt werden. Man kann grundsätzlich Elemente auch gänzlich weglassen. Der Häufigkeit und Intensität der Rillen- und Kratzgeräusche lässt sich feinstufig einstellen.

Bild 15: Knistern und Kratzer – müssen nicht zwingend sein, aber beide Faktoren lassen sich feindosiert hinzufügen. [1] Grundeinstellung (o dB), eine mittlere Position [2] bei rund 24 dB und die Maximaleinstellung bei 48 dB [3].

Das Thema Knistern sollte man aber auf jeden Fall nicht weglassen, denn er ist im Gegensatz zu Kratzern ein unvermeidlicher Faktor in der Vinylwelt, denn die Rillenoberfläche hat immer eine gewisse Rauheit und der Reibungsfaktor Nadel/Rille ist ebenfalls gegeben. Ebenso manifestiert sich hier der Abnutzungseffekt durch das Spielen der Platte. Der Crackle Bereich reicht von „Null“ bis heftiges Knistern. Empfehlenswert sind hier Werte die sich knapp an der Hörschwelle bewegen.

Bild 16: Kratzer [1] erzeugen erhebliche Signalverformungen und deutliche Ausschläge in hohe Frequenzbereiche hinein. Wird das LP-Frequenz Spektrum eines Musikstückes abgebildet, werden solche Kratzer oftmals als Beleg für eine vermeintlich hohe Auflösung einer LP missinterpretiert.

[4] Phase Distortion: Phasenverzerrungen – der Schneidkopf wird bei der Herstellung der Lackfolie tangential geführt und somit auf einer geraden Linie zur Plattenmitte hingeführt. Bei der Wiedergabe führt der Drehtonarm eines Plattenspielers einen kreisförmigen Weg aus. Dies führt zu einer Abweichung der Abtastgeometrie in Bezug auf die tangential geschnittene Lackfolie. Dieser Tangensfehler kann durch die Tonarmlänge und der korrekten Einstellung des Nadelüberhangs minimiert, aber nicht eliminiert werden. Das so abgetastete Signal des linken und rechten Kanals (Rillenflanke) ist nicht synchron, was als Phasenverschiebung wahrgenommen wird. Der Tangensfehler oder Spurfehlerwinkel ist nicht eine konstante Grösse und kann je nach Tonarmgeometrie und Einstellung ein oder zwei Mal bei null liegen (Null-Fehler-Durchgang). Das Mass dieser Phasenverzerrungen kann im Abbey Road Vinyl Plugin von schwach bis stark ausgeprägt eingestellt werden. Somit kann eine grosse Bandbreite von Tonarmeinstellungen simuliert werden – von Tangentialtonarm über einen korrekt eingestellten Radialtonarm bis hin zu einem fehlerhaft eingestellten oder billigen, unpräzisen Tonarm.

Bild 17: Phasenverzerrungen sind ein wichtiger Bestanteil für echten Vinylklang. Hier gilt es die Einstellungen für einen guten, korrekt justierten Arm zu finden. Übertreibungen führen bei diesem Parameter zu massiven Klangverschlechterungen. [1] Grundeinstellung (o dB) für minimalste Abtastfehler, moderate Position 16dB [2 – gelb] eine mittlere Position [3] bei rund 24 dB und die Maximaleinstellung bei 48 dB [4], die einen arg falsch eingestellte Arm/Tonzelle repräsentiert [4].

[5] Tone Arm: Tonarm Position auf der Platte. Stellen wir uns zwei Punkte vor, einer am Plattenrand und der Zweite im Bereich bei der Auslaufrille. Beide Punkte machen in der gleichen Zeit eine Umdrehung. Bedingt durch die grössere Wegstrecke des äusseren Punktes bewegt sich dieser schneller. Wenn wir den Durchmesser der Aussenrille mit 29 cm bestimmen und für die Auslaufrille 13 cm als Durchschnittswert annehmen, dann ist der Umfang der Aussenrille 91.1 cm und für die letzte Rille der Platte 40.8 cm (50.6 cm/s gegenüber 22.6 cm/s bei 33.3 U/Min). Der Umfang der Innenrille ist somit noch im Bereich von 44% der Aussenrille. Dies heisst, dass dem Schneidestichel nicht nur der engere Radius Grenzen setzt sondern dem Musiksignal auch weniger Platz zur Verfügung steht. Die Wellenzüge werden dichter geschrieben, die Auflösung nimmt ab und die harmonischen Verzerrungen nehmen zu.

Man legt somit klanglich komplexere Titel in den Aussenbereich der Platte und innen die eher leiseren, weniger komplexen, hochtonarmen Stücke. Dies geht bei nicht klassischer Musik problemlos, bei Klassik heisst es mit dem Problem der Innenrillenverzerrungen uneingeschränkt leben. Mit Abbey Road Vinyl kann der Abtastradius frei bestimmt werden. Das Mass der harmonischen Verzerrungen somit in feinen Bereichen variiert werden.

Bild 18: [1] Durch den abnehmenden Rillenradius und Umfang zur Plattenmitte hin wird das Signal immer enger geschnitten. [2] Die Auflösung nimmt kontinuierlich ab. Die maximal schneidbare Frequenz-Pegel-Kombination ist erreicht, wenn die Rückseite des Schneidstichels die soeben geschnittene Rillenflanke wieder zerstört. [3] Schneidstichel mit Schnittkante (gelb) und Polierfläche, die für eine möglichst glatte Rillenflanke sorgt.

Die immer wieder gehörte Aussage Vinyl habe eine unendliche Auflösung ist falsch. Die Vinyl Auflösung wird durch die mechanischen Parameter der Schallplatte begrenzt. Der Mythos der unendlichen Auflösung entstand erst im digitalen Zeitalter, als wahrgenommen wurde, dass die Werte zwischen den Abtastwerten bei der Digitalisierung nicht erfasst werden (zeitdiskret), die analoge Technik das Signal aber lückenlos überträgt (zeitkontinuierlich). Der Mythos fusst somit auf einem technischen Missverständnis, dass die nicht erfassten Zwischenwerte verloren seien und auch nicht mehr rekonstruiert werden können. Ein Irrtum, wie wir oben gesehen haben.

Bilder 19 und 20: Die Phasenverzerrungen (Harmonische) nehmen mit abnehmendem Rillenradius zu.

Bild 19 mit 1 kHz Sinuston und harmonischen Verzerrungskomponenten > Aussenrille / Position 0 = [1] blau und Innenrille / Position 100 = [2] gelb.

Bild 20 zeigt eine Gruppe von fünf ansteigenden Sinustönen. Die Zunahme der Phasenverzerrungen ist gleichmässig über das gesamte Frequenzspektrum verteilt > Aussenrille / Position 0 = [1] rot und Innenrille / Position 100 = [2] blau. Interessant: die höchste im Original vorhandene Frequenz ist 20 kHz, das harmonische Verzerrungsspektrum reicht aber bis 65 kHz hinauf. Allerdings ist der Pegel hier bei -115 dB. Je nach Art und Qualität der nachfolgenden Elektronikkette können die Signalanteile ab rund 40 kHz (-85 dB) längst im Eigenrauschen der Elektronik untergegangen sein.

Das Beispiel zeigt aber auch, dass es sinnvoll ist Vinylplatten mit 96 kHz Samplingfrequenz zu digitalisieren, damit die bei der Wiedergabe erzeugten harmonischen Verzerrungen ebenfalls erfasst werden.

[6] Wow & Flutter: Gleichlaufschwankungen

Zeitfehler (Abweichung, Schwankungen der Sollgeschwindigkeit oder Solltakt) kommen in digitalen, wie in analogen Systemen vor. In der digitalen Domäne ist die Bezeichnung für Zeitfehler Jitter und bedeutet, dass die Abtastwerte nicht in 100% gleichen Abständen (Abtastzeitpunkt) erzeugt oder gewandelt werden. In der analogen Welt wird das zeitliche Fehlverhalten des Systems als Wow und Flutter bezeichnet und ist als Frequenz und Pegelschwankung hörbar. In einem analogen System ist die Zeitgenauigkeit schwieriger zu realisieren als in einem digitalen System.

Bild 21: Wow und Flutter sind Fehler im Zeitbereich und führen zu Pegel [1] und Frequenzschwankungen [2], was im Extremfall als Jaulen oder Flattern hörbar ist. Die im Bild gezeigte Signalverformung wurde mit hohen Wow und Flutter Werten erzeugt, die bei einem hochwertigen Plattenspieler so kaum vorkommen. Gerade die Zeitgenauigkeit ist eines der Merkmale, warum sich ein aufwändig konstruierter Plattenspieler klanglich abhebt.

[7] Turntable & Cartridge: Plattenspieler und Tonabnehmer

Mit Abbey Road Vinyl stehen drei Laufwerke und drei Tonzellen unterschiedlicher Güte zur Verfügung, die sich als klangliche Signatur bemerkbar machen. Durch die Wahl der Laufwerke und Tonzellen verändern sich auch die Werte für Rauschen, Knistern und Phasenverzerrungen. Die tonalen Differenzen sind deutlicher hörbar bei Bässen und Höhen, der Abbildungsbreite von Stimmen und Instrumenten und bei Klassik in der Raumauflösung und Positionierung der Instrumente. Der DJ Plattenspieler und die DJ Tonzelle spielen in einer tieferen Liga – weniger feinzeichnend, rauer – als der emulierte Abbey Road (AR) Spieler, der ein hochwertiges Laufwerk repräsentiert.

Abschliessend – alles in allem:

Bild 22: Legt man, ausgehend vom 1 kHz Sinuston, zusammenfassend alle Elemente miteinander, die den Vinyl Sound emulieren: [1] Einfluss von Gleichlaufschwankungen und Rumpeln, [2] Harmonische Verzerrungen, [3] Rillenrauschen und Rauschen.

B) Vinyl Strip

Das Vinyl Strip Plugin bildet alle für die Vinyl Emulation relevanten Faktoren ab: Rauschen, Harmonische Verzerrungen, Rillengüte, Gleichlaufschwankungen und Staubanteil in den Rillen (Knistern). Allerdings kommt das Tool nicht an die zahlreichen fein dosierbaren Einstellungsmöglichkeiten ran, die Abbey Road Vinyl so faszinierend, flexibel und letztendlich überzeugend machen. Eine Besonderheit bietet Vinyl Strip allerdings: der Stereo Regler. Damit lässt sich die Kanaltrennung (Signalanteile des einen Kanals sickern in den anderen Kanal rüber) von unendlich (in der Realität im Bereich um 90 bis 120 dB) bis auf Mono (0dB) zurückregeln. Die Kanaltrennung ist neben den Harmonischen Verzerrungen ein typischer Parameter für den Vinylklang und ein starkes Unterscheidungsmerkmal zur CD. Die Kanaltrennung hat wesentlichen Einfluss auf die Abbildung der Instrumente in Bezug auf Grösse, Abbildungsbreite und Positionierung. Die Vinyl typische Kanaltrennung bewegt sich im Bereich um 25dB mit einer Streubreite von +/- 3dB im Regelfall. Die Kanaltrennung des CD Systems liegt bei rund 96 dB.

Bild 23: Vinyl Strip bietet zahlreiche Einstellmöglichkeiten rund um die Vinyl Thematik, ergänzt mit EQ, Hall und Kompressor Funktionen. Speziell sind die Einstellmöglichkeiten für den digitalen Bereich indem die Bitrate und Sampling Frequenz reduziert werden kann. Fraglich, wozu das gut sein soll – vielleicht für spezielle Effekte. Digitale Artefakte sind im Gegensatz zu den Vinyl Artefakten immer lästig und dem Ohr nie schmeichelnd. Somit: auf jeden Fall zu vermeiden.

Bild 24: Vinyl Strip kann die Grundlegenden Klangparameter der LP abbilden, ist aber nicht so fein justierbar wie dies das Abbey Road Vinyl Plugin ermöglicht > Vergleiche mit Bild 22.

C) iZotope Vinyl

Beim kostenlosen iZotope Vinyl Plugin geht es primär um typische mit Vinyl und (historischer) Analog-Technik verbundenen Störgeräuschen, wie mechanischem und elektrischem Brummen, Zirpen, Rumpeln, Staub, Kratzer und Tonmodulation durch verwellte Platten. Faktoren an denen die Ingenieure in der Blüte des analogen Zeitalters intensiv gearbeitet haben, um sie loszuwerden. Fazit: das Tool eignet sich nicht um den Klang zu erzeugen, den heutige Vinylliebhaber suchen. Der Einsatz beschränkt sich auf Effekt erzeugen, sei es in Intros, Outros oder zu speziellen Momenten innerhalb eines Tracks – oder für Filmsound.

Bild 25: iZotope Vinyl ist mehr ein Effekt Tool als eine ernsthafte Vinyl Emulation, die auf akkurate Abbildung des Vinyl Sounds abzielt.

Bild 26: iZotope Vinyl mach primär auf Störgeräusche, aber keine dem Ohr schmeichelnden harmonischen Verzerrungen. In der Abbildung eine moderate Einstellung der Werte, mehr davon ist einfach nur lästig.

Fazit:
Für täuschend echt emulierten Vinylsound ist Abbey Road Vinyl das Tool der ersten Wahl. Es wurde mit der Zielsetzung geschaffen, faksimilen Vinylklang zu erzeugen. Die Produktentwicklung fand unter Einbezug von Abbey Road Technik, Wissen und Manpower statt. Wie genau emulierter und wirklicher Vinylklang übereinstimmen, thematisiert der dritte Teil dieser Artikelreihe. Dies mit realer Musik, die als analoge und digitale Aufnahmen (Alben) als CD, Hi-Res-Datei und LP veröffentlicht wurden.