Der Audio-Pegel: So funktioniert das „Level“ bei Soundsignalen
Lautsprecherpegel, Leitungspegel und Mikrofonpegel: Audiogeräte richtig verbinden
Was ist im Audiobereich ein „Pegel“? Dieser Artikel konzentriert sich auf drei wichtige Audiopegel: den Lautsprecherpegel, den Leitungspegel und den Mikrofonpegel. Jeder dieser Pegel spielt eine entscheidende Rolle in der Audiotechnik. Ein fundiertes Verständnis der verschiedenen Audiopegel ist für Fachplaner unerlässlich, um eine korrekte Signalverarbeitung, eine angemessene Verstärkung und einen verzerrungsfreien Ton zu gewährleisten. Durch die Kenntnis der jeweiligen Pegel können Fachplaner die richtigen Komponenten auswählen und eine optimale Klangqualität erzielen.
Der Unterschied zwischen Absolutpegel und relativem Pegel
In der Audiowelt ist es wichtig, den Unterschied zwischen Absolutpegel und relativem Pegel zu verstehen. Diese Konzepte spielen eine wesentliche Rolle bei der korrekten Handhabung von Audio-Pegeln.
Absolutpegel
Der Absolutpegel bezieht sich auf den tatsächlichen Pegel eines Audio-Signals in Relation auf eine festgelegte Referenz (das macht ihn absolut, also nicht-relativ). Er wird in Dezibel (dB) gemessen und gibt an, wie stark das Audiosignal ist. Absolute Pegelangaben werden kenntlich gemacht durch das Anhängen von Buchstaben an das dB. 10 dB ist per definitionem eine relative Angabe während '+6 dBu' eine absolute Pegelangabe ist, bezogen auf den Spannungswert, der für 0 dBu vereinbart wurde.
Der Absolutpegel wird oft verwendet, um den Ausgangspegel eines Audiosignals zu bestimmen, wie z. B. den Pegel eines Mikrofonsignals, eines Verstärkers oder einer Lautsprecherbox. Der Absolutpegel ist ein fester Wert und unabhängig von anderen Signalen oder Komponenten.
Relativer Pegel
Generell ist jede Pegelangabe ein relativer Wert, wenn er nicht ganz explizit als absoluter Pegel benannt wird. Im Gegensatz zum Absolutpegel bezieht sich der relative Pegel auf die Beziehung zwischen verschiedenen Audio-Signalen oder Komponenten. Er wird oft verwendet, um das Verhältnis zwischen verschiedenen Kanälen, Spuren oder Geräten zu beschreiben. Der relative Pegel wird normalerweise in Dezibel (dB) angegeben und stellt dar, wie laut oder leise ein Signal im Vergleich zu einem anderen ist. Er wird verwendet, um die Balance zwischen den verschiedenen Audiokanälen oder die Aussteuerung eines Audiosignals in Bezug auf einen bestimmten Referenzpegel einzustellen.
Anwendungen in der Audioplanung und -installation:
Bei der Planung und Installation von Audiosystemen müssen Sie sicherstellen, dass die Absolutpegel der verschiedenen Komponenten wie Mikrofone, Verstärker und Lautsprecher angemessen miteinander im Einklang sind, um eine gute Klangqualität und ausreichende Lautstärke zu gewährleisten. Gleichzeitig ist es wichtig, die relativen Pegel zwischen den Kanälen und Komponenten richtig abzustimmen, um eine ausgewogene Klangwiedergabe zu erzielen und unerwünschte Pegelschwankungen zu vermeiden.
Werkzeug: Pegelmessgeräte
Um sowohl den Absolutpegel als auch den relativen Pegel zu messen und einzustellen, sind Pegelmessgeräte ein unverzichtbares Werkzeug. Pegelmesser zeigen den aktuellen Pegel in Dezibel an und ermöglichen es Audio-Profis, genaue Messungen vorzunehmen und die Pegel entsprechend anzupassen. Bei der Arbeit mit relativen Pegeln können Pegelmesser helfen, das richtige Gleichgewicht zwischen den Kanälen oder die gewünschte Aussteuerung zu erreichen.
Um es etwas zu vereinfachen: Pegel in Volt
Da wir diesen Artikel nicht in epische Länge ziehen wollen, vereinfachen wir für besseres Verständnis: Wir werden die verschiedenen Audiopegel in Volt angeben. Wenn Sie tiefer einsteigen wollen, ist es in diesem Zusammenhang wichtig zu verstehen, wie Dezibel funktionieren.
Die Umrechnung von Pegel (dBu) in Spannung (Volt) ist U = 0,775 · 10^(L/20).
Der Lautsprecherpegel
Ein Lautsprecher muss eine Bewegung der Membran ermöglichen, damit er Schallwellen erzeugen kann, die wir dann hören. Dafür braucht er ein elektrisches Signal. Kleinere Lautsprecher benötigen nur einige wenige Volt. Größere Lautsprecher benötigen oft mindestens 60 Volt, um einen lauten Ton zu erzeugen.
Der Leitungspegel
Ein Lautsprecher ist an einen Verstärker angeschlossen – entweder extern oder als Teil eines aktiven Lautsprechers. Bei einem HiFi-Verstärker haben wir viele Geräte, die wiederum an ihn angeschlossen werden, meist über eine Line-in-Buchse: CD- oder DVD-Player, Kameras (wenn wir Sound abspielen wollen), Radios. Die Line-in-Buchse und die Line-out-Buchse haben alle den sogenannten „Line-Pegel“. Dieser Line-Pegel beträgt etwa 0,5 Volt bis 1 Volt. Es ist die Aufgabe des Verstärkers, das halbe bis ganze Volt des Line-Pegels auf 10 Volt oder mehr des Lautsprecherpegels zu verstärken.
Der Mikrofonpegel
Die Ausgangssituation ist also bisher: 0,5 bis 1 Volt Line-Pegel, der in den Verstärker geht. Der Line-Pegel wird durch den Verstärker auf Lautsprecherpegel gebracht (also deutlich erhöht – deswegen ist es ein „Verstärker“). Wie steht das Mikrofon damit im Verhältnis? Die Ausgangsspannung eines Mikrofons ist sehr niedrig: ab 1 mV, manchmal bis zu 100 mV, mit anderen Worten: 1/1000stel bis 1/10tel eines Volts. Das bedeutet: Mit einer so winzigen Leistung hilft auch ein klassischer Verstärker noch nicht genug, um einen gut hörbaren Ton zu erzeugen. Deswegen braucht es einen Mikrofon-Vorverstärker.
Digitaler Pegel: dBFS
Der dBFS (Decibels relative to full scale) ist eine Einheit zur Messung des digitalen Pegels, die die maximale Leistung oder den Pegel eines digitalen Signals angibt. Der Referenzpunkt für den dBFS liegt bei der maximalen Aussteuerung, also bei 0 dBFS. Ein Pegel oberhalb von 0 dBFS führt zu Übersteuerung und unerwünschten Verzerrungen.
Dezibel und dBFS
Ähnlich wie bei anderen Pegelmaßen wird der dBFS auf einer logarithmischen Skala gemessen. Ein Anstieg von 3 dBFS entspricht einer Verdopplung der Leistung. Negative dBFS-Werte zeigen einen geringeren Pegel als der maximale Referenzpegel an. Zum Beispiel entspricht -20 dBFS einem Pegel, der 20 Dezibel unterhalb des maximalen Pegels liegt.
Verwendung von dBFS
Der dBFS wird hauptsächlich in der digitalen Audioproduktion, beim Mixing und Mastering sowie bei der Übertragung von digitalen Audiosignalen verwendet. Digitale Audioschnittstellen, wie z. B. AES/EBU oder S/PDIF, verwenden dBFS, um sicherzustellen, dass das Signal korrekt übertragen und verarbeitet wird. Die meisten digitalen Audiogeräte und Software-Workstations arbeiten ebenfalls mit dBFS.
Aussteuerungsreserve und Headroom
Im Gegensatz zu analogen Audiosignalen, bei denen eine gewisse Übersteuerung akzeptabel sein kann, ist es bei digitalen Signalen besonders wichtig, genügend Headroom zu haben. Headroom bezieht sich auf den Spielraum zwischen dem maximalen Pegel (0 dBFS) und dem tatsächlichen Pegel des Audiosignals. Durch die Bereitstellung von ausreichendem Headroom können unerwünschte Verzerrungen und Clipping (Übersteuern) vermieden werden.
Pegelkontrolle bei digitalen Systemen
Viele digitale Audiogeräte und Software-Workstations verfügen über Pegelmesser, die den dBFS-Wert anzeigen. Dadurch können Audio-Profis sicherstellen, dass das Signal nicht übersteuert oder zu leise ist, um eine optimale Klangqualität zu gewährleisten.
Wie bringen wir verschiedene Audio-Pegel zusammen?
Dafür gibt es mehrere Tools, einige beschreiben wir im Folgenden beispielhaft.
Mikrofon-Vorverstärker
Um den Pegel auf ein ausreichendes Niveau für den Verstärker zu heben, braucht es also einen kleinen Mikrofon-Verstärker. Der hebt den Audiopegel von Mikrofonpegeln auf den Leitungspegel. Ein Mikrofon-Vorverstärker zwischen Mikrofon und normalem Verstärker hebt die Milli-Volt-Spannung eines Mikrofons auf den Line-Pegel. Häufig sind Mikrofonvorverstärker in Geräte eingebaut, die für den Anschluss an ein Mikrofon vorgesehen sind.
Schließen Sie keinen Line-Pegel an einen reinen Mikrofon-Eingang an – denn der Eingang „erwartet“ nur die geringen Volt-Pegel eines Mikrofons!
Dämpfungsglieder, auch genannt: „Pegelumsetzer“ oder DI-Boxen
Mit Dämpfungsgliedern können wir das Signal abschwächen – ähnlich wie ein Verstärker das Signal verstärkt, schwächt ein Dämpfungsglied das Signal ab. Mit so einem Dämpfungsglied können Sie den Line-Pegel jedoch direkt in den Mikrofon-Eingang geben, deswegen heißen diese Geräte auch Direct-Input-Boxen oder: DI-Boxen.
3 wichtige Punkte, wenn Sie mit unterschiedlichen Pegeln arbeiten
- Ein Mic-Level-Eingang wird normalerweise mit einer XLR-Buchse bereitgestellt. Ein Line-Level-Eingang hingegen wird typischerweise mit einer Cinch-Buchse, 6,35-mm- oder 3,5-mm-Klinkenbuchse bereitgestellt.
- Bitte nehmen Sie nicht an, dass die Pegel übereinstimmen, nur weil die Anschlüsse identisch sind. Die Eingänge sind normalerweise mit einem Hinweis auf den jeweiligen Level gekennzeichnet.
- Beachten Sie, dass unterschiedliche Funkempfänger unterschiedliche Ausgangspegel haben. Daher sollten Sie immer in der Bedienungsanleitung des verwendeten Funkempfängers nachschlagen, um den Ausgangspegel zu überprüfen.
Dynamikkompression und Limiter zur Steuerung des Dynamikumfangs
Die Dynamik eines Audiosignals bezieht sich auf den Unterschied zwischen den leisesten und lautesten Teilen des Signals. Die Dynamikkompression ist ein Werkzeug, das häufig eingesetzt wird, um den Dynamikumfang eines Audiosignals zu steuern. Sie ermöglicht eine gezielte Anpassung der Pegelunterschiede, indem sie laute Abschnitte abschwächt und leise Abschnitte verstärkt. Limiter sind eine spezielle Form der Dynamikkompression, die verwendet wird, um sicherzustellen, dass der Pegel nicht den maximalen Aussteuerungsbereich überschreitet.
Fazit: Drei wichtige Signal-Pegel gibt es zu beachten
Mikrofonpegel (im Millivolt-Bereich)
Leitungspegel (etwa 1 Volt)
Lautsprecherpegel (10 Volt oder mehr)
Verschiedene, nicht zueinander passende Pegel sind die häufigste Ursache für Audioverzerrungen.
Eine weitere wichtige, aber häufig falsch verstandene Einheit im Bereich der Audio-Pegel ist Dezibel.
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