Wat is gain-staging

De digitale audiowereld kan verwarrend lijken. In de fysica van geluid wordt luidheid bijvoorbeeld gemeten in decibel, en de waarden zijn altijd positief, maar op digitale werkstations (DAW's) worden decibels plotseling negatief. En wat is deze vreemde magie?

Nog een mysterie: op het DAW-scherm zie je soms signaalniveaus die boven nul liggen, en soms verschijnen er zelfs ‘positieve’ decibels. Wat betekent dit allemaal? Help mij het te begrijpen! De termen ‘volume’, ‘gain’, ‘level’ hoor je voortdurend om ons heen en op YouTube – maar wat is het verschil daartussen?

Laten we proberen dit te begrijpen zonder ingewikkelde formules. We zijn tenslotte vooral muzikanten, geen ingenieurs. En tegelijkertijd zullen we leren hoe we de zogenaamde “level headroom” op de juiste manier kunnen organiseren in onze muzikale projecten die met een DAW zijn gemaakt.

Er is in wezen geen volume bij digitale audio-opnamen. Wat zijn “natuurlijke” decibels

‘Luidheid’ is meer dan alleen een woord dat de intensiteit van de geluidsdruk op de oren probeert te beschrijven. Voor elke persoon worden stille en luide geluiden subjectief waargenomen. Wat voor de een gewoon “luid” is, kan voor de ander “verschrikkelijk luid” zijn.

Muziek maken vereist altijd dat je rekening houdt met subjectieve criteria, wat soms het begrip tussen de deelnemers aan het creatieve proces verstoort. Daarom is het belangrijk om een ​​objectiever begrip van volume te hebben bij het werken aan muziekprojecten.

In de natuur bestaat er geen directe analogie van volume, zoals in de digitale wereld. Geluid plant zich voort door elastische golven in een gasvormig, vloeibaar of vast medium. De geluidsbron is een fysiek lichaam dat mechanische trillingen ervaart, zoals een snaar of menselijke stembanden.

Laten we ons dit visueel proberen voor te stellen, hoewel niet erg wetenschappelijk: nadat de snaar klinkt, trilt deze zijwaarts (in een driedimensionale ruimte) met een bepaalde frequentie en amplitude, waardoor elastische golven om zichzelf heen ontstaan.

Deze golven veroorzaken gebieden met hoge en lage luchtdruk die zich door de gasvormige omgeving voortplanten. Natuurkundigen beschrijven deze trillingen als ‘geluidsdruk’.

Om de intensiteit van de geluidsdruk te meten hebben wetenschappers een formule ontwikkeld die rekening houdt met de druk zelf, de akoestische impedantie van het medium en tijdmiddeling. Hierdoor kunnen we de wortelgemiddelde kwadratische waarde van de geluidsintensiteit op een bepaald punt in tijd en ruimte verkrijgen.

In de muziek zijn geluidstrillingen voornamelijk periodiek, vergelijkbaar met de trillingen van een snaar. Soms evalueren we hun intensiteit met behulp van het concept van “geluidsdrukamplitude”, maar in werkelijkheid is dit niet zo belangrijk.

Wat echt belangrijk is, is dat positieve decibels (aangegeven met een “+”) in de natuurkunde verwijzen naar de intensiteit van de geluidsdruk, maar alleen relatief ten opzichte van een specifiek punt op een schaal. Decibels zijn relatieve, logaritmische of submeerdere eenheden en hebben alleen zin als er een ‘startpunt’ is.

In de natuurkunde is dit uitgangspunt een drukniveau van 20 micropascal (μPa) – dit is de gemiddelde drempel van het menselijk gehoor wanneer hij nog geen geluiden waarneemt en stilte voelt. Al zou de kat het daar waarschijnlijk niet mee eens zijn.

De mate van waargenomen luidheid door een persoon wordt afzonderlijk bestudeerd, met behulp van zijn eigen meeteenheden, zoals geld, de frequentiesamenstelling en andere factoren. Maar bij het werken met een DAW zijn deze details niet zo belangrijk. Het belangrijkste voor ons is om niet te verwarren met decibel.

0 decibel SPL (geluidsdrukniveau) betekent stilte voor een persoon. Hieronder staan ​​enkele typische waarden ter vergelijking:

• 15 dB – “Nauwelijks hoorbaar” – het lijkt op het ritselen van bladeren;
• 35 dB – “Duidelijk hoorbaar” – bijvoorbeeld een gedempt gesprek, een rustige omgeving in een bibliotheek of lawaai in een lift;
• 50 dB – “Duidelijk hoorbaar” – dit is vergelijkbaar met een gesprek op gemiddeld volume, een rustige straat of de werking van een wasmachine;
• 70 dB – “Lawaaiig” – bijvoorbeeld luide gesprekken op een afstand van 1 m, het geluid van een typemachine, een lawaaierige straat of een werkende stofzuiger op een afstand van 3 m;
• 80 dB – “Zeer luidruchtig” – dit is als een luide wekker op een afstand van 1 m, een schreeuw, het geluid van een motorfiets met uitlaatdemper of het geluid van een draaiende vrachtwagenmotor. Langdurig naar dergelijke geluiden luisteren kan gehoorverlies veroorzaken;
• 95 dB – “Zeer luidruchtig” – bijvoorbeeld het geluid van een metro op een afstand van 7 m of een luide piano die speelt op een afstand van 1 m;
• 130 dB – “Pijn” is als een sirene, het geluid van klinkende ketels, de luidste schreeuw of een motorfiets zonder uitlaatdemper;
• 160 dB – “Schok” is het niveau waarop het trommelvlies waarschijnlijk scheurt, zoals een shotgun-explosie dicht bij het oor, een wedstrijd met een autoradio, of de schokgolf van een supersonisch vliegtuig of een explosie van 0,002 megapascal.

Geluidsopname. Volume en winst

Wanneer we geluid opnemen, moeten we periodieke geluidstrillingen in de lucht omzetten in elektrische trillingen. Sinds de uitvinding van de fonautograaf in 1857 hebben wetenschappers en ingenieurs geëxperimenteerd met verschillende methoden om geluid op te nemen.

Het blijkt dat de meest effectieve en goedkoopste manier het gebruik van elektrische apparaten is, zoals microfoons, magnetische en piëzo-elektrische pickups (voor strijkers en soms percussie-instrumenten zoals piano's).

Deze elektro-akoestische apparaten onderscheppen luchtgeluidsdrukschommelingen (magnetische pickups registreren snaartrillingen en piëzo-elektrische sensoren registreren lichaamstrillingen) en zetten deze om in een analoog elektrisch signaal.

Op het moment van deze transformatie ‘verdwijnt’ het geluid voor ons. Hierna hebben wij tijdens ons werk uitsluitend nog te maken met “stille” elektrische trillingen.

Het zijn deze trillingen die worden overgedragen in muziekapparatuur – versterkers, analoge effecten, bandrecorders, enz. Om deze trillingen, of ze nu worden versterkt, verwerkt of eenvoudigweg opgenomen op magneetband, weer in geluid om te zetten, moeten ze weer worden omgezet. in geluid met behulp van een speciaal apparaatje, luchttrillingen. Dit apparaat wordt een luidspreker genoemd.

Een analoog signaal heeft als belangrijkste eigenschap: het is continu in de tijd en heeft bij elke milliseconde – of tenminste een miljoenste van een seconde – een bepaalde parameter. Laten we zeggen dat in het geval van een analoge elektronische representatie van geluid dit de amplitude zou kunnen zijn (de grootste spreiding van waarden ten opzichte van het gemiddelde).

Het analoge signaal dat van de microfoon wordt ontvangen, toont ons een geschiedenis van frequente veranderingen in de geluidsdruk gedurende een bepaalde periode. We zingen bijvoorbeeld een lied waarin we 2 minuten zang in de coupletten en refreinen hebben gepland, en bij de opname krijgen we als het ware een kroniek van veranderingen in de geluidsdruk op het microfoonmembraan.

Elektrische analoge signalen verkregen door het omzetten van geluidstrillingen kunnen het gemakkelijkst worden weergegeven in de vorm van sinusachtige grafieken. Muzikaal en niet-muzikaal geluid zijn in feite een complexe som van sinusoïden.

Maar het kan ook simpel zijn: wanneer de analoge toongenerator ons één enkele sinusgolf geeft met een frequentie van bijvoorbeeld 440 Hertz (noot “A”), horen we een duidelijke maar saaie “piep” uit de luidspreker.

En tenslotte komen we hier bij de winst. Het woord winst betekent winst. We bepalen het niveau met regelaars op versterkers en geluidskaarten. Dit verschilt van de bedieningsknoppen voor “volume” of “geluidsdrukniveau” (Level) doordat we het signaal kunnen versterken voorbij de limiet waarboven de vervorming begint.

Laten we nu eens nader kijken: onze sinusoïde (onthoud dat hij voor ons een analoog signaal in een elektrisch apparaat symboliseert en visualiseert) is zo symmetrisch rond "heuvels" en "valleien" die zich periodiek herhalen.

We kunnen de hoogte van de “heuvels” en de diepte van de “valleien” vergroten (dat wil zeggen de amplitude) of, met andere woorden, “het signaal versterken”, “versterking toevoegen” niet voor onbepaalde tijd.

We zullen het hier niet hebben over het circuitontwerp van de apparaten. Laten we ervan uitgaan dat elk apparaat een fysieke limiet heeft waartoe het apparaat de amplitude van het signaal proportioneel kan vergroten – zonder het te “breken”.

Wanneer de versterking een kritisch punt bereikt en de toegestane waarden overschrijdt, begint het fysieke circuit van het apparaat de "bergen" van bovenaf af te snijden en de "valleien" van onderaf af te snijden.

In technisch jargon wordt dit “analoge clipping” genoemd. In dit geval kan er naast het nuttige geluidssignaal ook piepende ademhaling, ratelend en gekraak uit de luidsprekers komen. In de audiotechniek wordt dit ook wel ‘niet-lineaire vervorming’ genoemd.

Nu kunnen we begrijpen dat het volumeniveau in de muziektechnologie een verandering in de amplitude van het signaal is VOOR de grens waarboven het begint te vervormen. En ‘winst’ kan deze grenzen gemakkelijk overschrijden.

De paradox is dat wanneer de versterking aanzienlijk wordt verhoogd boven de toegestane waarde, de geluidsdruk die wordt gecreëerd door de luidsprekers (waarnaar het verwerkte signaal wordt uitgevoerd) niet altijd toeneemt. Het bovenstaande geldt voor digitale audioverwerking.

Laten we zeggen dat binnen een DAW die het verwerkte signaal naar de geluidskaart stuurt, er bij het knippen en verhogen van de versterking op de virtuele console in de zone van krankzinnige waarden geen echte toename van het volumeniveau optreedt. In de speakers van audiomonitors horen we alleen maar de toevoeging van steeds meer vervorming. Dit komt door de bijzondere weergave van geluid in “digitaal”, waarover we hieronder een paar woorden zullen zeggen.

Laten we voorlopig terugkeren naar ‘negatieve decibels’. Houd er rekening mee dat dB relatieve eenheden zijn die alleen zinvol zijn als ze verband houden met een bepaald referentiepunt.

Bij geluidsopnamen wordt een dergelijk punt beschouwd als het signaalniveau waarboven de vervorming begint. Het wordt aangeduid als “nul”. Alles in de “naar nul”-zone is een signaal zonder clipping, waarvan het niveau in dB wordt aangegeven met een “min”. Alles daarboven is een vervormd signaal met een afsnijding in amplitude (“pieken en dalen”). En ze geven het in dB aan met een “plus”.

Het is gebruikelijk om het volumeniveau in “negatieve” decibel weer te geven op zowel analoge als digitale apparaten. Het is handig en visueel.

Wat gebeurt er met het volume in digitaal?

Bij onze geluidskaarten wordt het analoge signaal eerst licht versterkt door een voorversterker en vervolgens door een analoog-digitaalomzetter (ADC) geleid. Ter vereenvoudiging: dit is wat een ADC doet:

1. 1. Het snijdt een frequentieband af en verwijdert onnodige dingen, bijvoorbeeld geluid onder de 20 Hertz, dat een persoon nog steeds niet kan horen;
   2. De ADC splitst een continu signaal op in een bepaald aantal individuele waarden (sampling en kwantisering), dat wil zeggen dat het onze vloeiende sinusgolf feitelijk verandert in een reeks "kolommen".

De bemonsteringsfrequentie bepaalt het aantal van dergelijke “kolommen”. De kwantiseringsbitdiepte, of ‘bitdiepte’, bepaalt de nauwkeurigheid van elke ‘kolom’-representatie.

Hoe hoger de bemonsteringsfrequentie (meer balken), hoe dichter het digitale signaal bij de oorspronkelijke vloeiende sinusgolf ligt.

De bitdiepte beïnvloedt de nauwkeurigheid van de signaalmeting op een bepaald tijdstip. Hoe meer bits, hoe kleiner de fout. 16 bits voor audio is niet slecht, 24 bits is zelfs nog beter.

• De ADC codeert of ‘digitaliseert’ elke ‘kolom’ en vertegenwoordigt deze als een specifiek nummer met een serienummer.

In onze digitale audiostations wordt fysiek geluid, eerst omgezet in een analoog signaal en vervolgens in een digitaal signaal met behulp van een ADC, een reeks wiskundige abstracties. Het is belangrijk om te begrijpen dat geluid slechts wiskunde is. Er zit geen echt “geluid” in de draden of software.

Het ‘nul’-volumeniveau in een digitaal audiostation, waarboven vervorming begint, is ook voorwaardelijk. Voor een 24-bits ADC-diepte bestaat de “digitale nul” uit slechts 24 binaire “cellen”, die elk de waarde “1” bevatten.

Omdat de 25e en alle daaropvolgende cellen ontbreken, kan een signaal dat de “nul” overschrijdt eenvoudigweg niet in volume toenemen. In plaats daarvan wordt er steeds meer vervorming aan toegevoegd.

Bij het werken met volumeniveaus in digitale audiostations is het belangrijk om vervorming te voorkomen. Omdat het digitale signaal dat wordt verzameld uit de masterbussen van ons audiostation naar een digitaal-naar-analoogomzetter (DAC) wordt gestuurd, die het naar audiomonitors of hoofdtelefoons stuurt. Hier horen we vervorming (clipping), wat duidt op schade aan de audiotrack. Soms kan vervorming prettig zijn, zoals bij het toevoegen van lichte tape-vervorming, die geluidstechnici doelbewust kunnen gebruiken.

Hoe u met volumeniveaus in uw DAW omgaat

Wereldlabels zowel in het Westen als in het Oosten, die geluidstechnici in dienst hebben of contracten met hen sluiten, vragen doorgaans om mixen en stammen van muzikanten zonder mastering met volumeniveaus die op piekmomenten niet hoger zijn dan -6 dB. Ze hebben dit nodig om ‘volumeruimte’ te hebben voor verdere verwerking.

Het is belangrijk om te begrijpen dat we het over pieken hebben, en niet over het gemiddelde geluidsdrukniveau van een soundtrack, dat wordt gemeten in RMS of LUF’s (formele gemiddelde luidheid gecombineerd met waargenomen luidheid).

Logica en ervaring dicteren dat we bij het opnemen van stemmen, live-instrumenten en synths via een geluidskaart het versterkingsniveau op de ingang kunnen regelen en het -dB-niveau in de DAW kunnen zien.

Streef ernaar om ervoor te zorgen dat de pieken van het opgenomen signaal aan de ingang nooit hoger zijn dan -6, -5 dB is acceptabel, en zorg ervoor dat het “inkomen” niet de 0 dB bereikt.

Door virtuele synths en gesamplede instrumenten in uw DAW te gebruiken, kunt u zich een beetje vrijer voelen. Het is echter noodzakelijk dat er altijd een “headroom” in volume is aan de uitgangen van virtuele instrumenten en verwerkingsplug-ins.

Wanneer u in een project een arrangement start, is het raadzaam om de DAW-consolefaders voor alle tracks onmiddellijk op -10, of bij voorkeur -12 dB, in te stellen. Hierdoor ontstaat een volumereserve.

Het is belangrijk om te onthouden dat de soundtrack meestal drama bevat. Er ontwikkelen zich muzikale evenementen, die tot climaxen leiden. En wanneer veel instrumenten tegelijkertijd het forte binnenkomen, zal het totale signaalniveau op de masterbus noodzakelijkerwijs het signaalniveau van een bepaald spoor overschrijden. Daarom moet het label voor eindverwerking (mastering) een bestand opleveren waarin de pieken niet hoger zijn dan -6 dB.

Het is beter om te voorkomen dat je dit niveau op de masterbus tijdens het arrangeren en voormixen overschrijdt, dan om later tijd te verspillen door het niveau van elk nummer te verlagen. U moet zich ook bewust zijn van de mogelijkheid van volumeautomatisering, wat tot extra problemen kan leiden. Het is raadzaam om in de voorlopige mix hetzelfde beeld te krijgen dat oorspronkelijk bedoeld was.

De vrees dat een mix ‘stil’ gaat klinken, is vaak ongegrond. Geluid in een DAW is nooit echt “stil” – het is slechts een wiskundige abstractie. Een labelingenieur die een stengels of droge mix krijgt met pieken van -8 of zelfs -10 dB zal niet teleurgesteld worden. Hij zal zelf alle noodzakelijke aanpassingen doorvoeren.

Wanneer u met volumeniveaus in uw DAW werkt, zijn er een paar regels die u moet volgen waarmee u de meeste problemen kunt voorkomen.