Noise Reduction

Was ist überhaupt "noise" ?

Als "noise", also Geräusch, bezeichnen wir folgende Störquellen:

Geräuschtypen:

Man unterscheidet zwischen zwei Geräuschtypen:
kontinuierlich

rauschen

Brummen

diskontinuierlich

Klick (Schallplatte)

Knistern (Summe aus Klicks)

Bandrauschen

Durch die "zufällige" Ausrichtung der Magnetpartikel bei einem Leerband entstehen geringe Spannungen. Deswegen rauscht das Band.

Kopiereffekte

Das Rauschen nimmt pro Kopie zu:

Abbildung 1 - Kopiereffekt

Anmerkungen zu dB

Wenn man 6db sagt, bezeichnet dies ein logarithmisches Verhältnis, jedoch keine absolute Zahl. Dagegen bedeutet 6 dBu eine Effektivspannung in V

dBu ist bezogen auf 0,775 V

dBv ist bezogen auf 1 V

+6dBu heißt x2

-6dBu heißt /2

Wir messen die Geräuschspannung eines Leerbandes. Unser Meßergebnis beträgt -60 dBu. Das sind ungefähr 0,775 mV.

Man benötigt noch den Studiopegel +4 dBu

Der Geräuschspannungsabstand beträgt 64 dB. Beim Dynamikumfang ist der maximale Pegel z.B. +20dBu.

Der Dynamikumfang ist somit 80 dB.

Zusammenfassend kann man sagen:

Der Geräuschspannungsabstand ist der Abstand zwischen Rauschen und Studiopegel.

Der Dynamikumfang ist der Abstand zwischen Rauschen und maximalem Pegel.

Rauschunterdrückungssysteme für Bandrauschen

Rauschunterdrückungssysteme für Bandrauschen nennt man Kompandersysteme.

Das Signal wird vor der Bandaufzeichnung komprimiert. Bei der Bandwiedergabe wird das Signal expandiert. Gleichzeitig wird auch das Rauschen, welches vom Band kommt, expandiert und somit leiser.

Abbildung 2 Kompander

Das Kompandersystem unterdrückt nur das Bandrauschen, nicht das Rauschen am Eingang.

Verschiedene Kompandersysteme:

Telcom C4

HiCom (HIFI)

Dolby A, SR

Dolby B, C (HIFI)

Das Telcom C4

Dieses System kann bis zu 25 dB Störpegel senken. Bei gut eingemessenen Bandmaschinen kommt man auf einen Geräuschspannungsabstand von 85 dB.

Eine CD hat z.B. einen Dynamikumfang von 92 dB. Zieht man davon noch einen Headroom von 9 dB ab, so hat eine CD einen Geräuschspannungsabstand von 83 dB.

Somit hat man beim Telcom C4 quasi ein CD-Niveau, was das Bandrauschen anbelangt.

Es werden 4 Bänder individuell komprimiert. Die Releasezeiten sind bei jedem Tiefpass unterschiedlich und angepaßt.

Die Kennlinie von Telcom C4

Abbildung 3 Kennlinie Telcom C4

Expander und Kompressor müssen symmetrisch und linear sein. Durch die Linearität können Bänder auf verschiedenen Telcom Maschinen mit unterschiedlichen Nennpegeln benutzt werden (Pegelunabhängigkeit).

Dolby A

Das Kompandersystem Dolby A hat einen 4-Band Kompander:

ab 9 kHz arbeiten 2 Kompressoren gleichzeitig.

Abbildung 4 Dolby A

Das S in der Zeichnung bedeutet Schwelle. Sie verhindert ein überschreiten des Nennpegel von > 10 dB.

Bei z.B. 5 kHz geht das Signal nur durch HP1 mit -10 dB. Das Signal wird auf -4 dB umgewandelt.

Zudem gilt noch eine weitere Regel bei Dolby A:

Die maximale Kompression ist bei f<5 kHz = 10 dB, bei f > 5 kHz = 15 dB.

Die Kennlinie sieht folgendermaßen aus:

Abbildung 5 Kennlinie Dolby A

Die Schwelle S bewirkt das in der Zeichnung sichtbare gerade Stück der Kennlinie bei ca. 0 dB. Die Gradlinigkeit im weiteren Verlauf wird durch die maximale Kompression von -10 bis -15 dB hervorgerufen.

Da die Kennlinie nicht-linear ist, müssen alle Bandmaschinen genau eingemessen sein, wenn man z.B. ein Band auf einer anderen Maschine abspielen möchte.

Vor- und Nachteile von Dolby A

VorteileNachteile
es wird effektiver und weniger komprimiert pegelabhängig
Dolby A unterdrückt gut das Übersprechen einzelner Spuren

Vor- und Nachteile von Telcom C4

VorteileNachteile
arbeitet auch oberhalb 0 dB als

Kompressor (Übersteuerungsreserve)

mehr Komprimierungsgeräusch
Band ist auf versch. Maschinen abspielbar
.gut für Ü-Strecken

Dolby B

Die Kennlinie von Dolby B sieht folgendermaßen aus:

Die Grenzfrequenz des Hochpassfilters ist variabel und richtet sich nach dem Signalpegel. So wird bei kleinen Pegel z.B. alles oberhalb 1 kHz komprimiert.

Dolby SR

Dolby SR ist das beste Noise-Reduction System. Allerdings ist es auch sehr kompliziert und teuer. Die Kennlinie von Dolby SR sieht folgendermaßen aus:


Es gibt 3 Schwellwerte, ab der Signale komprimiert werden. Der Geräuschspannungsabstand ist 90 dB.



















Der Nachteil beim Dolby SR ist, daß dieses Verfahren pegelabhängig ist.

Es gibt 2 zusätzliche Schaltungen:

Anti-Saturation

Diese Schaltung komprimiert Signale über 0 dB und zwar mit 2 Kompressoren:

bei f < 1000 Hz und bei f > 5 kHz

Spectral-Skewing

diese Schaltung korrigiert Pegel und Frequenzgang.

DBX

Das Rauschunterdrückungssystem DBX findet man häufig bei preiswerten Bandmaschinen. Es ist ein primitives System mit nur einem Filter und fester Grenzfrequenz.

Single Ended Noise Reduction

Unter diesem Begriff versteht man die einseitige Noise-Reduction. Es wird also nur wiedergabeseitig angewandt.

Die einfachste Möglichkeit ist ein Tiefpassfilter.

Single Ended Noise Reduction kann Geräusche verringern, die auf der Aufnahme drauf sind.


In der obigen Zeichnung ist ein Filter dargestellt mit pegelabhängiger Grenzfrequenz. Das System mißt die Frequenz des Audiosignals und wählt die Grenzfrequenz so, daß Frequenzen, die im Nutzsignal einen bestimmten Pegel nicht überschreiten, gefiltert werden.

Leise Signale werden also auch gefiltert. Das Problem dieser Methode ist: Hall und Raumgeräusche werden abgeschnitten. Ein Einsatzgebiet wäre z.B. ein stark rauschender Gitarrenverstärker.

Ein anderes Single Ended Noise Reduction System ist das "No Noise" von Sonic Solutions. Es arbeitet digital mit DSP´s.

"No Noise" arbeitet mit 2048 Bandpassfiltern und Expandern. Im Bereich von 0 bis 20 kHz.

Zu erst wird eine Rauschanalyse durchgeführt. Die Rauschanteile werden in einer Spektralanalyse festgehalten und auf die Filter übertragen. Somit werden sehr genau nur die Frequenzen abgesenkt, bei denen das Rauschen auftritt. Zudem werden diese Frequenzen nur soweit abgesenkt, wie es wirklich notwendig ist.

Noise Shaping / Dithering

Damit bezeichnet man die Unterdrückung vom Quantisierungsrauschen.

Das letzte Bit wird mit einem Wert addiert, der ein Rauschen enthält. Somit klingt das Audiosignal nicht mehr so auffällig, rauscht aber dafür stark.

Eine Art des Noiseshapings ist das Bitmapping System von Sony.

Das System trennt die letzten Bits vom Audiosignal ab und führt damit eine Spektralanalyse durch. Das Geräusch wird in der Frequenz verschoben und ist damit weniger hörbar.