Lassen Sie uns über einige Grundlagen von Audio für Radio sprechen

Es ist wichtig, Audio zu verstehen, da es in den Einrichtungen, an denen wir arbeiten, verwendet wird

Von Mark Persons

Vor dem Aufkommen des Radios gelangte der Ton über kurze Distanzen von den Lippen zu den Ohren. Der Rundfunk hat dies geändert, indem er Elektronik zur Übertragung von Audio über große Entfernungen eingesetzt hat.

Wie Sie wissen, beginnt es mit einem Mikrofon. Dieses clevere Gerät wandelt mechanische Schallenergie von Vibrationen in der Luft in elektrische Energie um. Es ist keine Zauberei, sondern nur gute Grundlagenwissenschaft.

Ich werde nicht auf die vielen Mikrofontypen eingehen, aber es ist wichtig zu verstehen, dass Rundfunktechniker mit Ton wie Elektrizität umgehen müssen.

In der analogen Audiowelt haben Mikrofon und Programmaudio eine sehr niedrige Wechselstromspannung (AC). Normalerweise denken wir an einen Audiofrequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz, aber aus praktischen Gründen geht FM-Audio auf nur 15 kHz, während AM 10 kHz beträgt. Ein typisches dynamisches Mikrofon hat eine Ausgangsleistung von –50 dBm. Das sind 50 Dezibel unter 1 Milliwatt Leistung. Es ist so klein, dass ein Verstärker erforderlich ist, um es auf einen Pegel zu bringen, mit dem man arbeiten kann.

Röhren- und dann die frühen Transistor-Audioverstärker führten zu unerwünschten Artefakten wie Rauschen und Verzerrungen, die den Klang verfärbten. Heutzutage verfügen wir über wunderbare Elektronik, die dafür sorgt, dass die Audioqualität unverfälscht klingt – vorausgesetzt, alles ist richtig eingerichtet und bedient. (Siehe meinen Artikel über Audiopegel.)

Nur ein Gerät in einer Audiokette kann bei falscher Einstellung den Klang verschlechtern/verderben. Danach lässt sich das Problem fast nicht mehr beheben.

Heutige Rundfunk-Audiogeräte haben normalerweise einen Bereich von 90 dB oder mehr zwischen dem Restrauschen, dem so genannten Grundrauschen des Geräts, und der Spitzenbegrenzung. Audiosignale zwischen diesen beiden Grenzwerten werden sauber verstärkt. Vor der Deregulierung verlangten die FCC-Vorschriften, dass FM-Rundfunk-Leistungsnachweise einen Dynamikbereich von mindestens 60 dB zwischen 100 % Modulation und Rauschen zeigen mussten. Bei AM waren es nur 45 dB.

Ich habe darüber schon einmal geschrieben, aber es lohnt sich, es zu wiederholen. Das typischste Beispiel für eine schlechte Audiowiedergabe ist die Einstellung zu hoher Pegel. Sie haben es gesehen, wenn Ansager Aufnahmen machen oder eine Show steuern. Begeisterte Betreiber glauben oft, dass „mehr besser ist“, wenn es um die Einstellung der Audiopegel geht. Sie drehen es auf, sodass die VU-Meter in den roten Bereich gehen, um es lauter zu machen!

Abb. 1 zeigt ein Oszilloskop mit Sprach-Audio, bei dem die Spannung ansteigt und abfällt. Sie werden feststellen, dass die Spitzen von zwei der positiven Spitzen abgeschnitten sind und dass es bei den negativen Spitzen zu einer geringeren Beschneidung kommt. Audio, das eine höhere Spannung erzeugen sollte, wurde durch die Fähigkeiten des Geräts, es wiederzugeben, gestoppt. Das bedeutet, dass im endgültigen Mix dann Audioteile fehlten, weil der Ton die Spitze-zu-Spitze-Spannungskapazität des Geräts überschritten hat. Die Tonqualität ist jetzt beeinträchtigt.

Wenn das Grundrauschen so niedrig ist, besteht keine Notwendigkeit für diese Art von Audio-Fehlbehandlung.

Führen Sie Audio bei einer Aufnahme bewusst in die roten Zahlen und darüber hinaus. Sie werden den Brei hören, zu dem es wird. Wertvolle Audioinformationen gehen verloren und es klingt einfach schlecht. Nicht alle hören den Beginn des Clippings, bei dem Audiospitzen fehlen. Zuhörerinnen sind in der Regel die ersten, die Probleme bemerken. Sie wissen nicht, was es ist, aber Tuneout ist die Folge.

Bei digitalem Audio tritt das gleiche Problem auf, da analoges Audio in digitales umgewandelt wird. Eine Übersteuerung des Eingangs zu einem Analog-Digital-Wandler führt zu Spitzenverzerrungen.

Gerade bei Talkshows mit mehreren Mikrofonen kann das Gegenteil passieren. Gäste sprechen oft leise. Der Host oder Bediener kann gut hören, aber Zuhörer, insbesondere in lauten Autos, haben Probleme mit dem Hören. Autopassagiere kommen nicht in den Genuss aufgedrehter Studio-Headsets. Straßenlärm neigt dazu, Radiostimmen zu überdecken. Es gibt einen weiteren Ausstieg.

Der Ton einer analogen Rundfunk-Audiokonsole ist hoch genug, um zu hören, wenn Sie ein Headset über die Audio-Ausgangsanschlüsse oder an eine beliebige Stelle in einer Audiokette vor der Audioverarbeitung stecken. Ich hatte immer einen herkömmlichen Telefonhörer mit Krokodilklemmen dabei, um Probleme in den Audiopfaden abzuhören und zu finden. Heutige Headsets mit einer Impedanz von 4 bis 32 Ohm sind nicht so geeignet wie ältere Headsets mit hoher Impedanz (600 Ohm oder mehr), die den Ton auf einer Leitung, an die sie angeschlossen sind, nicht stark belasten und reduzieren.

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Per Definition sind 0 dBm 1 Milliwatt. Das und +4 dBm (2,5 Milliwatt/0,0025 Watt) ist der Audioausgang der meisten analogen Audiokonsolen heute.

Eine kleine herkömmliche Taschenlampe (Glühlampe) verbraucht möglicherweise 1 Watt Strom. Im Vergleich sieht man, dass die Audioleistung in Sendeanlagen sehr gering ist. Die Ausnahme bilden Studiomonitorlautsprecher, die viele Watt leisten. Der Ton einer Beschallungsanlage hat möglicherweise genug Leistung, um eine große Glühbirne zum Leuchten zu bringen.

Der Rundfunk-Audiopegel wird in dBm an einer 600-Ohm-Last gemessen. Dieser Standard geht auf die Zeit zurück, als Audio über eine spezielle Telefonleitung von einem Studio an einen Senderstandort gesendet wurde. Unter Bezugnahme auf meinen früheren Artikel „Ohms Law Answers Your Questions“ können wir Spannung und Strom berechnen. Wenn wir zwei elektrische Parameter kennen, können wir nach dem dritten auflösen.

In diesem Fall beträgt 1 mW an einer 600-Ohm-Last 0,775 Volt. Sie können das nicht mit einem Multimeter messen, da die Audiospannung von null Volt ohne Ton bis zu einem deutlich höheren Wert bei Sprache oder Musik schwankt. Glücklicherweise gibt es in Audiokonsolen und digitaler Aufnahmesoftware integrierte Messgeräte. Diese Messgeräte sind so kalibriert, dass sie anzeigen, ob die Audiopegel korrekt sind. Verlassen Sie sich bei der Audioanpassung auf sie und nicht auf Ihre Ohren. Ihre Ohren können schlecht beurteilen, wie laut oder leise ein Ton ist.

Bis in die frühen 1980er Jahre war die Impedanzanpassung ein großes Problem bei der Audioverarbeitung. Die Verstärkung war mit Röhren- und Transistorschaltungen teuer zu erreichen. Audiotransformatoren waren eine beliebte Wahl, um die Impedanz zu ändern und wertvolle Audiosignale von einem Gerät zu einem anderen in der Sendekette zu koppeln. Integrierte Schaltkreise mit Operationsverstärkern lösten das Problem, indem sie zu geringen Kosten eine Verstärkung mit hochohmigen Eingängen und niederohmigen Ausgängen bereitstellten.

Für den Zweck dieser Diskussion kann man sich die Audioimpedanz hauptsächlich als Widerstand vorstellen. Es ist das, was Sie in einem Widerstand haben. Die Audioimpedanz kann eine gewisse induktive oder kapazitive Reaktanz enthalten, aber das ist normalerweise kein Faktor, es sei denn, sie wird absichtlich hinzugefügt.

In einigen älteren Installationen sind möglicherweise noch Audiotransformatoren vorhanden, um Audio von einem Ort oder Gerät an einen anderen zu koppeln. Der Frequenzgang kann schlecht sein, wenn der Transformator einen bestimmten Lastwiderstand nicht erkennt. Niedrige und hohe Frequenzen liegen möglicherweise nicht mehr auf dem gleichen Niveau wie 1 kHz im mittleren Bereich und könnten seltsam klingen. Das andere Problem besteht darin, dass alle Audiotransformatoren den Ton etwas verfälschen. Was aus einem Transformator kommt, ist nicht genau das, was hineingegangen ist.

Transformatoren werden traditionell zur Lösung von Brummproblemen im Audiobereich eingesetzt. Sie können Erdspannungsunterschiede zwischen zwei Geräten ignorieren. Dies kann sogar innerhalb eines Studios zwischen zwei Geräten passieren.

Ein Fehler bei Transformatoren kann auftreten, wenn ein Transformator direkt an einen anderen angeschlossen wird. Die Folge kann ein schlechter Frequenzgang sein. Ich erinnere mich an eine unerwünschte Bassanhebung um 4 dB bei etwa 150 Hz, als das passierte. Alles, was benötigt wurde, war ein 3-dB-Widerstands-Audiopad dazwischen, um zu verhindern, dass die Transformatoren „elektronisch“ miteinander kommunizieren.

Audiotransformatoren können einen schlechten Frequenzgang aufweisen, wenn sie nicht oder nicht ordnungsgemäß terminiert sind (Abb. 2). Wenn eine Audiokonsole über einen Ausgangstransformator verfügt, sollten Sie darauf achten, dass dieser die angegebene Lastimpedanz aufweist, die normalerweise 600 Ohm beträgt. Wenn das Gerät, das es speist, eine Eingangsimpedanz von 600 Ohm hat, ist das in Ordnung. Wenn es ein 10.000-Ohm-Überbrückungsgerät wie einen Digitalrecorder speist, braucht es ein wenig Hilfe. Schließen Sie einen 620-Ohm- oder 680-Ohm-Widerstand an die Ausgangsklemmen an. Der Gesamtwiderstand liegt nahe genug bei 600, um den Transformator zufrieden zu stellen. Die Leistung ist so gering, dass ein Viertel-Watt-Widerstand für die Anwendung ausreichend ist.

Abb. 3 zeigt einen Audiotransformator, der mit einem Halbwatt-Widerstand abgeschlossen ist. Wenn Sie rechnen, haben sechzehn 10.000-Ohm-Lasten einen kombinierten Parallelwiderstand von 625 Ohm. Es klappt.

Eine analoge Audiokonsole ohne Transformatoren könnte eine Ausgangsimpedanz (Quellenimpedanz) haben, die niedrig genug ist, um Audio an ihren Ausgangsanschlüssen zu liefern, sodass eine 600-Ohm-Last ohne Probleme an sie angelegt werden könnte. Viele Konsolen haben heutzutage Ausgangsimpedanzen von nur 50 Ohm. Die Konsole muss keinen Abschlusswiderstand sehen. Audio kann von dort an mehrere Standorte geleitet werden, wenn diese Geräte eine Eingangsimpedanz von etwa 10.000 Ohm haben. Bis zu 50.000 Ohm sind in heutigen Geräten üblich. Das heutige aktive symmetrische Audio löst Probleme ohne Audiotransformatoren.

Abschließend gilt: Hüten Sie sich vor Audio-Fallstricken. Kennen und verstehen Sie Audio in den Einrichtungen, an denen Sie arbeiten. Radio ist darauf angewiesen, die Zuhörer zu halten. In meinem nächsten Artikel werde ich mich mehr mit der Wissenschaft des Broadcast-Audio befassen.

Lesen Sie Teil 2 der Reihe von Mark Persons über Audio-Grundlagen: „Let's Connect Audio in a Studio“

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Der Autor, WØMH, ist ein SBE-zertifizierter professioneller Rundfunkingenieur, der nach mehr als 60 Jahren in der Rundfunktechnik, davon 44 Jahre in der Wirtschaft, nun im Ruhestand ist. Er begann im Alter von 11 Jahren damit, an den Reglern von Rundfunksendern zu drehen, und bleibt aktiv, indem er vier Rundfunkingenieure betreut. Er ist Mitglied des National Radio Systems Committee und Träger des John H. Battison Award for Lifetime Achievement der Society of Broadcast Engineers. Seine Website ist www.mwpersons.com.

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