Wie wir unter 3.1.2.1.2 erfahren haben, kann die Lautsprechermembran nur bis zu einer gewissen Grenze schwingen, danach wird die Welle abgeschnitten („geclipped“). Wir können nun einen Automatismus bauen, der zu laute Signale rechtzeitig abdämpft. Ein solches Gerät wird in der Tontechnik als Limiter bezeichnet.

Beim Limiter haben wir nun ein Eingangssignal, dessen Lautstärke gemessen wird. Überschreitet sie die zuvor eingestellte Obergrenze, wird alles darüber mit dem eingestellten Reduktionsfaktor zum Referenzpunkt hin gedämpft. (Im Folgenden werden wir bei der Lautstärke mit dB rechnen.)

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Im ersten Beispiel ist die Schwelle 10dB, der Faktor 10 und das Eingangssignal 30dB laut. Seine Differenz zur Referenz beträgt 20dB; der Faktor bestimmt, dass diese Differenz um das 10-fache reduziert werden soll auf 2dB, das heißt vom Eingangssignal muss um -18dB auf 12dB gemindert werden.

Nun führen wir dem Originalsignal, immer wenn es die Schwelle („Threshold“) übersteigt, den Limitierungsfaktor zu (bleibt es darunter, erhält es einfach den Faktor1):

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Beachten wir dabei zwei Aspekte: „env~“ macht eine Durchschnittsrechnung innerhalb der angegebenen Samples, hier immer in einem Zeitfenster von 1024 Samples. Das ergibt eine Verzögerung von 1024/44.1=23.22 Millisekunden, die wir einstellen können. Wir können aber auch die Reduktion schon beginnen lassen, ehe das Signal die Schwelle überschreiten wird, das heißt das Originalsignal noch länger verzögern. In der Signalverarbeitung ist der Fachausdruck dafür „Vorwärtsregelung“. Ist die Verzögerung des Originalsignals geringer bzw. die Verzögerung der Korrektur größer, spricht man von „Rückwärtsregelung“. Dabei kommt es aber kurz zum Überschreiten der Schwelle, ehe die Korrektur einsetzt. Andererseits stellt sich die Frage, in welcher Geschindigkeit die Korrektur vollzogen werden soll und ebenso in welcher Geschwindigkeit nach Rückkher unter die Schwelle wieder zur originalen Lautstärke zurückgekehrt werden soll. Man spricht von „attack“ und „release“-Zeiten.

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Wenn wir nun noch differenzieren zwischen dem Schwellenwert, ab dem eine Korrektur vorgenommen werden soll und dem Referenzpunkt, zu dem hin korrigiert wird, können wir auch einstellen, dass Lautstärken unterhalb des Referenzpunktes zum Referenzpunkt hin lauter gedreht werden, so wie sie oberhalb des Punktes leiser gestellt werden. Solch ein Gerät wird Kompressor genannt:

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Schließt man den Mikrofoninput an den Lautsprecher an, also den „adc~“-Output direkt an den „dac~“und hält dann das Mikrofon an den Lautsprecher, erklingt bald ein Ton (dann schnell das Mikrofon wegnehmen!). Dies liegt daran, dass die Luft immer etwas rauscht, dieses Rauschen dann vom Mikrofon zum Lautsprecher gelangt, aus dem Lautsprecher ins Mikrofon etc. Dabei wird, abhängig vom Abstand zwischen Mikrofon und Lautsprecher, das Signal bei jedem Durchlauf etwas verstärkt. So kommt es dann, je nach Raum, Kabellänge und Latenz im Computer zu verschieden hohen periodischen Tönen, auch „Larsen Tones“ genannt. Zugleich nimmt die Lautstärke sehr schnell extrem zu, da ja ständig weiter verstärkt wird. Das ist der klassische Fall der Rückkopplung, ein Kreislauf, ein rekursives System. Wo immer man mit Mikrofonen und Verstärkung zu tun hat, ist man mit der Gefahr von Rückkopplungen konfrontiert. Dem kann beispielsweise ein dazwischengeschalteter Limiter entgegenwirken.

a) Erstellen Sie einen „Expander“: Schwache Amplitudenunterschiede sollen starke Unterschiede werden!

b) Eine Lautstärkeninvertierung: Leises wird laut, Lautes wird leise.

Mit der Lautstärke können wir auch Raumbewegungen simulieren. Normalerweise haben wir ein Stereo-Lautsprecherpaar und darum zwei Inputs für den „dac~“. Wenn wir nun allmählich mit der Lautstärke zwischen beiden Eingängen wechseln, erleben wir, sofern wir uns genau zwischen den beiden Lautsprechern befinden, wie der Klang zwischen den beiden Lautsprechern hin und her 'wandert'. Dies bezeichnet man als Phantomschallquelle.

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Lautsprecher-Aufstellung:

Hat man z.B. vier Lautsprecher zu einem Quadrat aufgebaut, kann man Kreisbewegungen durch den Raum erzeugen (dazu braucht man natürlich auch eine Soundkarte mit vier separaten Ausgängen; als Argumente kann man dann dem „dac~“ die Inputs angeben):

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Aufstellung:

Auch hier funktioniert der Effekt aber nur dann richtig, wenn man sich genau in der Mitte („sweet spot“) befindet. Zudem hört man im obigen Beispiel noch ein deutliches 'Loch' in der Lautstärke zwischen den beiden Höchstwerten der Lautstärke der jeweiligen Lautsprecher. Hier gilt es zu experimentieren, wie die Überlappung der Lautstärken sein soll, ob linear oder beispielsweise exponentiell (vgl. die Fenstertypen unter 3.9.4). Das muss das Ohr des Komponisten entscheiden.

Um Klicks zu vermeiden, wurde in den vergangenen Kapiteln immer wieder das „Hanning“-Fenster verwendet, das einem Ausschnitt aus der Cosinusfunktion entspricht. Es gibt aber auch noch andere Fenstertypen, mit denen Interessierte hörend experimentieren mögen:

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