Wenn wir Signale bearbeiten, sei es um
- Frequenzgang des Lautsprecher zu korrigieren
- Raumkorrekturen (Studio, HiFi, Kino, VA)
- oder auch in der Produktion (Studio)
stellen wir uns oft die Frage:
Welchen EQ nehme ich denn nun am besten?
Um das ein klein wenig besser zu verstehen und die Entscheidungen zu vereinfachen,
gibt's nun hier eine kompakte, praxisnahe Erklärung für euch
Delay vs. IIR oder FIR:
Ein FIR (linear-phasig) hat viele Vorteile, erhöht aber die Latenz (Delay) des gesamten Signals und frisst oft ordentlich CPU-Last,
je tiefer die Frequenz, desto weniger sinnvoll werden FIR-Filter.
Das durch einen einfachen IIR EQ erzeugte "Delay" ist, wenn man net völlig ausrastet, verschwindend gering und zu vernachlässigen, da wirkt ein steiler Filter wesentlich mehr.
Ein IIR ist für eine Erhöhung der Gruppenlaufzeit (Frequenzabhängig) verantwortlich
und entspricht somit keinem klassischen Delay, ist also völlig anders zu bewerten.
EQ sorgen für sogenanntes Ringing*, welches ebenfalls nicht so tragisch ist,
solange man hier keine massiv großen Eingriffe (vor allem mega schmalbandig) vornehmen muss,
dennoch gilt allgemein die Regel: Lieber EQ ziehen statt reinschieben, gerade was Ringing betrifft.
Primär wenn Transienten wichtig sind, nutzen wir lieber IIR statt FIR (linear-Phase),
da post-Ringing wesentlich natürlicher klingt als Pre-Ringing (was auch massiv CPU frisst).
Der beste Weg wären hier Mixed-Phase-Filter: IIR im Bassbereich und obenrum dann FIR.
* Ringing bezeichnet das künstliche Nachschwingen eines Filters,
nachdem der eigentliche Ton oder Anschlag bereits vorbei ist.
Es entsteht physikalisch durch die Phasenverschiebung des EQs, welche die zeitliche Hüllkurve des Signals verändert.
Je schmalbandiger (hoher Q-Faktor) oder steiler ein Filter eingestellt ist, desto länger und hörbarer zieht der EQ diese betroffene Frequenz in die Länge.
Damit wir uns überhaupt was in Zahlen vorstellen können, werfen wir mal zwei davon ein.
Beispielsweise ein 60Hz Q3.0 -3dB EQ, wird eine negative Gruppenlaufzeit von ca 7ms bewirken.
Ein Shelfing EQ mit 12dB/Okt. dagegen eher nur 1,2ms (deswegen auch super für Raumwinkelkorrekturen im Bass)
• Kleine Erklärung zur Gruppenlaufzeit und Zeiten:
Die Gruppenlaufzeit ist eine Phasenverformung und kein klassisches "Delay auf dieser Frequenz".
Ein (hypothetisch) klassisches Delay würde die entsprechende Frequenz, völlig unverändert um z.B. genau 7ms verzögern.
Die GD (Group Delay im englischen) verbiegt dagegen die Phase, quasi um die Lautstärke zu ändern, die Hüllkurve wird gestaucht.
Unser Gehör reagiert extrem empfindlich auf echte Zeitverzögerungen (Ortung von Schallquellen, Haas-Effekt).
Eine frequenzabhängige Gruppenlaufzeit eines EQs nehmen wir hingegen bei üblichen Werten
(wie den ~7 ms bei dem 60Hz EQ) überhaupt nicht als Verzögerung wahr.
Da es sich im Bassbereich abspielt und die Wellenlängen dort ohnehin riesig sind, merkt das Gehirn die Phasenverschiebung im Grunde gar nicht.
Das Einzige, was man bei extremen EQ-Boosts hört, ist ein „weicher“ oder „schwammiger“ Bass,
weil die Frequenz künstlich verlängert wird, die Betonung liegt hier aber auf extrem 😉
Beim EQ-Ziehen hingegen kann das Signal dafür noch trockener wirken, da es quasi viel schneller abklingt,
Transienten bleiben allerdings erhalten, übertreibt man es könnte der Bereich stattdessen "steril" wirken.
Kurzum:
Bissel EQ macht hörtechnisch sehr wenig aus, oftmals nicht mal wirklich hörbar,
übertreibt man es aber, sieht die Sache anders aus 😉
Es bleibt aber die Regel: Lieber EQ ziehen, als was reinzuschieben.
• Um das Ganze mal an einem konkreten Praxisbeispiel aufzuzeigen:
Nehmen wir an, wir haben eine fette Raumüberhöhung (oder durch Raumwinkel) unserer Studiomonitore
bei 45 Hz von +4 dB.
Wie reagieren verschiedene EQ-Arten im Zeitbereich darauf?
• Methode A:
Der klassische IIR-Peak-EQ (45 Hz, Q3, -4dB)
- Verhalten: 0 ms System-Latenz,
aber eine negative Gruppenlaufzeit (GD) von ca. -7 bis -9 ms direkt bei 45 Hz.
- Effekt: Sehr präzise.
Da es ein Cut ist, wirkt die negative GD dem Nachhall des Raums entgegen. Der Bass wird knackiger und trockener.
• Methode B:
Der IIR-LowShelf (30 Hz, 18 dB/Okt, -8dB)
- Verhalten: Ebenfalls 0 ms System-Latenz,
aber die Phase wird so fließend gebogen, dass bei 45 Hz fast gar keine Gruppenlaufzeit entsteht (nur ca. -1 bis -2 ms).
- Effekt: Maximal phasenschonend und extrem unauffällig. Allerdings senkt ein Shelf breitbandig ab,
er zieht also auch Frequenzen mit runter, die vielleicht gar kein Problem waren,
dafür kann das eine Lösung für alles unterhalb einer Frequenz sein.
Dieses Beispiel wäre für quasi die unterste Frequenz die Probleme macht, unsere Box spielt aber gar nicht unterhalb 45Hz (also unterhalb der Erhöhung), somit setzen wir den Shelf tiefer an, damit er oberhalb der 45Hz gar nicht mehr viel tut und wir quasi mit dessen Rolloff absenken (deswegen auch -8dB als Beispiel)
• Methode C:
Der FIR-EQ (Linear-Phase)
- Verhalten: 0 ms Gruppenlaufzeit (die Phase bleibt perfekt gerade),
dafür sorgt er aber für eine massive System-Latenz (oft weit über 50 ms im Bassbereich).
- Effekt: Im tiefen Bassbereich die absolut falsche Wahl.
Um bei 45 Hz zu greifen, erzeugt FIR hier ein extrem langes, unnatürliches Pre-Ringing.
Die Kick-Drum verliert völlig ihren Punch und "schmiert" von vorne an.
Zudem verzögern wir das gesamte Signal, was zu Problemen bei genauen Arbeiten in der DAW führen kann,
oder im Beispiel Heimkino: Wir müssten unser Bildsignal verzögern.
• Praxisnahe Auswirkungen/Hörbereich
Im tiefen Bassbereich unter 100 Hz ist das menschliche Gehör extrem tolerant gegenüber Phasenverschiebungen.
Als wissenschaftlich und praktisch anerkannte Hörbarkeitsschwelle** für positive Gruppenlaufzeiten gilt im Bassbereich ein Wert von ca. 10 bis 20 Millisekunden.
Als grobe, praxisnahe Faustregel in der Akustik gilt:
Das Group Delay (GD) wird meistens dann hörbar, wenn es die Dauer von 1 bis 2 vollen Schwingungszyklen (Periodendauern) der jeweiligen Frequenz überschreitet.
**
Blauert & Laws - Verzögerungen bei der Gehörwahrnehmung
Dr. Anselm Goertz - Studien aus 2001
Aalto-Universität & Genelec - AES: Audibility of Loudspeaker Group-Delay Characteristics
Dick Mitchell - Psychoakustische Studien für Lautsprechergehäuse
Genauere Beispiele diesbezüglich:
- Bei 200 Hz:
Die Periodendauer beträgt nur 5 ms.
Das GD wird hier bereits ab ca. 2 bis 3 ms (im realen Raum aber eher ab ca. 4 bis 5 ms) als unpräziser wahrgenommen. Je höher die Frequenz, desto empfindlicher reagiert unser Gehör auf Phasenfehler, da das Timing im Grundtonbereich (z. B. Snare/Toms, E-Bass Obertöne oder der untere Bereich der Männerstimmen) extrem wichtig für das Gehirn ist.
Ein negativer IIR EQ kann hier ein Geheimtipp sein um das Signal "straffer" zu machen, damit dieser Bereich weniger in den Vordergrund tritt.
- Bei 100 Hz:
Die Periodendauer beträgt 10 ms. Das GD wird ab ca. 10 bis 15 ms wahrnehmbar.
- Bei 50 Hz: Die Periodendauer beträgt 20 ms. Das GD wird ab ca. 20 bis 30 ms als "weicher" oder unpräziser wahrgenommen.
- Bei 30 Hz: Die Periodendauer beträgt ca. 33 ms. Hier liegt die Schwelle oft erst bei über 40 bis 50 ms.
Mit dieser "Faustregel" kann man also flott überschlagen, welchen EQ wir wo und wieviel setzen können,
bis es wirklich klanglich kritisch wird.
Je höher der Gain des EQ, oder je schmalbandiger, desto kritischer wird's.
Regel:
Je Verdopplung des Gain (in dB), entspricht auch einer Verdopplung der Gruppenlaufzeit. (3dB auf 6dB, 6dB auf 12dB, 12dB auf 24dB)
• Speziell zur Raumkorrektur:
Warum man Frequenzauslöschungen eher nicht anheben sollte:
Wenn man seinen Raum misst und bei z. B. 60 Hz ein tiefes Loch (einen Dip) im Frequenzgang sieht,
ist der erste Impuls oft: "Da hebe ich einfach mit einem EQ um +6 dB an, dann misst sich das wieder flat!"
Ein solcher Dip entsteht im Raum fast immer durch Auslöschungen (Phasendrehungen durch Reflexionen von Wänden oder Decke).
Wenn man an dieser Stelle mehr Energie in den Raum schiebt, erhöht sich an der Wand auch die Energie der Reflexion,
das Loch bleibt physikalisch exakt gleich tief.
Das Einzige, was man damit erreicht:
Man bringt die Endstufe ans Limit (Merke: Je +3dB = Jeweils doppelte zugeführte Leistung)
und erzeugt durch den massiven positiven Gain ein extrem hohes Group Delay (mit hohem Post-Ringing).
Der Bass wird an anderen Stellen im Raum völlig schwammig, während am Hörplatz das Loch quasi bestehen bleibt.
Regel: Raummoden (Spitzen) zieht man per IIR-Cut(EQ rausziehen) flach.
Auslöschungen (Löcher/Dips) ignoriert man per EQ komplett und bekämpft sie ausschließlich durch Umstellen der Boxen/Subwoofer oder durch akustische Dämpfung.
Mit Frequenzen darüber ist das zwar wesentlich unkritischer, aber auch hier sollte man die Regel weitestgehend beachten,
ein kleines Loch kilngt oft besser, als wenn dieses geglättet wird, auch wenn die Messung dann net so prickelnd ist.
Raum-Korrektur vs. Lautsprecher-Korrektur:
Man muss strikt trennen, WAS man korrigiert:
1. Der Lautsprecher an sich:
Wenn die Box ab Werk einen unsauberen Frequenzgang hat, korrigiert man das im Freifeld idealerweise mit einem FIR-Filter (Linear-Phase).
Da das Pre-Ringing bei höheren Frequenzen (Mitten/Höhen) extrem kurz ist, überwiegt hier der Vorteil der perfekten Phase.
2. Der Raum (unterhalb der Schröderfrequenz / im Bass):
Hier kämpfen wir gegen die Physik des Raumes (Moden).
Da der Raum selbst wie ein IIR-Filter nachschwingt (Resonanz), ist der IIR-Cut das mathematisch perfekte Werkzeug,
weil er zeitlich und tonal exakt invers zum Raum arbeitet.
3. Das Gesetz der ersten Wellenfront (Präzedenz-Effekt):
Bei einer Raumkorrektur per Mikrofon müssen wir die Psychoakustik im Hinterkopf behalten.
Unser Gehör besitzt eine zeitliche Fensterung:
Es wertet den eintreffenden Direktschall (die erste Wellenfront) getrennt von den späteren Raumreflexionen aus.
Dadurch können wir die Klangfarbe des Lautsprechers und die Richtung der Ortung stabil wahrnehmen,
selbst wenn der Raum drumherum mitklingt.
Ein normales Messmikrofon kann das allerdings nicht ohne Weiteres.
Vor allem einfache, automatische Einmesssysteme summieren starr das kombinierte Ergebnis aus Raum und Direktschall über einen längeren Zeitraum auf.
Was passiert also bei einer rein amplitude-basierten Korrektur via EQ?
Wir verbiegen den Direktschall des Lautsprechers künstlich, damit die Summe aus verbogenem Direktschall und Raumreflexionen am Mikrofonplatz mathematisch wieder eine gerade Linie ergibt.
Das Problem dabei:
Da unser Gehör den Direktschall separat auswertet, hören wir nun einen verfälschten Lautsprecher!
Die Ortung leidet und der Klang wird oft massiv verfärbt.
Deshalb gilt die goldene Regel:
Je höher die Frequenz, desto weniger sollte man den Raum per EQ korrigieren.
Ab dem Mitteltonbereich bekämpft man Reflexionen ausschließlich physisch (Early Reflections bedämpfen/diffundieren).
Elektronische EQs sind primär im Tiefbass (unterhalb der Schröderfrequenz) die beste Wahl,
da der Raum dort im Zeitbereich so extrem lange mitschwingt,
dass Direktschall und Raumklang für das Gehör verschmelzen.
Mein Tipp für die Praxis:
Reine Raummoden (Dröhnfrequenzen im Bass) kann man via IIR-EQ wunderbar zähmen.
Alles, was darüber hinausgeht, insbesondere die Early Reflections im Mittel- und Hochtonbereich,
sollten wir definitiv akustisch oder mechanisch in den Griff bekommen (Lautsprecher umstellen, Ausrichtung anpassen, Absorber und/oder Diffusoren).
Hinweis zu extrem nahen Flächen (z. B. der Schreibtisch oder die Reflexionen bei Eckaufstellung):
Befinden sich reflektierende Flächen extrem nah an der Box, ist der zeitliche Abstand der Reflexion so winzig,
dass unser Gehirn sie rein von der Ortung her kaum noch vom Direktschall trennen kann.
Das Problem hier ist jedoch kein Nachhall, sondern ein Kammfilter-Effekt (Auslöschungen und Peaks im Frequenzgang), der den Klang verfärbt.
Der beste Weg ist und bleibt hier zwar die mechanische Optimierung (Ausrichtung oder Absorber).
Dennoch kann man hier, wie ich finde, ebenfalls sehr gut den EQ ansetzen, zumindest, wenn man gezielt störende Peaks "zieht",
um den Entsprechenden Frequenzen die nervige Energie zu nehmen.
Ich hoffe mit diesem kurzen Beitrag konnte ich einigen weiterhelfen den passenden EQ für die jeweilige
Anwendung zu finden, was vor allem im Thema "Raumkorrektur" wichtig sein dürfte.
• Wie sind eure Erfahrungen mit entsprechenden EQ, besonders bei der Raumkorrektur?
• Wie sieht in das im Bereich Produktion?
• Sehr spannend wird das Thema auch im Bereich Live-Mixing? (Auch wenn man da eher selten FIR hat, aber heute wird auch gerne extern Signal bearbeitet und wieder zurückgeführt)
Gerne können wir das Thema auch etwas vertiefen wenn spezielle, weitere Fragen anstehen sollten.
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