Loudness Messung endlich verständlich!

All diese Bezeichnungen haben mich früher wahnsinnig gemacht. Und als ich dachte, ich hätte es endlich begriffen, kam irgend jemand um die Ecke und sprach von einer neuen Einheit zur Audio-Messung. Weshalb brauchen wir so viele Einheiten? Sind die meisten nicht fast dasselbe?

Eigentlich ist es ja klar: Um die Pegel eines Audiosignals messen und darstellen zu können brauchen wir eine genormte Einheit. Die Grösse, die wir benutzen heisst Dezibel (dB, 1/10 Bel). Das ist eine logarithmische Einheit, die nach dem Erfinder und Grossunternehmer Graham Alexander Bell benannt wurde.

dB (Dezibel)

Die Einheit beschreibt das Verhältnis zwischen zwei Pegeln. Die Grösse dB bezieht sich immer auf einen Referenz-Wert. 6dB Anhebung bedeutet den doppelten Schalldruck Pegel (SPL = Sound Pressure-Level).

Ein Audiosignal mit doppelter Amplitude gegenüber einer Referenz ist also um 6dB lauter. Erhöhst du die Lautstärke um 12dB ist erzeugst du ein Signal, das viermal so laut ist wie die Referenz [(X*2)*2 = X*4]. Bei einer Anhebung von 18dB erzeugst du die achtfache Amplitude.

Überträgt man das auf den effektiven Schalldruck im Raum, sieht es ein wenig anders aus. Eine Verdopplung der gefühlten Lautstärke entspricht etwa 10dB. Die ist wiederum abhängig von der Fletscher Munson Kurve. Eine Verzweifachung der gefühlten Lautstärke im hörempfindlichsten Bereich beträgt weniger als 10dB, eine gefühlte Verdoppelung in den Bässen mehr.

Fletcher Munson Kurve

dBFS

Dezibel relative to Full Scale (dBFS) zeigt den Pegelunterschied zwischen einem Pegel und einer nicht überschreitbaren Obergrenze, z.B. digital 0. Eine Audiodatei mit einer Lautheit von -6dBFS kannst du nochmals doppelt so laut machen, ohne ins digitale Clipping zu kommen.

RMS

Root Mean Square (Quadratisches Mittel) ist die Einheit der mathematischen Durchschnittslautstärke. Es wird zur Messung der mittleren Lautheit eingesetzt, z.B. bei Kompressoren und Bandmaschinen, teilweise auch bei Mischpulten und Analyser. RMS ist der Einheit LUFS nicht unähnlich. Da sie aber rein rechnerisch ermittelt wird, entspricht sie nicht genau der gefühlten Lautstärke. Die RMS kannst du mit einem VU-Meter messen.

Peak vs. RMS

LUFS

Loudness Unit relative to Full Scale ist im Grunde genommen dasselbe wie dBFS wird jedoch für die Messung der gefühlten Durchschnittslautstärke (nicht RMS) gegenüber digital 0 verwendet. 1 LU entspricht 1dB. Diese Grösse benutzen wir um die Lautheit eines Audiosignals anzuzeigen.

Bei der LUFS Messung spielt wieder die Fletcher Munson Kurve eine Rolle. Die Messung ist auf unser Gehör angepasst. Der Durchschnitt ist nicht mathematisch berechnet, sondern entspricht der effektiv gefühlten Lautstärke.

Dabei gibt es drei verschiedene Arten die LUFS zu messen:

• Short Term Loudness -> Gemessen innerhalb von 3sek
• Momentary Loudness -> Gemessen innerhalb von 400ms 
• Integrated Loudness -> Gemessen über die gesamte Audiodatei

Crest Factor – Peak to Short Term Loudness (PSR)

Der Crest Factor zeigt die Differenz im Pegel zwischen der gefühlten Durchschnittslautstärke (LUFS Short Term) und den Pegelspitzen an. Sie beschreibt also die Dynamik des Audiomaterials. Je höher der Crest Factor ist, desto dynamischer und durchschlagskräftiger, aber auch gefühlt leiser ist die Musik. Die Kunst beim Mastering liegt darin einen gesunden Kompromiss zwischen Crest Factor und Lautheit zu finden.

dBu

dBu ist ein Bezugspegel in der Elektrotechnik. 0 dBu entsprechen 0.775V in einem analogen Audiosystem (Mischpult, 19“ Hardwaregeräte, Pre-Amps, etc.). Der internationale Bezugspegel beträgt +4dBu was einer Spannung von 1,228V und einer digitalen Aussteuerung von -9 dBFS entspricht.

Die EBU  (European Broadcasting Union) und die ARD (Arbeitsgemeinschaft der öffentlich-rechtlichen Rundfunkanstalten der Bundesrepublik Deutschland) benutzen für den Bezugswert +6dBu, was einer Spannung von 1.55V entspricht.

R128

Die R128 Norm wurde von der EBU definiert, um die Lautheit im Kino und TV Bereich einheitlich zu halten. Sie soll unter anderem verhindern, dass die Werbeeinblendungen während der Fernsehübertragungen lauter sind als der Film selbst. Das ist wichtig für die Kinos, damit die Lautstärke jedes Vorführungsraums gleich laut eingestellt werden kann. Ansonsten wären wir wieder beim Loudness War und jedes Kino würde versuchen ein bisschen lauter zu sein als das andere. Für die R128 Norm wird die Integrated Loudness verwendet. Das heisst ein gefühlter Durchschnittspegel über das gesamte Audiomaterial. Sei es ein Pop Track, ein Klassisches Orchester oder ein die Audiospur eines Spielfilms. Der Zielwert für die Lautheit bei R128 ist -23dBFS ±1dB mit einem True Peak Headroom von 1dBFS.

Ein Wort zu den Streaming Diensten

Streaming ist die Art heutzutage Musik zu konsumieren. Der grösste Teil des privaten Musikkonsums läuft heutzutage über das Streaming und es wird auch sicher in nächster Zeit so bleiben. Unter Streaming Diensten verstehen wir digitale Plattformen, die es erlauben Musik in Echtzeit anzuhören, ohne diese besitzen zu müssen.

Das Hören der Musik wird also gemietet. Entgegen dem klar definierten Musikprogramm des Internet Radios, kann der Hörer bei den Streaming Plattformen das Genre und die Reihenfolge der Songs selbst bestimmen.

Da du bei diesen Streaming Anbietern deine Playlists selbst zusammenstellen kannst, ist es notwendig, dass alle Musikstücke gefühlt gleich laut klingen. Deshalb reduzieren (normalisieren) die Dienste die Pegel aller Tracks individuell, damit die Lautheit über den ganzen Musikkatalog konstant bleibt. Ansonsten wäre es nicht möglich das White Album von den Beatles und 1989 von Taylor Swift in derselben Playlist zu haben, ohne dauernd den Lautstärkeregler betätigen zu müssen.

Jede Streaming Plattform hat eigene LUFS Werte für die Musikwiedergabe definiert. Die Bekanntesten Audio Streaming Plattformen sind:

• Spotify | -14 LUFS
• YouTube | -14 LUFS
• Soundcloud | Keine Normalisation
• Apple Music | -16 LUFS
• Tidal | -14 LUFS
• Pandora | -16 LUFS

Alle Loudness-Angaben beziehen sich auf die integrierte Lautheit des gesamten Audiofiles.

Die Lautheits-Messung ist keine Hexerei

Wichtig ist es, dass du nicht vergisst, das die Messung immer einen Bezugspunkt braucht. Dezibel beschreibt ein Verhältnis. Möchtest du mehr über die Mathematik hinter, die der Einheit «Dezibel» wissen, besuche diesen Wikipedia Artikel.