Special: Der Raumerzeuger
Kaum eine Musik-Produktion kommt ohne ihn aus, er verleiht Filmen Raum-Effekte und lässt Live-Vocals in Hall-Fahnen verschmelzen. Der Hall gilt als einer der wichtigsten Effekte in der Audio-Produktion. In diesem Special widmen wir uns deshalb ganz dem Hall-Effekt.
Warum ist der Hall-Effekt überhaupt so wichtig? Das Gehör ist einer der beiden wichtigsten menschlichen Sinne. So wie wir zwei Augen haben, besitzen wir auch zwei Ohren. Dies verbessert die räumliche Orientierung. Es war für den steinzeitlichen Schamanen-Drummer ein evolutionärer Vorteil, zu hören, aus welcher Richtung sich der Säbelzahntiger näherte.
Früh wollte man diesen Parameter in der Aufführung und Produktion von Musik nutzen und beeinflussbar machen. Bedenkt die Wirkung auf den Hörgenuss, den eine große Kirche auf den Klang der Orgel hat. Was wäre der majestätische Sound ohne den passenden Raum? Gleiches gilt für ein Symphonieorchester. Solch ein Klangkörper braucht einen Konzertsaal zur akustischen Entfaltung.
Hall in der Theorie
Hall macht Musik erst schön. Wer sich je in einem schalltoten, genauer gesagt reflexionsarmen Raum aufgehalten hat, weiß, dass diese für uns Menschen unnatürliche Situation unangenehm ist. Bei manch einem stellt sich ein Druck auf den Ohren, Schwindel oder Orientierungslosigkeit ein. Gerade dieser Mangel an Orientierung und räumlichen Außenreizen wurde schon zum Zwecke der Folter eingesetzt. Reflexionsarme Räumen dienen aber auch in Wissenschaft und Industrie als Messumgebung.
Im Tonstudiobau findet man reflexionsarme Räume eher selten. Vielmehr versucht man Reflexionen zu kontrollieren und in ausgewogenen Grenzen zu halten. Dies ist nach Anwendungszweck und Kundenstamm sehr unterschiedlich. Eine Vocal-Booth in der hauptsächlich Sprachaufnahmen aufgezeichnet werden, wird akustisch trocken gestaltet. So kann später stark komprimiert werden ohne den Raumanteil groß anzuheben. Aufnahmeräume für Einzelmusiker oder kleinere Bands dürfen etwas Eigenklang mitbringen. Manche Studios sind für ihren Raumsound bekannt und begehrt. Man denke exemplarisch an den gefliesten Aufnahmeraum der Motown-Studios. Für Orchesteraufnahmen setzt man auf Scoring-Stages. Hier liegt der Nachhall unterhalb eines Konzertsaales, aber eben hoch genug, damit sich der Instrumentenklang entfalten kann.
Die richtige Dosis Hall ist also von Fall zu Fall unterschiedlich. In einem Regieraum liegt eine sinnvolle Nachhallzeit bei 0,3 bis 0,5 Sekunden, bei Aufnahmeräumen je nach Größe zwischen 0,6 und 1,8 Sekunden. Große Konzertsäle bewegen sich im Bereich zwischen 1,7 und 2 Sekunden. Kirchen haben die längsten Hallfahnen. Gefühlt endlos hallt der Kölner Dom mit annähernd 13 Sekunden. Wer hier predigt oder singt muss sein Tempo deutlich reduzieren, damit die Sprachverständlichkeit gewahrt bleibt.
Was ist Hall überhaupt?
Hall besteht aus Echos, vielen Echos, die sich in komplexen Mustern überlagern. Theoretisch könnte man aus vielen Delays Hall erzeugen. Genauso findet es in Hallerzeugern manchmal durch sogenannte Eimerkettenschaltung statt.
Der Unterschied zwischen Delay und Hall ist, dass ihr bei Delays Echos als einzelne Schallereignisse wahrnehmt, während im Hall Delays in einer nicht differenzierbaren Hallfahne verschwinden. Damit betritt der erste wichtige Parameter die Bühne, die Pre-Delay-Time. Die Verzögerung in Relation zum Originalsignal, die verstreicht bis die ersten Reflexionen durch Wände, Decke und Boden beim Hörer ankommen. Die Zeit gibt Informationen darüber, wie viel Distanz zwischen Schallquelle und Zuhörer vorhanden ist.
Will man eine Schallquelle nahe im Raum simulieren, erhöht man die Pre-Delay-Zeit und macht die Hallfahne leiser. Ein weit entfernter Klangkörper benötigt ein kurzes Pre-Delay und ein Hallsignal, welches im Verhältnis zum Direktsignal deutlich wahrnehmbar ist.
Das Frequenzspektrum dieser Erstreflexionen, simulierbar durch EQs, sagt etwas über Oberflächenbeschaffenheit der Wände, Decken und Böden aus. Weiche Materialien wie Teppiche, Vorhänge machen Erstreflexionen dumpfer als harte Oberflächen. Rückwurfmuster der Reflexionen enthalten Informationen über Raumgeometrien, was besonders spannend bei Surround-Anwendungen ist.
Nach den Erstreflexionen setzt die Hallfahne ein. Zahllose Echos überlagern sich, werden ihrerseits wieder reflektiert und klingen langsam ab. Bei einem Hallgerät regelt das der Reverb-Time-Regler.
Oft ausgedrückt mit dem RT60-Wert. Er gibt die Zeit an, bis wann die Hallfahne eines Schallimpulses um 60 dB gesunken ist. Die Nachhallzeit ist immer frequenzabhängig und so gut wie nie linear. Gerade Bässe bauen sich langsamer ab. Wer hier nicht aufpasst, dessen Mischung leidet unter mangelnder Transparenz. Bei einer RT60-Messung wird der Frequenzbereich von 50 Hertz bis 10 Kilohertz betrachtet. Bei der Konstruktion und Messung von Aufnahmeräumen können im High-End-Bereich tiefere Frequenzen durchaus interessant sein. Schließlich reicht eine Kirchenorgel oder ein E-Bass unter 50 Hertz. Die Grundfrequenz der tiefen H-Saite liegt zum Beispiel bei knapp 30 Hertz. Gesonderte Messungen machen dieses Nachhallverhalten sichtbar, sodass anschließend entsprechende Maßnahmen im akustischen Design des Raumes durchgeführt werden können.
Digitale Hallgeräte oder Plugins bieten häufig eine dezidierte Hallreglung für unterschiedliche Frequenzbänder an.
Unser Gehirn bezieht bei der räumlichen Einordnung von Schallimpulsen aber nicht nur Verzögerungszeiten mit ein. Laufzeitdifferenzen zwischen den Ohren, Frequenzabschattungen und Phasenauslöschung durch den Kopf sowie Unterschiede bei Kopfdrehungen dienen der Lokalisation. Schön sieht man dies bei Katzen, die ihre Ohren auf das Ziel ausrichten können.
Künstliche Hallerzeugung
Zu Beginn der Audioproduktion konnte Hall nur sehr eingeschränkt hinzugefügt oder kontrolliert werden. Der legendäre Audiospezialist Bill Putnam entwickelte eine der ersten Echo Chambers, um nicht auf den Raum, der bei der Recording-Session vorhanden war, limitiert zu sein.
Ein leerer Raum mit einem Lautsprecher und Mikrofonen. Musik auf den Lautsprecher geben, aufzeichnen, nach Bedarf dazu mischen und fertig ist der in der Intensität regelbare Hall. Wer nicht gleich im Vorgarten eine unterirdische Echokammer ausheben will, kann erste Experimente im Treppenhaus starten.
Hallkammern standen früher nur Top-Studios zur Verfügung. Der Bedarf an billigeren Lösungen war groß. Der Federhall war eine Antwort darauf. Ursprünglich entwickelte man Federn in der Fernmeldetechnik zur Kompensation von Echos. Sie dienten als Hallmedium.
Auf einer Seite der Feder wird das elektrische Schallereignis in ein mechanisches umgewandelt, die Feder in Schwingung versetzt. Auf der anderen Seite der Feder kommt das Signal mit Verzögerung, abhängig von der Federlänge, an. Dort wird es wieder in ein elektrisches Signal zurück gewandelt und verstärkt.
Federhall ist nicht unproblematisch, denn es treten Klangverfärbungen auf und die Verzögerungszeit lässt sich nicht einfach verändern. Lange Federn brauchen Platz und aufgrund der Massenträgheit der Feder können impulsreiche Signale, wie beispielsweise Drums, nur ungeeignet verarbeitet werden. Die Geräte sind empfindlich was Erschütterungen, Übersprechen und Entkopplung angeht. Nebengeräusche gibt es gratis dazu.
Ist Federhall Geschichte?
Nein, oft liegt der Reiz im Unperfekten – speziell bei Audio-Freaks. In Gitarrenverstärkern findet sich auch ab und an eine Hallfeder. Surfsound ohne Federhall? Undenkbar! Hersteller, wie zum Beispiel Vermona oder Doepfer bringen den Federhall zurück in die Gegenwart. In Hallgeräten findet ihr diesen Sound in Presets namens Spring.
Plattenhall ist ähnlich dem Federhall und bedient sich statt der Feder einer schwingenden Stahlplatte. Wegen seines besseren Klangs und da er durch eine poröse Dämpferplatte in der Nachhallzeit geregelt werden konnte, war er sehr beliebt. Allerdings nur für den Maschinenraum, nicht für den Live-Einsatz. Die berühmte EMT-140-Hallplatte war außerdem sehr teuer, zwei Meter groß und rund 200 Kilo schwer.
Kaum ein Hallgerät kommt ohne Plate-Algorithmus aus. Der Plattenhall-Sound ist weiterhin sehr geschätzt. Mithilfe eines Magnetbandes erzeugt der Bandhall sein Effektsignal. Durch wiederholtes kopieren und abspielen werden Delays erzeugt, welche bei entsprechenden Einstellungen hallähnliche Merkmale aufweisen. Als Computerchips billiger wurden, erfolgte die Berechnung der Echos auf digitaler Ebene. Der algorithmische Hall war geboren. Zuerst noch sehr teuer, später kam er im Massenmarkt an. Geräte wie Yamahas SPX-Serie aus den 1980ern oder Ensoniq DP/4 aus den 90ern dienten beispielsweise mir im Studio als Hall. Große Klangvariationen ergaben sich durch die unterschiedlichen Rechenmodelle. Jeder Hersteller hütete seine Algorithmen streng. Nicht die reine Hardware machte den Wert eines Lexicon-Halls aus, sondern die geschickte Programmierung seiner Entwickler. Auch heute ist algorithmischer Hall immer noch up-to-date, in Hardware und in Software.
Rechner wurden schneller, Speicher immer billiger. Die Zeit war reif für den Faltungshall, eine extrem rechenintensive Strategie. Zuerst wird in einem realen Raum ein Sweep abgespielt und von Mikrofonen aufgezeichnet. Daraus erfolgt die Generierung einer sogenannten Impulsantwort – quasi ein akustischer Fingerabdruck des Raumes. Das Effekt-Signal wird mit Hilfe der Impulsantwort errechnet. Der Faltungshall stellt eine Alternative zu algorithmischem Hall dar. Der Vorteil ist ein realistischer Klang. Ein Nachtteil ist jedoch der hohe CPU-Bedarf, mangelnde Editierbarkeit und Latenzen. Plugins wie Reverence von Steinberg oder Altiverb von Audioease basieren auf diesem Konzept.
