Limiter

Ein Limiter oder Begrenzer ist ein dynamikbearbeitendes Effektgerät, das den Ausgangspegel (Amplitude der Spannung des Audiosignals) auf einen bestimmten Wert herunterregelt. Dieser wird durch den „Limiter Threshold“ (Schwellenwert) festgelegt. Der Limiter ist eine Extremform des Kompressors mit einer Ratio (Regelverhältnis) von unendlich zu 1, oft wird aber bereits bei einer Ratio von 10:1 und höher von Limitierung gesprochen. Wichtige Bauteile sind ein Hüllkurvenverfolger und ein VCA.

Weitere Parameter

• Attack: Die Attack Time ist das Zeitintervall, nach dem das Eingangssignal nach Überschreiten des Threshold-Pegels auf denselbigen heruntergeregelt wird.

• Release: Die Release-Time ist das Zeitintervall, in dem das Signal nach Unterschreiten des Threshold auf das normale Verhältnis von 1:1 zurückgeregelt wird.

• Auto: Die „Auto“-Funktion tastet das Signal nach Pegelspitzen ab und stellt die Regelzeiten entsprechend ein. So wird bei sinkendem Eingangspegel die Ansprechzeit (Attack) länger.

• Soft Knee: Dieser Parameter rundet die „Ecke“ der Kennlinie auf Höhe des Thresholds ab. Ergebnis ist ein weicher Übergang zwischen unbearbeitetem zu begrenztem Pegel.

Verschiedene Bauarten

Rückwärtsregelung

Bei Überschreiten des Thresholds regelt der Limiter das Signal bis zum Ablauf der „Attack-Time“ auf den Wert des Thresholds zurück. Dabei kann es zu Ausgangspegeln kommen, die oberhalb des Thresholds liegen.

Clipping

Der Limiter begrenzt das Signal durch die Sättigung des Verstärkers. Die Clipgrenze liegt dabei leicht oberhalb des Thresholds. Durch eine abgerundete Form der Clippingkennline wird das Signal zuerst komprimiert und dann begrenzt. Dabei entstehen durch die harmonischen Verzerrungen Obertöne. Limiter mit Röhrentechnik erzeugen für den Menschen meistens angenehmere Obertöne als Geräte in Transistorbauweise.

Vorwärtsregelung

Diese Schaltung wird auch „Feed Forward“ oder „Look Ahead“ genannt. Präziser muss eigentlich von Vorwärtssteuerung gesprochen werden, da kein geschlossener Regelkreis wie bei der Rückwärtsregelung vorliegt. Das Signal wird um ein kurzes Zeitintervall (mindestens um die Ansprechzeit (Attack) der Steuerkette, z. B. 0,2 ms) verzögert. So kann der VCA das Audiosignal vor dem Überschreiten des Grenzwerts auf den zulässigen Pegel reduzieren. Ob das exakt funktioniert, hängt von der Präzision der Steuerkennline ab, da keine Kontrolle erfolgt wie im Regelkreis. Das psychoakustische Phänomen der Rückwärtsverdeckung sorgt dafür, dass der Steuervorgang kaum wahrgenommen wird.

Bezeichnungen

„Brick Wall Limiter“/ „Clipper“: Diese Bezeichnungen stehen für eine bestimmte Form des Limiting. Ein „Brickwall Limiter“ oder „Clipper“ gibt garantiert keine Pegel oberhalb des Thresholds aus. Durch die Verstärkung des Eingangspegels kann so rasch eine hohe Lautheit des Audiomaterials erzielt werden.

„Intersample Limiting“: Durch die stetige Erhöhung der Lautheit von Musikproduktionen ist man auf das Problem der „Intersample Peaks“ gestoßen. So kann es bei der Digital-Analog-Wandlung zwischen den Samples zu Pegeln jenseits von 0 dBFS (dB Full Scale) kommen. Pegelmessgeräte mit höherer Auflösung als das Audiomaterial können diese darstellen. Einige Hersteller bieten deshalb „Intersample Limiter“ an, die das Audiomaterial mit einer hohen Samplerate abtasten und diese Übersteuerungen begrenzen.

Anwendungsbereiche

Sowohl bei Rundfunk, Kino und Fernsehen als auch bei der Musikproduktion werden Limiter benötigt. Eine häufige Anwendung bei der Aufnahme ist die Begrenzung dynamischer Schallquellen (wie Sprache/Gesang) auf einen definierten Pegel. Hier hat der Limiter die Funktion als Schutzbegrenzer, um Verzerrungen in nachfolgenden Geräten zu vermeiden. Auch in Masteringstudios ist der Limiter Standardwerkzeug. Die Anhebung des Durchschnittspegels (RMS) einer Produktion wird vor allem durch das Limiting erreicht.

Schutz der Lautsprecher

Im Live-Bereich werden Limiter zum Schutz des Audioequipments eingesetzt. Dies betrifft vor allem den Schutz von Lautsprechern. Hierbei befindet sich der Limiter in der Signalkette direkt vor der Endstufe. Dabei übernimmt der Limiter zwei Aufgaben. Zum Einen die Pegelbegrenzung des Durchschnittpegels (RMS), um eine thermische Überlastung der Lautsprecher zu vermeiden. Hierbei ergeben sich die Parameter für die Thresholdeinstellung aus der RMS Belastbarkeit des Lautsprechers und dem Verstärkungsfaktor der Endstufe. Zum anderen die Pegelbegrenzung von kurzzeitigen Pegelspitzen (Peak), um in erster Linie eine mechanische Überlastung der Schallwandler zu vermeiden. Die Parameter für die Thresholdeinstellung ergeben sich aus der Peak-Belastbarkeit des Lautsprechers und dem Verstärkungsfaktor der Endstufe. Daher benötigt man im Prinzip zwei Limiter, um einen Lautsprecherschutz hinsichtlich der thermischen und mechanischen Überlastung zu realisieren. Bei vielen in Controllern integrierten Limitern lässt sich nur ein Thresholdparameter pro Ausgang festlegen; oft ist daher ein zusätzlicher Einstellparameter für den Crestfaktor (Pegelverhältnis zwischen Durchschnittspegel (RMS) und Spitzenpegel (Peak)) vorhanden. Der Einstellparameter des Crestfaktors wird bei manchen Herstellern auch als „Overshoot“ bezeichnet.

Peaklimiter in Endstufen

Wird ein Limiter zur Begrenzung des kurzzeitigen Spitzenpegels (Peak) eingesetzt, so spricht man auch von Peaklimiter. Viele Hersteller verbauen Peaklimiter in Endstufen. Der fest eingestellte Threshold dieser Limiter bezieht sich allerdings lediglich auf die Spitzenbelastbarkeit der Endstufe, ein Schutz hinsichtlich der Spitzenbelastbarkeit des Lautsprechers ist damit nicht gegeben.

Wird eine Endstufe ohne Peaklimiter mit überhöhtem Pegel angefahren, kommt es zur Übersteuerung. Hierbei werden alle Signalanteile über dem zulässigem Pegel abgeschnitten (Clipping), wodurch sowohl Gleichspannungsanteile (durch unsymmetrische Begrenzung der pos. und neg. Halbwelle) als auch zusätzliche Obertöne (Clippingverzerrungen) im Ausgangssignal entstehen. Die Gleichstromanteile können zu einer thermischen Überlastung der Tieftöner führen, während die Clippingverzerrungen, deren Energie im Hochtonbereich ein Vielfaches der Energie der verzerrungsfreien Obertonstruktur betragen kann, eher Hoch- und Mitteltöner gefährden. Daher kann man auch an dieser Stelle von einem indirekten Lautsprecherschutz sprechen. Es erklärt sich auch die auf den ersten Blick paradoxe Tatsache, dass unterdimensionierte und dadurch übersteuerte Endstufen ohne Peaklimiter eher Schäden an Lautsprechern verursachen als überdimensionierte Endstufen, da letztere zwar ggf. für den Lautsprecher überhöhte Pegel liefern, aber weder Gleichstromanteile noch Clippingverzerrungen.

Lärmschutz

Eine Anwendung für speziell ausgestattete Limiter ist der Bereich Lärmschutz. Diese Geräte kommen in Diskotheken und auf Veranstaltungen zum Einsatz und werden meistens von den Behörden als Auflage zur Begrenzung des Schalldruckpegels gefordert.

Diese besonderen Limiter (Schallpegelbegrenzer) sind verplombbar, sodass der Pegel nicht durch von außen zugängliche Bedienelemente manipuliert werden kann. Sie dürfen nur von zugelassenen Sachverständigen oder durch Messstellen gem. §§ 26, 28 BImSchG eingepegelt werden.

Rundfunk

Im Sendeausgang von Rundfunkstudios werden Sendebegrenzer eingesetzt. Ihre Aufgabe ist es, den Hub der Frequenzmodulation zu begrenzen, damit sich benachbarte Sender nicht gegenseitig stören. Einer der bekanntesten dieser Limiter ist das Optimod. Diese Geräte werden nicht nur als Limiter eingesetzt, oftmals wird zusätzlich auch in das Klangbild eingegriffen.

Premastering

Heutige Digital-Workstations bearbeiten Audiomaterial mit einer hohen Wortbreite. Als letzter Schritt erfolgt deren Reduktion auf die 16 Bit der Audio-CD. Da nach Limiting der Pegelspitzen eine Pegelanhebung möglich ist, können Informationen aus den unteren Bits des hochauflösenden Quellsignals in den nutzbaren Dynamikumfang der CD gelangen. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, Limiting und Wortbreitenreduktion als letzten Schritt des Premasterings zusammenzufassen.

Geräte und Plug-ins

Analoge Klassiker wie der UREI 1176 LN oder der Universal Audio LA2A haben mittlerweile Kultstatus. In Tonstudios werden sie heute hauptsächlich wegen ihres charakteristischen Klangs eingesetzt, denn rein technisch gesehen sind die neuen Digitalgeräte besser.

Im Rundfunk-Bereich sind Limiter von Jünger weit verbreitet, bei der Musikproduktion sorgte der TC Finalizer bei seiner Markteinführung für Aufsehen. Dieser arbeitet mit einer Kette von Effekten, deren letzte Stufe ein in Fachkreisen umstrittener Softclipper bildet. Dennoch ist das Gerät auch heute noch weit verbreitet, und sein Runkfunk-Pendant mit dem Namen DB Max gilt als kostengünstigste Form der Sendeaufbereitung.

In den frühen 1990er Jahren stellte das israelische Unternehmen Waves mit einem Plug-in namens L1 die neue Geheimwaffe im Loudness War vor. Ihr Nachfolger L2 war so erfolgreich, dass es ihn auch als Hardware gab. Heute existiert eine große Auswahl an Plug-in-Limitern für die Schnittstellen TDM-, AU- und VST. Neben den nativen Versionen bietet der Markt auch solche mit einem höheren Bedarf an Rechenleistung an, die dann DSP-gestützte Zusatz-Hardware von TC (Powercore) und Universal Audio (UAD) benötigen. Für diese Plattformen sind auch Plug-ins erhältlich, die legendäre analoge Geräte emulieren können, indem sie neben den erwünschten auch die unerwünschten Eigenschaften der damaligen Technik nachbilden und damit dem klanglichen Charakter des Originals sehr nahe kommen.

Die bekanntesten Schallpegelbegrenzer sind SPL2 und SPL2 TS von DATEQ. Sie verfügen über manipulationssichere Gehäuse und verändern nicht die Dynamik des Audiosignals, sondern nur den Maximalpegel.

Siehe auch

• Dynamikprozessor

Literatur

• Thomas Sandmann: Effekte und Dynamics, PPV-Verlag, 7. Auflage 2008, ISBN 978-3-932275-57-9
• Michael Dickreiter: Handbuch der Tonstudiotechnik, Bd. 1, 6. Auflage, München, K.G.Saur Verlag