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PolskiStereo-Verbreiterung: was drei Verfahren an Breite bringen und in der Mono-Summe kosten, gemessen
Inhalt
Ein Mix soll breit klingen, und die Werkzeuge dafür liegen in jeder DAW bereit. Was sie kosten, steht selten dabei. Die Rechnung kommt später: auf einem Handylautsprecher, in einer Kneipe, in jedem Aufzug, überall dort, wo beide Kanäle zusammengelegt werden. Diese Messung beziffert beide Seiten, den Gewinn an Breite und den Verlust in der Mono-Summe.
Verglichen wurden drei Wege: die Seite anzuheben, wie es der Fruity Stereo Enhancer über die Stereo-Trennung macht, ein verzögerungsbasierter Verbreiterer und das Haas-Verfahren mit gegenläufig verzögerten Kanälen. Dazu kommt eine Gegenprobe mit einem Signal, das gar keine Seite hat.
So wurde gemessen
- Signale: ein Stück von 32 Sekunden bei 44,1 kHz aus derselben Werkstatt wie die Messung zu True Peak nach dem Encoding, mit Kick und Bass in der Mitte und Flächen sowie Lead auf den Seiten. Als Gegenprobe rosa Rauschen, in beiden Kanälen identisch, also ohne jede Seite.
- Verfahren: die Seite verdoppelt über eine Matrix aus Mitte und Seite,
extrastereomit den Faktoren 1,5 und 2,5,stereowidenmit seinen Vorgabewerten (20 ms Verzögerung, Rückführung 0,3, Überkreuzung 0,3, Trockenanteil 0,8) undhaaseinmal mit Vorgabe und einmal mit 10 ms Verzögerung. Alles mit ffmpeg 7.1.5 auf einem Raspberry Pi 4. - Kennwerte: Korrelation zwischen links und rechts, Seite gegen Mitte in dB, Lautheit nach ITU-R BS.1770 und True Peak.
- Mono-Summe: vor dem Vergleich wurde jede Fassung auf die Lautheit des Originals gebracht, damit ein Pegelunterschied nicht als Mono-Verlust erscheint. Verglichen wurde dann in Zwölftel-Oktaven von 25 Hz bis 16 kHz, weil Terzbänder die Kammfilter der verzögernden Verfahren wegmitteln.
Was die Verfahren an Breite bringen
| Verfahren | Korrelation | Seite gegen Mitte | gewonnene Breite |
|---|---|---|---|
| Original | 0,921 | −13,83 dB | – |
| extrastereo 1,5 | 0,830 | −10,31 dB | 3,52 dB |
| Seite verdoppelt | 0,716 | −7,81 dB | 6,02 dB |
| stereowiden, Vorgabe | 0,677 | −7,15 dB | 6,68 dB |
| extrastereo 2,5 | 0,589 | −5,87 dB | 7,96 dB |
| haas, 10 ms | 0,052 | −0,43 dB | 13,40 dB |
| haas, Vorgabe | 0,037 | −0,31 dB | 13,52 dB |
Die Reihenfolge ist eindeutig: Das Haas-Verfahren macht am meisten Breite. Bei ihm liegt die Seite gleichauf mit der Mitte, und die Korrelation fällt von 0,921 auf 0,037. Zwei Kanäle, die sich so wenig teilen, sind für jede Wiedergabe über eine einzelne Box ein Risiko. Die Seitenanhebung bleibt dagegen im mittleren Bereich, und auch stereowiden kommt trotz seiner Verzögerung nicht weiter als eine kräftige Seitenanhebung.
Was sie in der Mono-Summe kosten
| Verfahren | Pegelangleich | Mono-Summe | tiefster Einbruch | Bänder unter −6 dB |
|---|---|---|---|---|
| extrastereo 1,5 | −0,30 dB | −0,30 dB | gleichmäßig | 0 |
| Seite verdoppelt | −0,70 dB | −0,70 dB | gleichmäßig | 0 |
| extrastereo 2,5 | −1,10 dB | −1,10 dB | gleichmäßig | 0 |
| stereowiden, Vorgabe | +4,40 dB | −1,28 dB | −9,37 dB bei 50 Hz | 8 |
| haas, 10 ms | −2,70 dB | −2,54 dB | −5,88 dB bei 1,6 kHz | 0 |
| haas, Vorgabe | −2,80 dB | −2,62 dB | −5,85 dB bei 1,8 kHz | 0 |
Die Seitenanhebung verhält sich berechenbar: Was sie in Mono verliert, entspricht genau dem Pegel, den sie insgesamt gewonnen hat, und der Verlust verteilt sich gleichmäßig über das Spektrum. Kein einziges Zwölftel-Oktavband fällt um mehr als 6 dB. Das liegt in der Sache: Wer nur die Seite skaliert, lässt die Mitte unberührt, und die Mono-Summe ist die Mitte.
Anders bei stereowiden. Acht Bänder verlieren mehr als 6 dB, der stärkste Einbruch liegt bei 50 Hz mit 9,37 dB. Das ist ein Kammfilter aus der Verzögerung von 20 ms, und er trifft genau den Bereich, in dem Kick und Bass stehen. Das Haas-Verfahren kommt milder davon, verliert aber gleichmäßig 2,6 dB und büßt dafür fast die gesamte Korrelation ein.
Der Pegel täuscht, wenn er nicht angeglichen wird
Ein Zwischenschritt der Messung ist erwähnenswert, weil er beim Hören genauso passiert. Ohne Pegelangleich sah stereowiden aus wie ein Mono-Verlust von 5,68 dB. Tatsächlich liegt die Fassung insgesamt 4,40 dB leiser, weil der Trockenanteil auf 0,8 steht; vom Rest bleiben 1,28 dB. Wer zwei Fassungen ohne Angleich vergleicht, misst also vor allem den Lautstärkeunterschied. Wie groß dieser Fehler wird, steht im Tutorial zum Lautheitsabgleich mit Referenztracks.
Gegenprobe: ein Signal ohne Seite
Rosa Rauschen, in beiden Kanälen identisch, hat eine Korrelation von 1,0 und keine Seite. Die Seitenanhebung ändert daran exakt nichts: Korrelation bleibt 1,0, die Mono-Summe bleibt bei 0,00 dB, gleich welcher Faktor eingestellt ist. Das Handbuch von Image-Line sagt dasselbe über den Fruity Stereo Enhancer: Der Regler habe bei Mono-Klängen keine Stereo-Wirkung, da er die Differenz zwischen linkem und rechtem Kanal bearbeite, und wo es keine Differenz gebe, sei auch nichts zu verstärken.
Breite aus einem Mono-Signal machen nur die verzögernden Verfahren: haas kommt auf eine Korrelation von 0,137, stereowiden reißt auch hier sechs Bänder um mehr als 6 dB heraus, am tiefsten 8,77 dB bei 50 Hz. Dasselbe Handbuch nennt dafür die übliche Einstellung, nämlich Phasenversätze von 20 bis 40 ms für einen realistischen Stereo-Eindruck bei Mono-Signalen. Die Messung zeigt, was dieser Eindruck in der Summe kostet.
Was daraus folgt
Für einen Mix, der auch aus einer Box kommen soll, ergibt sich eine klare Rangfolge. Die Seitenanhebung ist der sichere Weg, denn sie wirkt dort, wo schon Stereo vorhanden ist, und kostet in Mono nur ihren eigenen Pegel. Verzögerungen bleiben etwas für einzelne Spuren, nicht für die Summe, und im Bass haben sie nichts verloren; wer die Kick mono hält, verliert bei keinem der Verfahren etwas.
Kontrollieren lässt sich das in FL Studio mit Wave Candy im Vektorskop, das die Kanalunterschiede als Lissajous-Figur zeigt. Für eine Zahl statt eines Bildes misst das Werkzeug für Stereo-Korrelation und Mid/Side Korrelation, Seite gegen Mitte und den Verlust der Mono-Summe direkt aus der Datei, auch je Band.
Einordnung und Grenzen
- Gemessen wurde mit den Filtern von ffmpeg, nicht mit den Plugins von FL Studio. Der Fruity Stereo Enhancer arbeitet nach denselben zwei Prinzipien, seine Regler sind aber anders geteilt.
- Die Zahlen gelten für dieses Stück. Ein Mix mit mehr Seitenanteil verliert in Mono mehr, ein fast monofoner Mix weniger.
- Die Korrelation ist ein Mittelwert über das ganze Stück. Kurze gegenphasige Stellen fallen darin kaum auf, im Vektorskop dagegen sofort.
- Der Pegelangleich erfolgte über die Programmlautheit. Bei stark unterschiedlicher Dynamik wäre ein Angleich über kürzere Abschnitte genauer.
Fragen und Antworten
Gilt das Ergebnis auch für den Fruity Stereo Enhancer?
Im Prinzip ja. Sein Regler für die Stereo-Trennung skaliert die Seite und verhält sich wie extrastereo: In Mono kostet er nur seinen eigenen Pegel. Der Phasenversatz ist eine Verzögerung zwischen den Kanälen und gehört damit zu den verzögernden Verfahren, samt Kammfilter in der Mono-Summe. Die meiste Vorsicht verlangt der dritte Regler: Die Phasenumkehr kehrt die Polarität eines Kanals um, und in Mono löscht sich dann alles aus, was beide Kanäle gemeinsam haben.
Hilft es, die Kick mono zu halten, wenn auf der Summe ein Verbreiterer liegt?
Nur wenn die Kick am Verbreiterer vorbeiläuft. Der Satz im Artikel meint Spuren, die gar nicht erst verbreitert werden. Ein verzögernder Verbreiterer auf der Summe erzeugt die Seite selbst, auch aus einem Signal, das mono hineingeht: In der Gegenprobe mit Rauschen ohne jede Seite riss stereowiden sechs Bänder um mehr als 6 dB aus der Summe, am tiefsten 8,77 dB bei 50 Hz, also genau dort, wo eine Kick meist ihren Grundton hat.
Die Seitenanhebung lässt eine Mono-Kick dagegen unberührt, weil sie nur verstärkt, worin sich die Kanäle schon unterscheiden. Wer auf der Summe verbreitern will, braucht deshalb entweder die Seitenanhebung oder eine Trennfrequenz, unterhalb derer das Signal unbearbeitet bleibt.
Die erste Tabelle nennt Korrelation und „Seite gegen Mitte“. Messen beide dasselbe?
Bei diesem Stück ja, und das lässt sich von Hand nachrechnen. Solange linker und rechter Kanal im Mittel gleich viel Energie tragen, hängen beide Werte fest zusammen: Korrelation = (1 − r) / (1 + r), wobei r das Leistungsverhältnis von Seite zu Mitte ist. Aus −5,87 dB wird r = 0,259 und daraus eine Korrelation von 0,589, genau der Wert aus der Tabelle; dasselbe gilt für jede andere Zeile.
Daraus folgt zweierlei. Erstens fällt die Korrelation erst dann auf null, wenn die Seite so laut ist wie die Mitte, und negativ wird sie erst, wenn die Seite lauter ist. Für dieses Stück, dessen Seite 13,83 dB unter der Mitte liegt, wäre das mit reiner Seitenanhebung erst bei einem Faktor von etwa 4,9 erreicht. Zweitens sagt die Korrelation wenig über den Mono-Verlust der verzögernden Verfahren: haas bringt die meiste Breite und hat kein einziges Band unter −6 dB, stereowiden bringt weniger Breite und hat den tiefsten Einbruch. Für den Verlust in Mono zählt das Spektrum der Summe, nicht der Mittelwert über das ganze Stück.
Hängt ein Mix deutlich nach links oder rechts, etwa weil ein Instrument hart links steht, gilt die Formel nur noch näherungsweise; dann lohnt der Blick auf beide Werte.
Quellen
- Image-Line: Fruity Stereo Enhancer: Stereo-Trennung, Phasenversatz bis 500 ms, Phasenumkehr; keine Stereo-Wirkung bei Mono-Klängen, weil der Regler die Differenz der Kanäle bearbeitet; 20 bis 40 ms für einen realistischen Eindruck bei Mono-Signalen.
- Image-Line: Wave Candy: Vektorskop als Lissajous-Figur für Stereo-Inhalt, Panorama und Phase.
- ffmpeg: Filters Documentation: die Abschnitte zu
haas,extrastereoundstereowidenmit ihren Reglern; die hier benutzten Vorgabewerte stammen aus der eingebauten Hilfe von ffmpeg 7.1.5. - ITU-R BS.1770: Algorithms to measure audio programme loudness and true-peak audio level: Grundlage des Pegelangleichs vor dem Vergleich.
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