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PolskiEntrauschen mit afftdn und anlmdn: welcher Regler wirkt und ab welchem Rauschabstand es sich lohnt, gemessen
Inhalt
ffmpeg bringt zwei Entrauscher mit. afftdn arbeitet über die schnelle Fourier-Transformation und hat zwei Regler: die Rauschminderung, voreingestellt auf 12, und den Rauschteppich, voreingestellt auf −50 dBFS. anlmdn arbeitet nach dem Verfahren der nichtlokalen Mittelwerte und hat einen Regler für die Stärke.
Die übliche Probe, einmal vorher und einmal nachher zu hören, beantwortet die wichtigste Frage nicht: Im verrauschten Material liegen Nutzsignal und Rauschen übereinander, und was verschwindet, lässt sich nicht auseinanderhalten. Diese Messung trennt beides, indem sie den Entrauscher über ein sauberes Programm schickt, in dem es nichts zu entfernen gibt.
Wie gemessen wurde
- Material: 32 s Programm aus Kick, Snare, Hi-Hats, Bass, Fläche und Lead bei −19,62 dBFS, dazu 0,3 s Stille am Ende. Weißes Rauschen wurde in bekannter Höhe zugemischt, damit der Fehler ausrechenbar bleibt.
- Maßstab: durchgehend der Abstand zum bekannten sauberen Original, also der Effektivwert von Ergebnis minus Original, bezogen auf den des Originals. Vor dem Entrauschen ist das genau der Rauschabstand. Wird er kleiner, hat der Filter geholfen; wird er größer, hat er mehr zerstört als entfernt.
- Schaden: derselbe Filter läuft zusätzlich über das saubere Programm. Dort gibt es nichts zu entfernen, also ist alles, was am Ausgang fehlt, Schaden.
- Ausrichtung: Beide Filter geben ihr Ergebnis verzögert aus,
afftdnum 1102 Abtastwerte oder 24,99 ms,anlmdnum 353 oder 8,00 ms. Vor jedem Vergleich wird über die Kreuzkorrelation ausgerichtet. - Gegenprobe: Beide Filter können mit
output_mode=noiseausgeben, was sie entfernt haben. Dieser Wert stimmt mit dem gemessenen Unterschied auf 0,00 dB überein, bei beiden Filtern.
Was verschwindet, wenn es nichts zu entrauschen gibt
| Einstellung | Schaden unter dem Signal | Pegeländerung |
|---|---|---|
afftdn, nr 6, nf −50 |
−43,29 dB | −0,00 dB |
afftdn, Vorgabe nr 12, nf −50 |
−42,19 dB | −0,00 dB |
afftdn, nr 24, nf −50 |
−41,67 dB | −0,00 dB |
afftdn, nr 48, nf −40 |
−26,16 dB | −0,05 dB |
anlmdn, s 0,001 |
−151,94 dB | 0,00 dB |
anlmdn, s 0,01 |
−105,77 dB | −0,00 dB |
anlmdn, s 0,1 |
−67,83 dB | −0,00 dB |
Am Pegel ändert sich nichts, an der Substanz schon. In der Voreinstellung nimmt afftdn aus einwandfreiem Material etwas heraus, das 42,19 dB unter dem Signal liegt. Bei nf −40 sind es 26,16 dB darunter, und das ist eine Größenordnung, die sich hören lässt. anlmdn bleibt in seinen kleinen Stärken bei −105 dB und darunter, also praktisch untätig.
Welcher der beiden Regler wirkt
| Verstellter Regler | Wert | Änderung des Abstands | Schaden |
|---|---|---|---|
| Rauschminderung, nf fest −50 | nr 3 | +0,38 dB | −45,28 dB |
| Rauschminderung, nf fest −50 | nr 12 | +1,16 dB | −42,19 dB |
| Rauschminderung, nf fest −50 | nr 48 | +1,50 dB | −41,49 dB |
| Rauschminderung, nf fest −50 | nr 90 | +1,50 dB | −41,48 dB |
| Rauschteppich, nr fest 12 | nf −70 | +0,55 dB | −48,71 dB |
| Rauschteppich, nr fest 12 | nf −55 | +0,32 dB | −47,72 dB |
| Rauschteppich, nr fest 12 | nf −45 | +6,74 dB | −33,70 dB |
| Rauschteppich, nr fest 12 | nf −40 | +13,25 dB | −26,80 dB |
| Rauschteppich, nr fest 12 | nf −30 | +21,23 dB | −18,78 dB |
Beide Reihen laufen über dasselbe Material mit Rauschen 40 dB unter dem Signal, also über einen wirklichen Rauschteppich von −59,6 dBFS. Ein positiver Wert in der dritten Spalte heißt, dass der Abstand zum sauberen Original größer geworden ist.
Die Rauschminderung ändert über ihren ganzen Bereich 1,13 dB und läuft ab nr 48 in die Sättigung. Der Rauschteppich ändert 20,91 dB. Wer am ersten Regler dreht, dreht an nichts.
Auffällig ist der zweite Teil der Tabelle: Von nf −45 an steigen Wirkung und Schaden fast im Gleichschritt. Von −45 auf −30 wächst die Änderung um 14,49 dB und der Schaden um 14,92 dB. Bei nf −30 ist das Rauschen restlos verschwunden, und was vom Fehler übrig bleibt, ist mit −18,78 dB genau der eigene Schaden des Filters.
Ab welchem Rauschabstand es sich lohnt
| Rauschen unter dem Signal | wirklicher Rauschteppich | bestes nf | beste erreichbare Änderung |
|---|---|---|---|
| 60 dB | −79,6 dBFS | −70 dBFS | −0,04 dB |
| 50 dB | −69,6 dBFS | −60 dBFS | −0,04 dB |
| 40 dB | −59,6 dBFS | −55 dBFS | −0,15 dB |
| 30 dB | −49,6 dBFS | −50 dBFS | −1,03 dB |
| 20 dB | −39,6 dBFS | −40 dBFS | −2,87 dB |
| 12 dB | −31,6 dBFS | −30 dBFS | −4,75 dB |
| 6 dB | −25,6 dBFS | −25 dBFS | −7,42 dB |
Je Zeile wurden 23 Einstellungen durchprobiert und die beste eingetragen. Zwei Dinge fallen daran auf.
Erstens folgt die beste Einstellung dem wirklichen Rauschteppich. In den vier Zeilen, in denen Entrauschen überhaupt etwas bringt, liegt das beste nf zwischen 0,4 dB darunter und 1,6 dB darüber. Der Regler heißt nicht ohne Grund so: Er will den Pegel des Rauschens wissen, nicht eine Vorliebe. Die Voreinstellung von −50 dBFS passt zu Material, dessen Rauschen bei −50 dBFS liegt, und zu keinem anderen.
Zweitens ist bei sauberem Material nichts zu holen. Bei 50 dB Rauschabstand bringt die beste aller Einstellungen 0,04 dB, bei 40 dB sind es 0,15 dB, und in beiden Fällen stammt dieses Ergebnis von anlmdn in einer Stärke, die praktisch nichts tut. Erst ab 30 dB Rauschabstand wird daraus 1,03 dB, und selbst bei 6 dB Rauschabstand, also deutlich hörbarem Rauschen, sind es 7,42 dB.
Wo der Eingriff sitzt
| Terzband | afftdn, Vorgabe |
anlmdn, s 0,01 |
|---|---|---|
| 63 Hz | −127,02 dB | −155,92 dB |
| 250 Hz | −130,46 dB | −140,91 dB |
| 1 kHz | −85,79 dB | −114,97 dB |
| 2 kHz | −46,84 dB | −104,29 dB |
| 4 kHz | −32,70 dB | −95,24 dB |
| 8 kHz | −27,10 dB | −90,93 dB |
| 10 kHz | −23,26 dB | −87,18 dB |
| 16 kHz | −29,78 dB | −91,77 dB |
Die Zahlen sagen, wie weit der Eingriff im jeweiligen Band unter dem Signal desselben Bandes liegt, gemessen am sauberen Material. Unterhalb von 500 Hz rührt afftdn nichts an, dort stehen 115 bis 130 dB. Ab 2 kHz wird es ernst, und am stärksten greift der Filter bei 10 kHz ein, mit 23,26 dB unter dem Signal. Entrauschen ist ein Höheneingriff.
Der Ausklang bleibt in der Voreinstellung verschont. Ein einzelner Hi-Hat-Schlag verliert 50, 100 und 200 ms nach der Spitze jeweils 0,00 dB und nach 400 ms 0,35 dB. Bei nf −40 und nr 48 sind es nach 200 ms 0,27 dB und nach 400 ms 7,71 dB. Die Fahne wird also gekürzt, aber erst bei kräftiger Einstellung.
Und dann ist da die Pause. In der Stille am Ende senkt afftdn in der Voreinstellung den Rauschteppich um 10,52 dB, bei nr 48 um 19,98 dB, und anlmdn um 26,06 bis 28,02 dB. Wer nur dort hinhört, hält anlmdn für den besten der Kandidaten. An der Musik selbst ändert es 0,04 dB. Die Pause ist die einzige Stelle, an der das Rauschen freiliegt, und genau deshalb sagt sie nichts darüber, was mit dem Rest geschehen ist.
Was daraus folgt
Der Rauschteppich gehört gemessen, nicht geschätzt. Eine Passage ohne Nutzsignal, deren Pegel in dBFS abgelesen wird, liefert den Wert für nf; der Rauschteppich-Messer sucht diese Stelle und gibt den Wert samt Befehl aus. Audacity nimmt diesen Weg von sich aus und verlangt vor dem Entrauschen ein Rauschprofil aus einer Stelle, an der nur Rauschen steht. ffmpeg verlangt stattdessen eine Zahl, und eine falsche Zahl ist der ganze Unterschied.
Danach bleibt die Rauschminderung dort, wo sie steht. Über ihren ganzen Bereich bringt sie 1,13 dB, während der Teppich-Regler 20,91 dB bringt, und jeder dieser Dezibel ist ab einem gewissen Punkt mit einem Dezibel Schaden bezahlt.
Bei ordentlich aufgenommenem Material lohnt der Griff gar nicht. Ab 40 dB Rauschabstand liegt der bestmögliche Gewinn bei höchstens 0,15 dB, und dafür ein Werkzeug anzusetzen, das im Hochton 23 dB unter dem Signal zugreift, ist ein schlechter Tausch. Wo ein Rauschteppich stört, ohne laut zu sein, ist oft nicht das Rauschen das Thema, sondern die Bit-Tiefe; was beim Export auf 16 Bit wirklich passiert, steht im Artikel über Dither beim Export.
Reichweite und Grenzen
- Gemessen wurde mit weißem Rauschen. Brummen, Bandrauschen und Raumgeräusch sind anders verteilt;
afftdnhat für Vinyl und Schellack eigene Voreinstellungen, die hier nicht geprüft wurden. - Der Maßstab ist der Abstand zum sauberen Original, nicht der Höreindruck. Ein Filter kann diesen Abstand verschlechtern und trotzdem angenehmer klingen, weil gleichmäßiges Rauschen weniger stört als ein gleich großer, aber ungleichmäßiger Fehler.
- Das beste nf wurde aus einem Raster von zehn Werten in Schritten von 5 dB gesucht. Die Übereinstimmung mit dem wirklichen Teppich ist damit auf diese Schrittweite genau.
- Bei Rauschabständen von 50 und 60 dB liegt der wirkliche Teppich unter dem kleinsten geprüften nf. Da dort ohnehin nichts zu gewinnen ist, ändert das am Ergebnis nichts.
Fragen und Antworten
Was bewirkt die Verzögerung von 25 ms, wenn die entrauschte Spur wieder in den Mix geht?
afftdn gab sein Ergebnis in der Messung um 1102 Abtastwerte oder 24,99 ms verzögert aus, anlmdn um 353 Abtastwerte oder 8,00 ms. Wird eine so bearbeitete Datei neben die übrigen Spuren gelegt, liegt sie um genau diesen Betrag zu spät. Bei einer Einzelspur wie einer Gesangsaufnahme verschiebt sich damit nur das Timing; bei Spuren, die zusammengehören, etwa mehreren Mikrofonen am selben Schlagzeug, entsteht ein Versatz zwischen Signalen, die eigentlich deckungsgleich sind.
Am deutlichsten wird es beim parallelen Mischen mit dem unbearbeiteten Original, das bei einem Entrauscher naheliegt, um den Eingriff abzuschwächen. Die Summe aus einem Signal und seiner um 25 ms verzögerten Kopie ist ein Kammfilter mit Einbrüchen im Abstand von 40 Hz, also genau die Klangverfärbung, die das Abschwächen vermeiden sollte.
Vor dem Zusammenmischen ist der Versatz deshalb auszugleichen, zum Beispiel durch Abschneiden der ersten 1102 Abtastwerte. Die Zahl gilt für die Abtastrate dieser Messung, die sich aus 1102 Abtastwerten in 24,99 ms zu 44,1 kHz ergibt; bei anderer Abtastrate oder anderen Filtereinstellungen ist sie über die Kreuzkorrelation neu zu bestimmen, so wie es die Messung vor jedem Vergleich getan hat.
Lässt sich der passende nf-Wert aus dem Rauschabstand ausrechnen?
Ja, wenn der Pegel des Programms bekannt ist. Der Regler erwartet den wirklichen Rauschteppich, und der ergibt sich als Programmpegel minus Rauschabstand: Beim Material dieser Messung mit −19,62 dBFS führt ein Rauschabstand von 30 dB auf −49,62 dBFS, und genau dort lag mit −50 dBFS das beste nf. Meist ist der Rauschabstand aber unbekannt, deshalb führt der sicherere Weg über eine Passage ohne Nutzsignal.
Quellen
- ffmpeg: Filters Documentation: die Abschnitte zu
afftdnmitnoise_reduction,noise_floor,noise_typeundoutput_modesowie zuanlmdnmitstrength,patchundresearch; die Vorgabewerte stammen aus der eingebauten Hilfe von ffmpeg 7.1.5. - Audacity: Noise Reduction: das Rauschprofil als erster Schritt, der Rat, den kleinsten ausreichenden Wert zu nehmen, weil höhere Werte das verbleibende Material beschädigen, und die Abhörfunktion für den entfernten Anteil als Mittel, diesen Schaden zu beurteilen.
- ITU-R BS.1770: Algorithms to measure audio programme loudness and true-peak audio level: die Grundlage der Pegelangaben in dieser Reihe.
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