Intensität

Die Intensität ist ein Maß dafür, wie laut oder stark ein Signal ist. VoceVista zeigt sie auf zwei einander ergänzende Arten: die Gesamtintensität des Signals zu jedem Zeitpunkt und die Intensität jedes einzelnen Frequenzanteils im Signal.

Gesamtintensität und Intensität pro Frequenz

Die Wellenform zeigt die gemeinsame Stärke aller Frequenzen zu jedem Zeitpunkt. Die Werte der Wellenform sind Amplituden, die bei digitalem Audio auf den Bereich -1 bis +1 skaliert sind. Überschreitet das Signal diese Grenzen, werden die Samples bei ±1 abgeschnitten, und die entstehende Verzerrung nennt man Übersteuern.

Spektrum und Spektrogramm zeigen, wie sich die Energie auf die Frequenzen verteilt. Das Spektrum stellt die Intensität als Höhe auf seiner senkrechten Achse dar, das Spektrogramm als Farbe. Liest Du diese Ansichten zusammen (die Gesamtintensität in der Wellenform, die Intensität Frequenz für Frequenz im Spektrum), ergibt sich ein vollständiges Bild der Lautstärkestruktur einer Aufnahme.

Dezibel

Spektrum und Spektrogramm messen die Intensität in Dezibel (dB). Die dB-Skala ist logarithmisch und auf einen Bezugspegel bezogen. Sie beruht auf drei Regeln, an die man sich erst gewöhnen muss:

0 dB ist das Maximum: das lauteste Signal, das das Dateiformat darstellen kann. Es gibt keine positiven dB-Werte, weil alles Stärkere übersteuern würde.
Alle anderen Werte sind negativ: -6 dB, -12 dB, -24 dB und so weiter.
Jeder Schritt um -6 dB halbiert die Amplitude des Signals. Die wahrgenommene Lautstärke halbiert sich erst etwa alle -10 dB.

Somit hat -6 dB die halbe Amplitude von 0 dB, -12 dB ein Viertel, -18 dB ein Achtel und so weiter, während ein Signal bei -10 dB ungefähr halb so laut klingt wie eines bei 0 dB. Die Skala reicht unbegrenzt nach unten. Die praktische Untergrenze bilden das Rauschen der Aufnahme und die Bittiefe der Datei.

Warum die Skala umgekehrt ist

Diese Anordnung wirkt zunächst verkehrt herum, spiegelt aber eine echte Asymmetrie des digitalen Audios wider:

Es gibt keine natürliche Untergrenze dafür, wie leise ein Klang sein kann. Eine Schwingung lässt sich immer noch kleiner machen, daher reicht das untere Ende der Skala bis minus unendlich.
Es gibt eine natürliche Obergrenze: die größte Zahl, die das Dateiformat abbilden kann. Diese harte Grenze bietet sich als Bezugspunkt an und wird daher auf 0 dB gesetzt.

Ein hilfreicher Vergleich ist die Tiefe unter der Oberfläche eines Gewässers. Die Oberfläche ist der natürliche Bezugspunkt (0 m), jede Tiefe darunter ist negativ (-1 m, -2 m, …), und es gibt keine theoretische Grenze dafür, wie tief man gehen kann. Die Aussage „Ich bin bei -10 m“ beschreibt eine klare, absolute Position. Die Aussage „Ich bin bei 50 % der Tiefe“ tut das nicht, denn die Antwort hängt davon ab, wie tief das Wasser an dieser Stelle ist. Die Schallintensität in dB funktioniert genauso: 0 dB ist die Oberfläche, und jedes leisere Signal liegt irgendwo darunter.

Dynamikumfang

Welcher Intensitätsbereich tatsächlich sichtbar ist, hängt vom Aufnahmeformat und von der Analyse ab:

Aufnahmeformat: 16-Bit-Audio bietet etwa 96 dB Dynamikumfang und 24 Bit etwa 144 dB. 32-Bit-Float hat einen unrealistisch großen theoretischen Bereich, der vor allem als Aussteuerungsreserve gegen Übersteuern bei Aufnahme und Bearbeitung nützlich ist.
Spektrumanalyse: Die Spektrumanzeige zeigt typischerweise über etwa 100 dB verwertbare Details. Die Untergrenze dieses Bereichs wird durch die FFT-Fensterfunktion, das Hintergrundrauschen der Aufnahme und das Mikrofon bestimmt.

Für die meisten Analysezwecke genügt es, sich auf den Bereich von 0 dB bis hinunter zu -60 dB zu konzentrieren, um die relevanten Inhalte zu sehen. Klänge, die leiser als -60 dB sind, lassen sich meist nicht vom Rauschen unterscheiden.

In VoceVista

Den sichtbaren Dynamikumfang von Spektrum und Spektrogramm stellst Du mit den Reglern für Helligkeit und Kontrast in der Symbolleiste ein. Die Amplitudenachse der Wellenform lässt sich zwischen linearer und logarithmischer Darstellung umschalten, siehe Zeitleiste und Wellenform. Die Farbzuordnung des Spektrogramms richtest Du im Farbschemaeditor ein.