CrackleLess Grooves

Ein audioforensischer Bericht ueber die messtechnische Wirksamkeit des Schallplattenreinigers „Gruener Record-Film“

Thema der Untersuchung

Erstellung von Schallplatten-Digitalaufnahmen vor und nach der Reinigung mit dem Schallplattenreiniger „Grüner Record-Film“ und messtechnische Analyse auf Qualitätseigenschaften und Qualitätsveränderungen.

Für die Untersuchung wurden stichprobenartige Vorher-Nachher-Aufnahmen von Songs der B-Seiten der repräsentativen Alben „5„ von J.J. Cale aus dem Jahre 1979 als auch „Synesthesia – I Think in Colours“ von Alle Farben aus dem Jahre 2014 vorgenommen. Diese wurden im Vorfeld der Vorher-Aufnahme mit einer handelsüblichen Plattenbürste gereinigt, um ein möglichst aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten.

Die Aufnahmen erfolgten anschließend jeweils mit folgenden Hardware-Komponenten:

Im Anschluss wurden diese Aufnahmen einem unabhängigen Medien-Sachverständigen zur Analyse der erstellten Audio-Dateien übergeben. Dieser führte seine Untersuchungen mit dem Audio-Forensik-System CEDAR Cambridge V13 durch und fertigte zu folgenden Vergleichs-Parametern eine jeweilige Untersuchung durch:

Zur Analysedurchführung wurden repräsentative Signale im Audio-Material herausgesucht und den entsprechenden Untersuchungen zugeordnet. Die belastbaren Ergebnisse wurden als Screenshots dokumentiert und an den entsprechenden Stellen im Absatz „Detaillierte Untersuchungsergebnisse“ beschrieben. Der Inhalt des Absatzes entspricht weitestgehend dem Wortlaut des Untersuchungsberichtes selbst und wurde vereinzelt zu Zwecken der Lesbarkeit leicht umformuliert, inhaltlich jedoch nicht verändert.

Zusammenfassung

Instrumente (z. B. die Gitarre in B5 Fate of Fool) wirken nach der Reinigung präsenter. Klicks scheinen durch hohe Frequenzen (in den uncleanen Versionen) das menschliche Ohr gegenüber Instrumenten zu desensibilisieren.

Räumlichkeiten bleiben unverändert. In der Tendenz klingen saubere Playbacks trockener. Der Klang der Audioaufnahme nähert sich damit ihrem ursprünglichen Klangbild wieder an. Durch die Störsignale, insbesondere hervorgerufen durch Verschmutzungen, entsteht in der Hörwirkung eine künstliche Räumlichkeit, die eigentlich nicht vorhanden ist. Wird mit der Reinigungsmethode die Absicht einer Wiederherstellung des originalen Klangbildes verfolgt, ist dieses Methode als sinnvoll zu erachten.

Sowohl in der Wellenform als auch im Spektrogramm ist prägnant ersichtlich, wie die tieffrequenten Laufgeräusche („Rumpeln“, bei ca. 15 Hz, Subbass-Bereich) nach der Reinigung reduziert werden.

Ebenso zeigt sich im hochfrequenten Bereich oberhalb von ca. 14.000 Hz nach der Reinigung eine von Crackles reduzierte Darstellung. Diese Aufnahmen wirken nach der Reinigung deutlich aufgeräumter. Es zeigt sich eine detaillierte, transparente Darstellung der Musik.

Im Ergebnis ist eine sehr gute Signalwiederherstellung nach der Reinigung zu erkennen.

Zusammenfassendes Ergebnis des Audio-Forensikers im Wortlaut

Detaillierte Untersuchungsergebnisse

Teil A ~ Wellenform

Für die Untersuchungen in der Wellenformdarstellung wurden repräsentative Stellen des Musikstückes „J.J. CALE“, Album „5“, B-Seite, Titel 5 – „Fate of Fool“ ausgewählt. Die in Abbildung 1-2 eingezeichneten Koordinatenbezeichnungen sowie die Kanalaufteilung gelten ebenso für alle nachfolgenden Abbildungen, wenn nicht anders beschrieben.

Vor allem die Einlaufrille und die Pausen zwischen den Titeln zeigen große und kleinere Klicks, die diskret wahrnehmbar sind. Störungen wie Klicks, Crackles (siehe Abbildung 1-2, No. 1 und No. 3) und Scratches (siehe Abbildung 1-2, No. 2) wurden größtenteils ohne hörbare Artefakte entfernt.

Die Wellenform ist auf der Y-Nulllinie durch veränderte Maxima in der Wellenform verschoben (Wandlungsprozess). Ausgelöst wird dies z. B. durch fehlende Spikes, die kaum wahrnehmbar sind). Interessanterweise sind die tieffrequenten Überlagerungen (Frequenzschwingungen, die nicht zum Nutzsignal gehören) in der uncleanen Version verringert (siehe Abbildung 1-2, No. 4). Dies hat möglicherweise positive Auswirkungen auf den Tonabnehmer, da tiefe Schwingungen (entstanden durch Verschmutzungen) durch die Reinigung reduziert wurden.

Ein großer Klick (siehe Abbildung 1-2, No. 3) hat auf beiden Kanälen L+R deutliche Auswirkungen auf die Abtastnadel, die über das Hindernis springt. Diese Effekte sind in der cleanen Version nicht erkennbar. Kleine Klicks (siehe Abbildung 1-2, No. 1) kommen hingegen vorwiegend auf einem Kanal vor. Nach der Reinigung wurden Spikes, tiefe Frequenzen und Überlagerungen entfernt, was mithin zu einem guten Klangergebnis führt.

Die folgende Abbildung zeigt eine Wellenformdarstellung von clean und unclean Versionen der gleichen Aufnahme im Macro-Bereich bei Position ca. 01:55:03. Nach der Reinigung ist der Klick verschwunden (siehe Abbildung 3-4, No. 5).

Die Details der Wellenform bleiben nahezu identisch erhalten. Die veränderte Wellenform wurde auch im Ausschwingbereich wieder hergestellt. Es wurden keine Artefakte hinzugefügt. Kleine Wellen vor und nach dem Klick werden durch die Reinigung wieder freigelegt und das ursprüngliche Signal wiederhergestellt.

Transienten bzw. hier, die hochfrequenten Signalanteile innerhalb eines Signals dürfen bei einer Reinigung nicht verloren gehen. Die mechanische Reinigung stellt gegenüber einer „digitalen Reinigung“ einen Vorteil dar, da die Transienten des aufgezeichneten Nutzsignals nicht angetastet werden. Insbesondere bei Digitalrestaurationen ist dieser Frequenzbereich sehr sensibel, da die hohen Frequenzanteile fehlen würden und somit die Gefahr von reduzierten Transienten besteht.

Die in der Analyse untersuchten Rim Shots zeigen jedoch eine nahezu identische Wellenformdarstellung und bleiben auch nach einer Reinigung erkennbar unverändert (siehe Abbildung 5-6, No. 6), was zu einem präsenteren Klangbild führt, da die Transienten nicht von Rauschsignalen überdeckt sind.

Teil B ~ Spektralanalyse

Für die aktuelle Analyse wurde aus dem Titel „Fate of the Fool“ jeweils ein 10-Sekunden-Ausschnitt des linken Kanals vor und nach der Reinigung gewählt. Der Pegel auf der Y-Achse zeigt eine Bandbreite von 0 -140 dB. Auf der linearen Frequenzachse sind keine signifikanten Unterschiede zu erkennen (siehe Abbildung 7-8): das Frequenzspektrum ändert sich nicht nach der Reinigung.

In den nachfolgenden Spektrogramm-Darstellungen wird der Pegel über die Frequenz farbig in einem Verlauf von Blau nach Rot angezeigt, der Pegel wird dabei zum Rot hin lauter. Bei den tiefen Frequenzen im unteren Bildbereich existiert eine sehr hohe Pegelintensität. Die Frequenz auf der Y-Achse wird in einem Bereich von 0 – 22 kHz angezeigt. In einem Zeitausschnitt zwischen ca. 01:55:10 bis 01:57:10 bei der uncleanen Version des Titels „Fate of the Fool“ und dem vergleichbaren Zeitabschnitt von ca. 01:59:00 bis 02:01:10 bei der cleanen Version ist der prägnante Knackser nach der Reinigung verschwunden (siehe Abbildung 9-10, No. 7).

An der Einlaufrille oder in den stillen Sequenzen zwischen den Titeln ist sowohl in der Wellenform als auch im Spektrogramm prägnant ersichtlich, wie die tieffrequenten Laufgeräusche bei ca. 15 Hz (Subbass-Bereich) nach der Reinigung reduziert werden (siehe Abbildung 11-12, No. 10). Klicks sind nach der Reinigung abgeschwächt (siehe Abbildung 11-12, No. 8 als auch Abbildung 13-14, No. 11).

In der Wellenformdarstellung des Zeitausschnitts zwischen ca. 01:39:04 bis 01:39:19 aus „Let’s Go To Tahiti“ sind beide Kanäle der uncleanen Version mit dichtem Gesang visuell dargestellt. Nicht zu sehen in dieser Darstellung sind die kleinen, kaum voneinander zu trennende Kratzer. Das Spektrogramm jedoch, visualisiert die nahezu verrauschten und leicht verzerrten Signale.

Ab ca. 4.000 Hz ist ein Bereich zu sehen, der vor der Reinigung mit solchen Crackles überlagert ist (siehe Abbildung 13-14, No. 12a), nach der Reinigung zeigt sich dort ein scharf getrennter Bereich ohne Crackles. Ebenso zeigt sich auch im hochfrequenten Bereich oberhalb von ca. 14 kHz nach der Reinigung eine von Crackles reduzierte Darstellung (siehe Abbildung 13-14, No. 12b sowie Abbildung 11-12, No. 9). Die Aufnahme wirkt nach der Reinigung dadurch deutlich aufgeräumter, was eine detailliertere, transparente Darstellung der Musik bewirkt.

Fast unhörbaren Crackles, die häufig eher als Verzerrung wahrgenommen werden, sind besonders gut in reinen Synthesizer-Signalen wie auf dem Album „Synesthesia“ von Alle Farben wahrzunehmen. Manche Crackles sind zwar deutlich zu hören, jedoch in der Wellenform nicht zu sehen. So sind die Wellenformdarstellungen des Zeitausschnitts zwischen ca. 00:40:08 bis 01:40:11 im Titel „Synesthesia“ in der uncleanen und cleanen Aufnahme nahezu identisch (siehe Abbildung 15-17).

Hingegen sind in der Spektrogramm-Darstellung die Unterschiede nach einer Reinigung sehr deutlich zu erkennen (siehe Abbildung 16-18, No. 13), insbesondere oberhalb der 10 kHz Frequenzen (siehe Abbildung 16-18, No. 14) werden Crackles entfernt. Im bereinigten Signal der cleanen Version ist die Verbesserung gut zu hören.

Teil C ~ Balance

Die Räumlichkeiten sind in den jeweils uncleanen Versionen von „Fate of the Fool“ und „Mona“ durch die vorherrschenden Verschmutzungen stark verzerrt. Die Reinigung wirkt sich auf die Basisbreite/Balance aus, wodurch sich mit der reinigungsbedingten Entfernung von Klicks die Raumdarstellungen verjüngen (siehe Abbildung 19-20, No 14. sowie Abbildung 20-21, No 14.) und die Räumlichkeit der Aufnahme wieder näher an das Original gebracht wird.

Begriffsdefinitionen

Diskret: Aus einer endlichen Menge abzählbar

Transienten: Kurzer Zeitabschnitt, in welchem ein plötzlich in Schwingung versetztes schwingendes System (Saite, Luftsäule, Stab, o.ä.) zunächst noch chaotisch schwingt (Geräusch), bevor sich die Longitudinalwellen in Grund- und harmonische Oberschwingungen ordnen (Klang), z. B. durch Saitenanschlag mittels Plektrons (Plättchen).

Rim Shot: Percussion-Technik, die verwendet wird, um eine akzentuierte Note zu produzieren. Dieser Klang wird durch gleichzeitiges Aufschlagen der Felge und des Kopfes einer Trommel mit einem Trommelstock erzeugt.

Crackle: Knistern, Prasseln, Rasselgeräusche

Scratch: kritische Stelle, z.B. Kratzer, Kratzungen die auch über Schmutz kommen können oder auch kleinste Verschmutzungen

Wellenform: Eine Wellenform ist eine grafische Darstellung von Klang oder Licht. Die Amplitude bzw. der Schalldruck ergibt über den Zeitverlauf in der Regel eine glatte Wellenform. Die Wellenformanzeige zeigt eine Echtzeit-Wellenformdarstellung des abgehörten Wellensignals. Auf der vertikalen y-Achse wird die Amplitude der Welle von +/- 0 dB (Dezibel) bis – ∞ dB dargestellt, die horizontale x-Achse zeigt die Zeitachse.

Prinzipiell ist in der Wellenformdarstellung die formale Struktur der Aufnahme erkennbar. Leise und laute Stellen innerhalb der Aufnahme, Pausen, Ein- und Ausblendungen, hoher und niedriger Dynamikumfang, Komprimierungsgrade und strukturelle Übereinstimmungen können anhand dieser Wellenform visuell erkannt werden. Es kann jedoch nicht mit eindeutiger Sicherheit ein Rückschluss auf die eigentliche Melodie bzw. Aufnahmeinhalte gezogen werden.

Spektralanalyse: Bei einer Spektrogramm-Darstellung wird die Spektraldichte eines Signals über einen Zeitverlauf dargestellt. Mit dieser Darstellung kann das Audiomaterial visualisiert werden. Auf der vertikalen Y-Achse wird das Frequenzspektrum (Frequenzbereich) dargestellt, die horizontale X-Achse zeigt die Zeitachse. Im unteren Bereich werden die niedrigen Frequenzen, im oberen Bereich die höheren Frequenzen dargestellt. Die Frequenz gibt die Zahl der Perioden an, die in einer Sekunde durchlaufen werden. Die Einheit der Frequenz ist das Hertz (Hz). 1 Schwingung setzt sich aus einer positiven und einer negativen Halbwelle zusammen, d.h. das Hin- und Herpendeln der Elektronen bezeichnet man als Schwingung, Welle oder Periode ( 1 Hz ist 1 Schwingung in 1 Sekunde (s) 1 Hz = 1 / s ).

Die Farben der Spektrogramm-Darstellung zeigen die Signalamplitude (Signalpegel). Die Intensität bzw. der Pegel der Frequenzen werden in einem Farbspektrum dargestellt. Die Spektrum-Darstellung dient dazu, gezielt sowohl auf ganz bestimmte Frequenzbereiche als auch bestimmte Zeitbereiche zuzugreifen, im Gegensatz zur standardmäßigen Wellenformbearbeitung, die immer in der gesamten Frequenzdomäne durchgeführt wird.

Einschränkend ist anzumerken, dass Abweichungen in der Spektrogramm-Darstellung aufgrund von Aufnahmebedingungen (Sprachpegel, Hintergrund- und Nebengeräusche, Akustik, Mikrofonposition) sowie unterschiedlichem Sprachverlauf entstehen können. Eine deckungsgleiche Übereinstimmung ist deshalb kaum möglich. In vorliegendem Fall handelt es sich jedoch um Musikdateien, die aus dem gleichen Aufnahmeursprung kommen. Bei der Spektrogramm-Darstellung kommt es insb. auf die Übereinstimmung bzw. Abweichung von Mustern an.

Frequenzanalyse: Aus der Frequenzanalyse geht die spektrale Zusammensetzung eines Signals hervor und lässt sich grafisch darstellen. Diese visuelle Anzeige entspricht einem Durchschnittswert der Energieverteilung (Pegel) über den gemessenen Zeitabschnitt und dient als Überwachung der Schallaufzeichnung. Dies dient insbesondere der Untersuchung von Störschall, bei der Frequenzanteile des Störpegels analysiert werden können. Das menschliche Ohr bewertet akustische Ereignisse, insbesondere Störschall, selektiv. Eine subjektive Störwirkung ist durch eine einfache Pegelmessung nicht feststellbar (Webers, Tonstudiotechnik, 4. Aufl., 676).

Räumlichkeit: Mit der Räumlichkeit ist das Stereosignal, z. B. von Instrumentenklang, gemeint, dass sich über einen Panaromaregler auf links und rechts entsprechend aufteilen lässt, nicht zu verwechseln mit einer sogenannten „Tiefenräumlichkeit“ (einbezogene Kriterien von Raumgröße, Raumakustik, Halligkeit, Raumbeschaffenheit etc.). Da sich Störungen im Signal ungleichmäßig und zufällig verteilen, sind diese ebenso ungleichmäßig in der Balance verteilt, wodurch eine verzerrte Räumlichkeit entsteht. Wären die Störungen theoretisch angenommen gleichmäßig verteilt, würde sich die Balance zwischen links und rechts nicht verschieben. Durch die Analysesoftware kann die Basisbreite bzw. Balance über die gesamte Frequenz sichtbar gemacht und der Effekt der Abweichungen über ein zweidimensionales Klangbild dargestellt werden.

Balance bzw. Basisbreite: Die Hörereignis-Auslenkung in der Zweikanal-Standard-Stereoaufstellung findet zwischen einer linken und einer rechten Position vom Hörer aus gesehen statt.

Die Abbildungsrichtung wird in einer stereofonen Überlagerung einer Klangquelle zwischen den Lautsprechern festgelegt. Obwohl sowohl Pegel- als auch Zeitunterschiede die gewünschte Auslenkung einer Schallquelle aus der Mitte der Lautsprecherbasis bewirken, werden Zeitdifferenzen in den meisten Fällen nicht zur Panoramaregelung eingesetzt, da ein so erzeugtes Stereosignal eine geringere Monokompatibilität aufweist. Mit dem Panorama-Potentiometer (Pan-Pot) wird v.a. die sog. Intensitätsstereofonie geregelt. Bei einem zweikanal-stereofon codierten Signal erfolgt die Richtungseinordnung mit einem zweikanaligen Balanceregler, der die Pegel beider Eingangskanäle gegensinnig variiert und dadurch die Lokalisation und / oder das Lautstärkeverhältnis der Seiten verschiebt. Laufzeit- und Spektraldifferenzen kommen dabei nicht zum Einsatz (Dickreiter, Handbuch der Tonstudiotechnik, 7. Aufl. 322-326).