Audiotechnik interaktiv
Interaktive Modelle und Grafiken zu Sound, Audio und Akustik – frei nutzbar für Lehre und Selbststudium.
Ich bin Jan-H. Kramer und unterrichte Medientechnik und Audiotechnik an der Hochschule Osnabrück. Die Module sind für meinen Kurs entstanden: Man kann an ihnen drehen, sie beobachten und anhören, statt nur Formeln zu lesen. Ich freue mich, wenn auch andere sie in ihrem Unterricht einsetzen – gern und kostenlos, mit Angabe der Herkunft. Hinweise zur Nutzung
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Signale und Klang
Woraus Klänge bestehen: Schallarten, Grundton, Obertöne und Wellenform.
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Schallarten: Ton, Klang, Geräusch und Knall
Die vier Schallarten nach DIN 1320 im Vergleich: Zeitverlauf, Linien- oder kontinuierliches Spektrum, Periodizität, Tonhöhe und Scheitelfaktor – mit Tongemisch, Rauschfarben und Knall zum Anhören.
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Obertonreihe
Klänge aus Sinusschwingungen zusammensetzen: Teiltöne frei gewichten oder Sinus, Sägezahn, Rechteck und Dreieck laden – mit Wellenform, Klaviatur und Klirrfaktor.
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Hören und Psychoakustik
Wie das Gehör Pegel und Frequenzen wahrnimmt – Lautstärke und Verdeckung.
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Dezibel und phon
Schalldruckpegel und empfundene Lautstärke im Isophonen-Diagramm vergleichen: Töne ziehen, Pegel ändern, phon und sone ablesen.
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Verdeckung und Mithörschwelle
Ein lauter Ton oder ein Rauschen macht leisere Töne in seiner Nähe unhörbar – im Spektrum und kurz davor und danach. Maskierer und Testton ziehen und die Mithörschwelle ablesen.
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Filter
Analoge Filter und Equalizer, anschaulich als schwingende Feder-Masse-Systeme.
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Feder-Masse-System als High-Cut-Filter
Ein Signal regt ein Feder-Masse-System an. Wie träge die Masse folgt, bestimmt, welche Frequenzen durchkommen: ein Tiefpass 2. Ordnung.
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Feder-Masse-System als Low-Cut-Filter
Das Signal bewegt ein Gehäuse, in dem eine Masse an einer Feder hängt. Gemessen wird die Bewegung der Masse relativ zum Gehäuse: tiefe Frequenzen verschwinden, hohe kommen durch – ein Hochpass 2. Ordnung.
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Bell-Filter (Glockenfilter / Peak-EQ)
Ein Resonator aus Feder und Masse wird dem Direktsignal beigemischt oder von ihm abgezogen. So entsteht eine Anhebung oder Absenkung um die Mittenfrequenz – wie beim parametrischen Equalizer.
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Shelving-Filter (Kuhschwanz / Low- und High-Shelf)
Derselbe Feder-Masse-Resonator wie beim Bell-Filter, nur anders abgegriffen: Lage oder Trägheitskraft der Masse und die Dämpferkraft werden dem Direktsignal beigemischt. So entsteht eine Anhebung oder Absenkung aller tiefen oder aller hohen Frequenzen – wie beim Bass- und Höhenregler.
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Pre- und De-Emphasis (RIAA, UKW, CD, Tonband)
Vor dem Medium werden die Höhen angehoben, danach spiegelbildlich abgesenkt: Das Signal kommt unverändert an, Rauschen und Knistern werden leiser. Mit der RIAA-Kurve der Schallplatte, UKW, CD-Emphasis und den Bandentzerrungen – auch zum Hören.
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Digitale Signalverarbeitung
Abgetastete Signale: Digitalfilter, Phasengang und Spektralanalyse.
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FIR-Filter (digitales Filter)
Das Signal wird abgetastet, läuft durch eine Verzögerungskette und wird mit Koeffizienten gewichtet aufsummiert. Die Koeffizienten lassen sich mit der Maus frei ziehen.
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Pre-Ringing: linearphasig vs. minimalphasig
Zwei digitale Tiefpässe mit nahezu gleichem Frequenzgang – aber das linearphasige Filter schwingt schon, bevor die Flanke kommt. Der Abspielkopf zeigt, wann was passiert.
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Vorwärts-rückwärts-Filtern (filtfilt)
Ein minimalphasiges Filter einmal rückwärts und einmal vorwärts angewendet: Die Phasendrehungen heben sich auf, das Ergebnis ist symmetrisch – mit Pre-Ringing. Schritt für Schritt.
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FFT: vom Signal zum Spektrum
Wie ein Analyzer aus N Abtastwerten ein Spektrum berechnet: Frequenzauflösung, Leckeffekt, Fensterfunktionen und Aliasing zum Ausprobieren.
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Dynamik
Pegel automatisch regeln: Kompressor, Limiter und ihre Signalwege.
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Kompressor und Limiter
Threshold, Ratio, Knie, Attack, Release und Lookahead an Testsignalen ausprobieren: Kennlinie, Gain Reduction und Pegel live.
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Signalwege von Kompressoren
Feed-forward, Feedback, Sidechain, Parallel, Multiband und Stereo-Link im Blockschaltbild umschalten und vergleichen.
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Effekte
Modulationseffekte, die Klang durch Verzögerung und Multiplikation verändern.
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Flanger, Chorus und Phaser
Drei Modulationseffekte mit einem Umschalter vergleichen: wandernde Kerben im Frequenzgang, Verzögerung oder Allpass-Kette, LFO und Rückkopplung.
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Ringmodulator
Eingang mal Träger: Summen- und Differenzfrequenzen im Spektrum, Zeitverlauf der Multiplikation, Übergang zu AM und Tremolo und warum der Klang unharmonisch wird.
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