Aussteuerungsmesser

Lichtzeigerinstrument Siemens & Halske/WSW

Fluoreszenzanzeige an einem High-End-Kassettendeck aus den späten 1980er Jahren mit seltener dbx-Rauschunterdrückung.

Ein älterer englischer Pegelmesser, mit für britische Geräte typischer Skalenteilung.

Zeigerinstrumente in der Audiomesstechnik sind typischerweise (dynamische) Drehspulmesswerke. Der Lichtzeiger wurde früher in analogen Aussteuerungsmessern wegen seiner geringen Trägheit verwendet, er arbeitet ebenso mit einem Drehspul-Messwerk. Weiterhin gibt es Plasma-, Fluoreszenz-, LED- und LCD-Anzeigen. Historisch wurde auch das Magische Auge verwendet.

Der wesentliche Gegensatz in der Audiotechnik lautet nicht „Analog oder Digital“. Da digitale Aufzeichnungsgeräte in direkter Konkurrenz zu den analogen Verfahren entstanden sind und mit ihnen auch die Digital-Mischpulte und -Effektgeräte aufkamen, sieht dies lediglich auf den ersten Blick so aus.

Der technische Unterschied ergibt sich vielmehr durch die – aus rein technischer Sicht – mangelhafte Linearität analoger Aufzeichnungsverfahren und der Röhrentechnik. Ihnen ist gemeinsam, dass sie im Bereich der Vollaussteuerung den optimalen Kompromiss zwischen (hohem) Rauschabstand und (niedrigem) Klirrfaktor erreichen. Oberhalb davon sorgen Sättigungseffekte der analogen Bandtechnik und der Röhrentechnik für den „angenehmen Klang“. Physikalisch betrachtet ist dies eine nichtlineare Signalveränderung ähnlich einem Kompressor, vermischt mit angenehm klingender Verzerrung durch Ganzzahlige Vielfache des Grundtons (= ungeradzahlige Obertöne). Dieser Effekt nennt sich beim Tonband „Bandsättigung“ und beim Gitarrenverstärker „Overdrive“.

Im Gegensatz dazu steht die digitale Tonsignalverarbeitung, und zwar zusammen mit der analogen Transistortechnik. Ihnen ist gemeinsam, dass die Übersteuerungsgrenze eines Audioeingangs oder -Kanals eine feste Größe ist. Bei digitalen Signalen liegt sie systembedingt bei 0 dBFS, bezogen auf einzelne Samples. Bei analogen Transistorschaltungen liegt sie bei der Obergrenze der Versorgungsspannung, genauer gesagt aus technischen Gründen in der Praxis geringfügig darunter. Bei Übersteuerung eines digitalen Gerätes tritt nahezu schlagartig ein erheblicher Anstieg der nichtlinearen Verzerrungen auf (Clipping). Dies gilt aber genauso für die Transistorschaltung.

Mit Einzug der Digitaltechnik ließen sich auch völlig trägheitslose Aussteuerungsmesser realisieren, die auf das Bit genau die höchste Aussteuerung anzeigen können. Es hat sich in der Praxis aber sehr schnell gezeigt, dass diese trägheitslosen Anzeigen zur Aussteuerung ungeeignet sind, das Auge ist dafür viel zu träge. Auch den digitalen Anzeigen wurde eine künstliche Trägheit beigebracht, zumindest besitzen sie eine mehr oder weniger stark gedämpfte Rücklaufzeit, damit das Auge die Pegelspitzen noch registrieren kann.

Aussteuerungsmesser für digitale Umgebungen sind in DIN IEC 60268-18 genormt. Die Anzeige, die zwischen −60 und 0 dB liegt, ist in dBFS geeicht; eine Anzeige positiver dB-Werte ist wegen der hohen Ansprechgeschwindigkeit nicht unbedingt erforderlich. Diese Instrumente eignen sich für die Erkennung von Amplitudenspitzen, besonders in der Audioproduktion, um Klippung zu vermeiden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine Aussteuerung unterschiedlicher Audio-Genres nach 'wahren' Spitzenwerten ein starkes Ungleichgewicht zwischen sehr spitzenhaltigen und dichten (komprimierten) Audiosignalen verursachen kann, wie es beim Quasispitzen-Aussteuerungsmesser nach DIN nicht auftritt. Dieses Ungleichgewicht wirkt sich in stark unterschiedlicher Lautstärke aus.

Ein zusätzliches Phänomen digitaler Aussteuerungsmesser besteht darin, dass diese bisher meist nur statistisch wahre Spitzenwerte in Form von Abtastwerten anzeigen (SPPM), denn zwischen den Abtastwerten können sich höhere Werte verbergen, die erst nach einer Abtastratenwandlung bzw. D/A-Wandlung sichtbar werden. Diesen Nachteil versuchen neuere Aussteuerungsmesser vor der Messung durch eine mindestens 4-fache Überabtastung (Oversampling) zu vermeiden.

In der Rundfunk- und Fernsehtechnik werden digitale Aussteuerungsmesser verwendet, die die ballistischen Eigenschaften des genormten analogen QPPM-Aussteuerungsmessers genau nachbilden. Somit konnte die Arbeitsweise aus der analogen in die digitale Welt übernommen werden. Hier kommt die Aussteuerungsreserve (Headroom) von 9 dB zum Tragen, da die Scheitelwerte von Sprache oder Musik +3 bis +6 dB über dem Anzeigewert des genormten Aussteuerungsmessers liegen können. In seltenen Fällen treten sogar bis zu +9 dB auf. Der aus der EBU-Empfehlung R.68 abgeleitete 9 dB-Headroom gilt speziell für Aussteuerungsmesser mit diesem ballistischen Verhalten. Diese Arbeitsweise stellt sicher, dass weder bei analoger noch bei digitaler Audioübertragung Verzerrungen entstehen.

Das Anzeigeverhalten von analogen und digitalen Aussteuerungsmessern wurde 1998 von der Hörfunkbetriebsleiter-Konferenz im Dokument Pflichtenheft 3/6 festgelegt. Dieses Dokument weist ausdrücklich darauf hin, dass der dort spezifizierte Aussteuerungsmesser nicht zu verwechseln ist mit den in DIN-IEC 268-10 Typ II und DIN-IEC 268-17 genormten Geräten.

Traditionell sind in verschiedenen europäischen Ländern Aussteuerungsmesser mit unterschiedlichen Skalenteilungen und Anzeigecharakteristika im Einsatz. Ihre Eigenschaften sind in DIN IEC 60268-10 beschrieben. Demnach sind folgende Typen zu unterscheiden:

	DIN IEC 60268-10				DIN IEC 60268-18
	Typ I (DIN)	Typ I (Nordic)	Typ IIa (British)	Typ IIb (EBU)	Digital
Skala
Bezugsanzeige	„0 dB“	„Test“ (0 dB)	„6“	„+9 dB“	„0 dB“
Bezugspegel	+6 dBu (≈ 1,55 V)1	0 dBu (≈ 0,775 V)1	+8 dBu (≈ 1,94 V)1	+9 dBu (≈ 2,18 V)1	0 dBfs
Integrationszeit	5 ms / 80 %	5 ms / 80 %	10 ms / 80 %	10 ms / 80 %	≤ 1 ms
Rücklaufzeit	1,5 s („0 dB“ bis „−20 dB“)	1,5 s („0 dB“ bis „−20 dB“)	2,8 s        („7“ bis „1“)	2,8 s („+12 dB“ bis „−12 dB“)	1,7 s („0 dB“ bis „−20 dB“)
	1 bei sinusförmigem Pegelton

Aussteuerungsmesser nach DIN IEC 60268-10 I entsprechen der im Jahr 2000 ausgelaufenen DIN 45406 mit dem Unterschied, dass deren Integrationszeit nun mit 5 ms auf 80 % Anzeige (−2 dB) angegeben wird. Das entspricht dem früheren DIN-Verhalten (10 ms auf 90 %). Bei skandinavischen Rundfunkanstalten gebräuchliche Geräte haben gleiche Eigenschaften, jedoch eine abweichende Skala („Nordic Scale“) mit einem Bezugspunkt bei 0 dBu.

In Großbritannien sind Aussteuerungsmesser mit einer Skalenteilung von „1“ bis „7“ („British Scale“) üblich; zwischen den Teilstrichen liegen jeweils 4 dB. Der Bezugspunkt liegt bei „6“, bei einem Bezugspegel von +8 dBu. Diese Geräte sind in DIN IEC 60268-10 IIa genormt.

Für internationale Tonübertragungen im Rahmen der EBU sind Geräte nach DIN IEC 60268-10 IIb mit einer Skala von −12 bis +12 dB (ein Teilstrich entspricht 2 dB) im Gebrauch. Der Bezugspunkt liegt bei +9 dB, der Bezugspegel bei +9 dBu; eine Referenzmarke ist bei 0 dB(u) angebracht.[2]

Der Aussteuerungsmesser muss ein präzises und ermüdungsfreies Ablesen ermöglichen. Dabei ist die technische Ausführung prinzipiell nachrangig: „Zeigerinstrument“ bedeutet nicht unbedingt „vu-Meter“; „LED-Kette“ nicht zwangsläufig „Spitzenwertanzeige“. Entscheidend ist die Art des vorgeschalteten Messverstärkers (Gleichrichters). So waren in deutschen Tonstudios durchaus Drehspulmesswerke mit Rohrzeigern gebräuchlich – verbreiteter waren Geräte mit Lichtzeiger –, die ab den späten 1970er Jahren von Geräten mit LED-Ketten oder Gasplasmaanzeigen abgelöst wurden. Während früher Messverstärker (U70, U270, U370…) und Anzeigegerät (J45, J47, J645…) in separaten Gehäusen untergebracht waren, sind heute ausschließlich integrierte Geräte auf dem Markt. Diese besitzen zum Teil einen eingebauten Korrelationsgradmesser zur Anzeige der Monokompatibilität.

Aussteuerungsmesser eignen sich nicht für eine Lautstärkemessung bzw. einen Lautstärkevergleich. Nur mit einiger Erfahrung kann von der Anzeige ungefähr auf die Lautstärkeverhältnisse geschlossen werden. Werden unterschiedliche Tonprogramme mit gleichem Pegel ausgesteuert, ergeben sich unterschiedliche Lautheiten.

Die unterschiedlichen ballistischen Eigenschaften von Aussteuerungsmessern für analoge und digitale Umgebung führen zu Schwierigkeiten bei der praktischen Beurteilung des Durchschnittspegels. Aussteuerung lediglich mit einem Gerät mit kurzer Integrationszeit führt tendenziell zu Untersteuerung, da durch die Anzeige kürzester Pegelspitzen ein scheinbar höherer Durchschnittspegel angezeigt wird. Manche Aussteuerungsmesser sind in ihrer Anzeigecharakteristik umschaltbar; für eine korrekte Aussteuerung muss aber mit schneller und langsamer Anzeige gleichzeitig gearbeitet werden – entweder also mit zwei Geräten oder mit einem Gerät mit kombinierter Anzeige.

Die in vielen Geräten aus den USA oder Japan eingebauten vu-Meter haben nach Norm eine recht große Integrationszeit von 300 ms um Signalspitzen anzuzeigen. Diese VU-Meter werden daher manchmal mit einer zusätzlichen einzelnen LED zur Anzeige des Spitzenwerts versehen, was in der Praxis aber eine unzureichende Lösung darstellt.

Zum Beispiel ist bei HiFi- und Heim-Magnettonbandgeräten die Einhaltung sinnvoller Verzerrungsgrenzen sehr schwierig. Das kann ein wenig durch nicht normgerechte Aussteuerungsanzeigen ausgeglichen werden. Diese Anzeigen weisen bewusst eine Frequenzgangverzerrung auf und im Idealfall eine Kombination von VU-Metern und Spitzenwertanzeigen. Bei den meisten Heimtongeräten ist eine korrekte Aussteuerung in tontechnischer Hinsicht jedoch kaum möglich, weder in Hinsicht auf die Lautstärke, noch in Hinsicht auf die Einhaltung einer befriedigenden Klangqualität (Ausreizen der Verzerrungsgrenze).

Neben den auf ARD-Normpegel (+6 dBu) geeichten Aussteuerungsmessern kommen zunehmend auf den internationalen Wert für Vollaussteuerung (+4 dBu, entspr. 1,228 V_eff bei sinusförmigem Pegelton) geeichte Geräte auf den Markt. Moderne Aussteuerungsmesser besitzen daher einen umschaltbaren Bezugspegel.

Als Hersteller von Aussteuerungsmessern sind im Wesentlichen die Firmen RTW (Köln) sowie DK-Technologies (vormals NTP, Dänemark; Markenname „DK-Audio“) und Dorrough (Woodland Hills, California, USA), auf dem Markt vertreten (früher z. B. auch AEG-Telefunken, Siemens oder EAB).

Neben Geräten existiert auch eine zunehmende Zahl softwarebasierender Aussteuerungsmesser, die sowohl für Messungen in Echtzeit als auch für filebasierende Workflows eingesetzt werden können. Sie sind in Form von Software-Plug-Ins und/oder als eigenständige Software verfügbar. Einige der bekanntesten Hersteller dafür sind Dolby Laboratories (San Francisco, USA), NuGen Audio (Leeds, England), Pinguin (Hamburg, Deutschland) und TC Electronic A/S (Risskov, Dänemark). Die meisten dieser softwarebasierenden Aussteuerungsmesser können für unterschiedliche Integrationszeiten und Bezugspegel eingestellt werden, viele messen neben dem elektrischen Signalpegel mittlerweile auch die Lautheit nach ITU BS.1770-2 respektive EBU R128.

• DIN 45406: Aussteuerungsmesser für elektroakustische Breitbandübertragung.
• DIN-IEC 60268-10: Elektroakustische Geräte – Teil 10: Spitzenspannungs-Aussteuerungsmessgerät.
• Michael Dickreiter, Volker Dittel, Wolfgang Hoeg, Martin Wöhr (Hrsg.), "Handbuch der Tonstudiotechnik", 8., überarbeitete und erweiterte Auflage, 2 Bände, Verlag: Walter de Gruyter, Berlin/Boston, 2014, ISBN 978-3-11-028978-7 oder e-ISBN 978-3-11-031650-6

1. Michael Dickreiter: Handbuch der Tonstudiotechnik. Saur-Verlag, München.
2. Technische Richtlinie 3205-E der EBU: The E.B.U. Standard Peak-Programme Meter for the Control of International Transmissions

• Aussteuerungsprobleme – HiFi-Stereophonie, 1979 Mai, Arndt Klingelnberg
• EBU-/IRT-Dokument (englisch) über Lautheit und Pegelmesser (Memento vom 5. Januar 2011 im Internet Archive) (PDF; 809 kB)