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Aussteuerung
Die Aufnahmelautstärke bzw. Eingangsverstärkung der Mikrofone eines Smartphones ist in unserer App Field Recorder grundsätzlich durch den Schalter “Boost” einstellbar. Wenn Boost, Equalizer, Limiter und Soft-Clipping deaktiviert sind, wird das Signal vom Mikrofon lediglich durch die vom Smartphone-Hersteller vorgegebenen und unumgehbaren internen Signalverarbeitungsschritte modifiziert.
Leider verstärken einige Geräte wegen ungünstiger Herstellervorgaben so stark, dass bereits bei moderaten Lautstärken Clipping auftritt. Dies ist am roten Aufleuchten der kleinen runden LED zu erkennen, die sich nahe der großen CLIP LEDs befindet. Wenn diese LED aufleuchtet, dann findet gerade eine Verzerrung in der Hardware oder Firmware des Geräts statt, noch bevor das Signal überhaupt Field Recorder erreicht.
Abhilfe
Derartige Verzerrungen lassen sich in unserer App Field Recorder reduzieren durch die Suche nach der besten Input-Konfiguration (“In:MicA”, “In:MicB”, …, “In:Raw”) für das jeweilige Gerät, ggf. unter Zuhilfenahme der Option Settings➝Rec➝”Low recording gain for loud events”. Kriterien dabei sind etwa Stereofähigkeit, Hintergrundrauschen, möglichst wenig Clipping, ausgewogener Frequenzgang, u.s.w. So können die herstellerseitigen Signalverarbeitungsschritte in der Hard- und Firmware oft geändert oder sogar umgangen werden.
Andere Abhilfe schafft nur noch ein passendes externes Mikro oder ein USB Audio Interface.
Technischer Hintergrund
Die Empfehlung von Google™ für Hersteller von Android Smartphones, dass eine reale Lautstärke von exakt 90dB SPL zu einer mittleren Amplitudenstufe (RMS) von 2500 führen soll (siehe Kap. 5.4 in “Android 4.1 Compatibility Definition, Rev 2, Sep 7, 2012” oder auch hier), wird leider nicht von allen Herstellern befolgt.
Diese Vorgabe bedeutet, dass die enorme Lautstärke von 110dB SPL (die in Diskotheken und Rockkonzerten leider oft überschritten wird) mit einem RMS-Wert von 25.000 zu Aufnahmen mit wenig Clipping führt. Zugleich werden deutlich geringere Lautstärken wie 70dB SPL mit 250 (laute Unterhaltung) und 50dB SPL mit 25 (normale Unterhaltung) dann noch mit sehr gutem Rauschabstand aufgenommen, wenn die verwendete Smartphone-Audio-Hardware die nominellen 16 Bit Wortlänge und damit 96dB Dynamik auch real zur Verfügung stellen würde.
Mit perfekter Smartphone-Audio-Hardware und Dithering sowie Noise-Shaping wäre bei 16 Bit sogar eine Dynamik bis zu 105dB möglich, so dass selbst extrem geringe Lautstärken, z.B. 30dB SPL, noch einen Rauschabstand von bis zu 23dB hätten. Selbst die besten Tonstudios erreichen bei diesen geringen Lautstärken nur 3-9dB bessere Rauschabstände.
Wenn man bedenkt, dass 0dB SPL mit einem Schalldruck von nur 20 µPa der Hörschwelle des Menschen bei 2kHz entspricht und dass ein ruhiges Zimmer bereits ohne Menschen eine Lautstärke von 20-30dB SPL aufweist, dann muss man Google bestätigen, dass ihre Empfehlung die in der Realität auftretenden Lautstärken gut dem Dynamikumfang von 96dB zuordnet, der rechnerisch bei 16 Bit Aufnahmen erreicht wird.
Ein Aussteuerungsregler vor dem Analog-Digital-Wandler (A/D-C) wird auf diese Weise theoretisch überflüssig. Aber bei sehr lauten Schallereignissen (z.B. Rockkonzert) und vor allem sehr leisen Geräuschen in ruhiger Umgebung (z.B. leises Flüstern) könnte ein Aussteuerungsregler die Aufnahmequalität selbst dann noch verbessern, wenn die Smartphone-Audio-Hardware ansonsten perfekt wäre.
Aber die Hardware ist nicht perfekt und so reduziert sich der tatsächliche Dynamikbereich auf 80dB oder sogar nur 70dB, wenn das technische Grundrauschen bereits bei 32 oder 42dB SPL liegt. Damit dann leise Sprache nicht im Grundrauschen untergeht, verschieben manche Hersteller den Dynamikbereich nach unten, wodurch Clipping bereits bei geringeren Lautstärken als einem lauten Konzert auftritt. Hier wäre ein Aussteuerungsregler dringend nötig und wird seit fast 10 Jahren gefordert, aber auch Android 11 verweigert dieses Feature. Einzig Sony™ Smartphones haben seit Jahren einen sehr wertvollen immerhin dreistufigen Aussteuerungsschalter.
24 Bit
Mit Android 6 hat sich die Situation durch nun mögliche 24 Bit bei der Aufnahme prinzipiell verbessert. Unsere App Field Recorder nutzt daher 24 Bit automatisch wenn vorhanden und erreicht dann durch spezielles Dithering sowie Noise-Shaping 105dB Dynamik in den resultierenden 16-Bit-Dateien. Reale 105dB Dynamik bietet keine Smartphone-Hardware und sogar die meisten professionellen USB Audio Interfaces unter 500€ in Verbindung mit externen Mikrofonen erreichen hier ihre tatsächliche Grenze.
Abhilfe im Detail
Die von Field Recorder gebotenen Input-Konfigurationen (“In:MicA”, …) beeinflussen die Vorverstärkung und Signalverarbeitung in der Hard- und Firmware der meisten Android-Geräte. Allerdings können wir nicht klar und eindeutig aufzählen, welche Input-Konfiguration zu welchem Ergebnis führen wird, da viele Hersteller sich nicht ausreichend an die ursprünglichen Empfehlungen halten. Auch variiert das Verhalten nicht nur von Hersteller zu Hersteller, sondern auch zwischen Geräten und sogar zwischen Android-Versionen.
Falls also Probleme auftreten sollten, für deren Abhilfe kein Preset vorliegt, bleibt oft nichts anderes, als die verschiedenen Einstellungen systematisch durchzuprobieren und jedesmal unter kontrollierten Bedingungen eine Testaufnahme zu machen (es reicht hierbei, nur die Pause-Taste zu drücken, um in die Aufnahmebereitschaft zu schalten, und ein kurzes gleichbleibendes Testsignal z.B. über die Lautsprecher der HiFi-Anlage abzuspielen und über die Monitorfunktion des Smartphones mit einem geschlossenen Kopfhörer mitzuhören).
Viele Geräte belohnen diesen Aufwand mit einer besser klingenden Audiokonfiguration. Falls Sie so eine Konfiguration finden sollten, würden wir uns freuen, wenn Sie diese öffentlich in der Cloud speichern könnten. Das hat zusätzlich den Vorteil, dass sie nicht mehr verloren gehen kann.
Die Hersteller verbessern die Android-Hardware und -Firmware ständig. Im Audiobereich ist vor allem beim Clipping sowie Grundrauschen der meisten Geräte noch immer Verbesserungsbedarf.