Filtern von Tonbandstimmen

mit Adobe Audition (ehemals CoolEdit)

ie mit herkömmlichen Methoden eingespielten Tonbandstimmen sind oft sehr leise und aus dem Hintergrundrauschen nur schwer herauszuhören. Besonders bei reinen Mikrofon-Einspielungen oder bei Verwendung eines leisen Hintergrundgeräuschs läßt das Signal-Rausch-Verhältnis oft viel zu wünschen übrig und erschwert die semantische Interpretation der Stimmen. Zwar fällt es dem geübten Experimentator mit jahrelanger Abhörpraxis relativ leicht, die Stimmen vom akustischen Hintergrund zu trennen - Funkamateure sind übrigens mit ganz ähnlichen Problemen konfrontiert -, doch für die Demonstration der Einspielergebnisse, beispielsweise vor Publikum, ist die Klangqualität meist nicht ausreichend. Hier kann eine digitale Nachbearbeitung der Aufnahmen manchmal erhebliche Verbesserungen bewirken und die Verständlichkeit erhöhen. Auch für unzählige Stimmen, die zwar einen interessanten (weil z.B. auf die Frage des Experimentators bezugnehmenden) Inhalt aufweisen, die sich aber aufgrund mangelnder Tonqualität bisher nicht für eine Demonstration eigneten, etwa weil sie von Hintergrundgeräuschen überlagert oder im Rauschen kaum zu vernehmen sind, besteht nun eine reelle Chance, doch noch in verständlicher Qualität hörbar gemacht zu werden. Voraussetzung ist dabei jedoch immer, daß die Art der Störung über das gesamte Signal hinweg gleich bleibt. Gleichmäßiges Brummen, Zischen, Pfeifen und Rauschen läßt sich so relativ sicher entfernen oder zumindest reduzieren, ohne daß das Original-Signal dabei allzu sehr in Mitleidenschaft gezogen wird. Bei Störgeräuschen mit sehr dynamischem Charakter, wie z.B. ein störender Nachbarsender bei Radioeinspielungen, der die eigentliche Stimme mit Sprache oder Musik überlagert, ist eine Bereinigung dagegen so gut wie aussichtslos.

Als Werkzeug zum Filtern kommen verschiedene Soundbearbeitungs-Programme in Frage, wie z.B. DART Pro oder Adobe® Audition™ (ehemals CoolEdit). Die vorliegende Anleitung bezieht sich auf Cool-Edit 2000, gilt aber fast unverändert auch für Seite Adobe Audition.


Entrauschen

Bei dieser Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Rauschreduzierung wird als Beispiel die Einspielung einer verrauschten Seite Wasser-Stimme verwendet. Die Stimme lautet "Weiter Mikro! (Ultraschall defekt!)" und scheint Bezug zu nehmen auf meine damaligen Experimente mit Ultraschall als Träger. Die Stimme scheint mir raten zu wollen, statt der ("defekten") Ultraschallkapsel weiter das Mikrofon zu benutzen. Leider ist der zweite Satzteil nur mit viel Phantasie zu verstehen, jedoch steht bei diesem Beispiel auch weniger die semantische Interpretation im Vordergrund, sondern die für Tonbandstimmen typische Klangsituation mit ihrem extrem hohen Störanteil, was gegenüber "normalen" Signalen evtl. etwas andere Methoden der Soundbearbeitung erforderlich macht.


Schritt 1: Aufnahme

Nehmen Sie das verrauschte Original-Signal mit 'Record' auf oder öffnen Sie eine bereits vorhandene Sound-Datei über die Funktion 'Open' im Menü 'File'. Wählen Sie dazu eine möglichst hohe Sampling-Rate (44,1 kHz) und eine Auflösung von 16 Bit, da dann die Berechnung durch das Programm mit höherer Genauigkeit erfolgt. Falls das zu bearbeitende Signal bereits als Sound-Datei vorliegt, dann konvertieren Sie sie ggf. vor der weiteren Bearbeitung auf 44100 Hz und 16 Bit (Funktion 'Convert Sample Type' im Menü 'Edit').


Der zu filternde Ausschnitt wurde mit der Maus markiert. Klicken Sie auf den 'Wiedergabe'-Button (gekennzeichnet durch den Kreis), um nach dem Ende meiner Frage ("...bei mir zu Hause gemeldet hat?") die verrauschte Stimme "Weiter Mikro! (Ultraschall defekt!)" zu hören.


Schritt 2: Rauschabschnitt markieren

Um Rauschen und gleichbleibende Störgeräusche zu entfernen, muß dem Programm vorher mitgeteilt werden, wie das Rauschen klingt. Markieren Sie dazu einen kurzen Abschnitt des Signals, der nur Rauschen und kein Nutzsignal enthält:


Ein ca. 0,3 Sekunden langer Abschnitt des Signals, der nur Rauschen enthält, wurde markiert. Klicken Sie auf den 'Wiedergabe'-Button, um das Rauschen zu hören.

Markieren Sie möglichst einen Abschnitt, der außerhalb des zu filternden Bereiches liegt, da sonst nach dem Filtern ein "Loch" im Signal entstehen würde. Rufen Sie dann die Funktion 'Noise Reduction' aus dem 'Transform'-Menü auf:


Wählen Sie aus dem Menü 'Transform > Noise Reduction > Noise Reduction...' aus.


Schritt 3: Rauschabdruck nehmen

Klicken Sie in der Dialogbox 'Noise Reduction' auf die Schaltfläche 'Get Profile from Selection'. Das Programm sammelt daraufhin statistische Informationen über die Zusammensetzung des Rauschens und erstellt daraus ein 'Noise Profile' (»Rauschabdruck«).


Die gezeigten Parameter haben sich in der Praxis bewährt. Spielen Sie ruhig ein wenig mit den Werten herum! Insbesondere der 'Noise Reduction Level', der 'Reduce by'-Wert und die 'FFT Size' beeinflussen das Resultat. In der Online-Hilfe von Cool-Edit sind alle Parameter genauestens erklärt.

Falls sich der Button 'Get Profile from Selection' nicht anklicken läßt, weil er deaktiviert erscheint (erkennbar an grauer statt schwarzer Beschriftung), dann ist der zuvor markierte Rauschabschnitt zu kurz. Brechen Sie in diesem Fall die Funktion mit 'Cancel' ab und kopieren Sie den markierten Teil mit Hilfe der Tastenkombination [Strg][C] oder über 'Edit > Copy' in die Zwischenablage. Kopieren Sie dann dasselbe Stück mehrere Male an den Beginn des Signals (klicken Sie dazu jeweils auf den linken Rand des Wellenform-Fensters und drücken Sie [Strg][V] oder wählen Sie 'Edit > Paste' im Menü). Markieren Sie dann alle soeben hintereinanderkopierten Stücke gemeinsam mit der Maus und versuchen Sie dann erneut, die Funktion 'Get Noise Profile from Selection' aufzurufen.

Schließen Sie danach die Dialogbox wieder durch Klicken auf 'Close'.

Falls Sie vorhin den Rauschabschnitt mehrmals hintereinanderkopieren mußten, weil das markierte Stück zu kurz gewesen ist, dann sollten Sie dies nun durch entsprechend häufiges Aufrufen der Funktion 'Edit > Undo Paste' bzw. Drücken von [Strg][Z] wieder rückgängig machen.


Schritt 4: Rauschen entfernen

Markieren Sie nun wieder den zu filternden Abschnitt und rufen Sie die Funktion 'Noise Reduction' erneut auf:


Wählen Sie aus dem Menü 'Transform > Noise Reduction > Noise Reduction...' aus.

Es erscheint wieder die Dialogbox 'Noise Reduction' (siehe Schritt 3). Stellen Sie den Schieberegler "Noise Reduction Level" zunächst in die Mitte (50 %) und klicken Sie auf 'OK', um den Filtervorgang zu starten.


Schritt 5: Nachbearbeitung

Zum Schluß kann die Lautstärke des gefilterten Signals mit der Funktion 'Transform > Amplitude > Normalize > Normalize to 100 %' noch ein wenig anhoben werden. Hier das Ergebnis:


Der gefilterte und anschließend in der Lautstärke angehobene Ausschnitt ist markiert. Klicken Sie auf den 'Wiedergabe'-Button, um die gefilterte und angehobene Stimme "Weiter Mikro! (Ultraschall defekt!)" zu hören.

Hier zum Vergleich noch einmal das Signal

Play vor der Bearbeitung

Play nach der Reduzierung des Rauschens


Tips

Wenn Sie in Schritt 3 mehrere »Rauschabdrücke« von unterschiedlichen Stellen des Signals nehmen (nacheinander mit "Copy & Paste" ans Ende des Signals kopieren, dann alles zusammen markieren und 'Get Noise Profile from Selection' aufrufen), dann erhalten Sie eine genauere Analyse der spektralen Verteilung des Rauschens und somit oft ein besseres Resultat bei der Rauschreduzierung.


Beseitigen von Brumm- und Pfeiftönen

Wenn das Signal von 50-Hz-Netzbrummen oder einem konstanten Pfeifton (akustische Rückkoplung, HF-Interferenz) überlagert ist, eignet sich auch sehr gut der FFT-Filter von Cool-Edit. Dort sind schon diverse Filter vordefiniert, wie z.B. '50Hz Notch' oder '50Hz + 100Hz Notch' zum Beseitigen von Netzbrummen.

Zur Demonstration wird diesmal eine mit der Radio-Methode eingespielte Stimme herangezogen, die mit zwei nahe beieinanderliegenden Pfeiftönen überlagert ist, und deren Wortlaut man wie folgt interpretieren könnte: "Freilich, hier bringe ich viele Kontakte für Fremde, was Toten hier reden."

Öffnen Sie zunächst wieder die zu bearbeitende Datei oder nehmen Sie den Sound auf:


Klicken Sie auf den 'Wiedergabe'-Button, um die mit zwei Pfeiftönen überlagerte Stimme "Freilich, hier bringe ich viele Kontakte für Fremde, was Toten hier reden." zu hören.

Wenn Sie die Anzeige von "Wellenform" auf "Spektral" umschalten (im Menü: 'View > Spectral View'), so ist der störende Pfeifton dort gut als durchgehender heller Streifen bei etwa 3 kHz zu erkennen. Am Schluß, wo die Töne lauter werden, erkennt man sogar noch die 2. Harmonische bei 6 kHz:


Klicken Sie auf den 'Wiedergabe'-Button, um die mit zwei Pfeiftönen überlagerte Stimme "Freilich, hier bringe ich viele Kontakte für Fremde, was Toten hier reden." zu hören.

Um die Frequenz des Pfeiftones zu ermitteln, kann eine Frequenz-Analyse durchgeführt werden (siehe untere Abbildung). Markieren Sie dazu den zu bearbeitenden Bereich des Signals, rufen Sie die Funktion 'Analyze > Frequency Analysis' auf und klicken Sie auf den 'Scan'-Button. Der Störton wird als Spitze im Frequenz-Amplitude-Diagramm zu erkennen sein. In unserem Beispiel sind sogar gleich zwei Spitzen um 3 kHz herum zu sehen, d.h. es sind in Wirklichkeit zwei nahe beieinander liegende Pfeiftöne vorhanden. (Wenn man jetzt noch einmal die obige Spektraldarstellung betrachtet, sieht man auch, daß die helle Linie an mehreren Stellen nach oben hin breiter wird, was auf Telegrafie-Code hindeutet.)


Frequenzanalyse: Deutlich sind die Pfeiftöne als Spitzen zu erkennen.

Bewegen Sie den Mauszeiger zu den Flanken dieser Spitzen, um die untere und die obere Eckfrequenz der Pfeiftöne angezeigt zu bekommen. Ziehen Sie dazu das Fenster in die Breite, um die horizontale Auflösung der Anzeige zu erhöhen. Die Frequenzwerte der Stellen im Spektrum, über denen sich der Mauszeiger gerade befindet, wird unter dem Graphen bei 'Frequency:' angezeigt. In diesem Beispiel liegen die beiden Pfeiftöne ungefähr zwischen 2760 und 3250 Hz, und ihre 2. Harmonischen zwischen etwa 5550 und 6490 Hz.

Mit der Funktion 'FFT Filter' kann nun ein passender Notch-Filter mit genau den ermittelten Eckfrequenzen definiert werden. Rufen Sie dazu aus dem Menü 'Transform > Filters > FFT Filter' auf und ziehen Sie die Filterkurve einfach mit der Maus in die gewünschte Form. Um einen Eckpunkt zu entfernen, ziehen Sie ihn per "Drag and Drop" (also mit gedrückt gehaltener linker Maustaste) aus dem Filter-Fenster heraus. Wenn Sie auf einen Eckpunkt doppelklicken, können Sie Frequenz und Amplitude auch direkt eingeben, was meist einfacher und genauer ist.


FFT-Filter: Zeichnen Sie mit der Maus eine passende Filterkurve. Doppelklicken Sie auf einen Eckpunkt, um die Werte direkt einzugeben.

In diesem Beispiel wurden mit den in der Frequenz-Analyse ermittelten Eckwerten der beiden Pfeiftöne zwei Notch-Filter definiert - einen für die Grundfrequenz (1. Harmonische) und einen für die Oberwellen (2. Harmonische):

Mit dem Button 'Preview' kann man sich das Ergebnis vorab schon einmal anhören und falls nötig die Filterkurve anpassen. Nach einem Klick auf 'OK' wird das Signal dann gefiltert. In der Spektraldarstellung des Signals ist dies auch daran zu erkennen, daß sich anstelle der durchgehenden waagerechten Streifen bei 3 kHz und bei 6 kHz nun "Lücken" im Spektrum befinden:


Das Ergebnis: Klicken Sie auf den 'Wiedergabe'-Button, um die gefilterte Stimme "Freilich, hier bringe ich viele Kontakte für Fremde, was Toten hier reden." zu hören.

Abschließend zum Vergleich hier wieder das Signal

Play vor der Bearbeitung

Play nach Entfernen der Pfeiftöne


Fazit

Die hier trotz des Umfanges dieses Artikels nur kurz angerissenen Möglichkeiten der digitalen Nachbearbeitung von Audio-Signalen stellen nur einen kleinen Teil der vom Programm gebotenen Funktionen dar und sollen Ihnen als Einstieg und Anregung für weiteres Experimentieren dienen.

Zusammenfassend ist anzumerken, daß die digitale Filterung kein "Allheilmittel" für unverständliche Tonbandstimmen darstellt. Sie ist immer ein Kompromiß zwischen Störungsfreiheit und Signalverfremdung. Aber summa summarum stellt sie die bisher wirkungsvollste Methode zur Verbesserung der Qualität und somit der Verständlichkeit stark gestörter Signale dar, die mit analogen Geräten bis dato nicht zu erzielen war - und dies bei vergleichsweise geringem materiellen und zeitlichen Aufwand. Sie stellt aber auch eine "Gefahr" dar: Nämlich für so manche vermeintliche Lieblings-"Stimme", von der man sich nach der Bereinigung wohl oder übel wird trennen müssen, da Hörfehler, die bis jetzt durch Störsignale verwischt wurden und dadurch unentdeckt blieben, nun unbarmherzig zu Tage treten...



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