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Was macht so ein Limiter und wozu braucht man ihn?

Ein Limiter oder Begrenzer ist ein dynamikbearbeitendes Effektgerät, welches den Ausgangspegel (Amplitude der Spannung des Audiosignals) auf einen bestimmten Wert herunterregelt. Dieser wird durch den „Limiter Threshold“ (Schwellenwert) festgelegt. Der Limiter ist eine Extremform des Kompressors mit einer Ratio (Regelverhältnis) von unendlich zu 1, oft wird aber bereits bei einer Ratio von 10:1 und höher von Limitierung gesprochen. Wichtige Bauteile sind ein Hüllkurvenverfolger und ein VCA.

Es gibt verschiedene Arten von Limitern, die sich in ihrer Bauart unterscheiden. Rückwärtsregelung: Bei Überschreiten des Thresholds regelt der Limiter das Signal bis zum Ablauf der „Attack-Time“ auf den Wert des Thresholds zurück. Dabei kann es zu Ausgangspegeln kommen, die oberhalb des Thresholds liegen. Clipping: Der Limiter begrenzt das Signal durch die Sättigung des Verstärkers. Die Clipgrenze liegt dabei leicht oberhalb des Thresholds. Durch eine abgerundete Form der Clippingkennline wird das Signal zuerst komprimiert und dann begrenzt. Dabei entstehen durch die harmonischen Verzerrungen Obertöne. Limiter mit Röhrentechnik erzeugen für den Menschen meistens angenehmere Obertöne als Geräte in Transistorbauweise. Vorwärtsregelung: Diese Schaltung wird auch „Feed Forward“ oder „Look Ahead“ genannt. Präziser muss eigentlich von Vorwärtssteuerung gesprochen werden, da kein geschlossener Regelkreis wie bei der Rückwärtsregelung vorliegt. Das Signal wird um ein kurzes Zeitintervall (mindestens um die Ansprechzeit (Attack) der Steuerkette, z. B. 0,2 ms) verzögert. So kann der VCA das Audiosignal vor dem Überschreiten des Grenzwerts auf den zulässigen Pegel reduzieren. Ob das exakt funktioniert, hängt von der Präzision der Steuerkennline ab, da keine Kontrolle erfolgt wie im Regelkreis. Das psychoakustische Phänomen der Rückwärtsverdeckung sorgt dafür, dass der Steuervorgang kaum wahrgenommen wird.

Limiter finden in den verschiedensten Bereichen Anwendung: Sowohl bei Rundfunk, Kino und Fernsehen als auch bei der Musikproduktion werden Limiter benötigt. Eine häufige Anwendung bei der Aufnahme ist die Begrenzung dynamischer Schallquellen (wie Sprache/Gesang) auf einen definierten Pegel. Hier hat der Limiter die Funktion als Schutzbegrenzer, um Verzerrungen in nachfolgenden Geräten zu vermeiden. Auch in Masteringstudios ist der Limiter Standardwerkzeug. Die Anhebung des Durchschnittspegels (RMS) einer Produktion wird vor allem durch das Limiting erreicht. Schutz der Lautsprecher: Im Live-Bereich werden Limiter zum Schutz des Audioequipments eingesetzt. Dies betrifft vor allem den Schutz von Lautsprechern. Hierbei befindet sich der Limiter in der Signalkette direkt vor der Endstufe. Dabei übernimmt der Limiter zwei Aufgaben. Zum Einen die Pegelbegrenzung des Durchschnittpegels (RMS), um eine thermische Überlastung der Lautsprecher zu vermeiden. Hierbei ergeben sich die Parameter für die Thresholdeinstellung aus der RMS Belastbarkeit des Lautsprechers und dem Verstärkungsfaktor der Endstufe. Zum anderen die Pegelbegrenzung von kurzzeitigen Pegelspitzen (Peak), um in erster Linie eine mechanische Überlastung der Schallwandler zu vermeiden. Die Parameter für die Thresholdeinstellung ergeben sich aus der Peak-Belastbarkeit des Lautsprechers und dem Verstärkungsfaktor der Endstufe. Daher benötigt man im Prinzip zwei Limiter, um einen Lautsprecherschutz hinsichtlich der thermischen und mechanischen Überlastung zu realisieren. Bei vielen in Controllern integrierten Limitern lässt sich nur ein Thresholdparameter pro Ausgang festlegen; oft ist daher ein zusätzlicher Einstellparameter für den Crestfaktor (Pegelverhältnis zwischen Durchschnittspegel (RMS) und Spitzenpegel (Peak)) vorhanden. Der Einstellparameter des Crestfaktors wird bei manchen Herstellern auch als „Overshoot“ bezeichnet. Peaklimiter in Endstufen: Wird ein Limiter zur Begrenzung des kurzzeitigen Spitzenpegels (Peak) eingesetzt, so spricht man auch von Peaklimiter. Viele Hersteller verbauen Peaklimiter in Endstufen. Der fest eingestellte Threshold dieser Limiter bezieht sich allerdings lediglich auf die Spitzenbelastbarkeit der Endstufe, ein Schutz hinsichtlich der Spitzenbelastbarkeit des Lautsprechers ist damit nicht gegeben. Wird eine Endstufe ohne Peaklimiter mit überhöhtem Pegel angefahren, kommt es zur Übersteuerung. Hierbei werden alle Signalanteile über dem zulässigem Pegel abgeschnitten (Clipping), wodurch sowohl Gleichspannungsanteile (durch unsymmetrische Begrenzung der pos. und neg. Halbwelle) als auch zusätzliche Obertöne (Clippingverzerrungen) im Ausgangssignal entstehen. Die Gleichstromanteile können zu einer thermischen Überlastung der Tieftöner führen, während die Clippingverzerrungen, deren Energie im Hochtonbereich ein Vielfaches der Energie der verzerrungsfreien Obertonstruktur betragen kann, eher Hoch- und Mitteltöner gefährden. Daher kann man auch an dieser Stelle von einem indirekten Lautsprecherschutz sprechen. Es erklärt sich auch die auf den ersten Blick paradoxe Tatsache, dass unterdimensionierte und dadurch übersteuerte Endstufen ohne Peaklimiter eher Schäden an Lautsprechern verursachen als überdimensionierte Endstufen, da letztere zwar ggf. für den Lautsprecher überhöhte Pegel liefern, aber weder Gleichstromanteile noch Clippingverzerrungen. Lärmschutz: Eine Anwendung für speziell ausgestattete Limiter ist der Bereich Lärmschutz. Diese Geräte kommen in Diskotheken und auf Veranstaltungen zum Einsatz und werden meistens von den Behörden als Auflage zur Begrenzung des Schalldruckpegels gefordert. Diese besonderen Limiter (Schallpegelbegrenzer) sind verplombbar, sodass der Pegel nicht durch von außen zugängliche Bedienelemente manipuliert werden kann. Sie dürfen nur von zugelassenen Sachverständigen oder durch Messstellen gem. §§ 26, 28 BImSchG eingepegelt werden. Rundfunk: Im Sendeausgang von Rundfunkstudios werden Sendebegrenzer eingesetzt. Ihre Aufgabe ist es, den Hub der Frequenzmodulation zu begrenzen, damit sich benachbarte Sender nicht gegenseitig stören. Einer der bekanntesten dieser Limiter ist das Optimod. Diese Geräte werden nicht nur als Limiter eingesetzt, oftmals wird zusätzlich auch in das Klangbild eingegriffen. Premastering: Heutige Digital-Workstations bearbeiten Audiomaterial mit einer hohen Wortbreite. Als letzter Schritt erfolgt deren Reduktion auf die 16 Bit der Audio-CD. Da nach Limiting der Pegelspitzen eine Pegelanhebung möglich ist, können Informationen aus den unteren Bits des hochauflösenden Quellsignals in den nutzbaren Dynamikumfang der CD gelangen. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, Limiting und Wortbreitenreduktion als letzten Schritt des Premasterings zusammenzufassen.