Mit dem Telefon fing alles an

Mit Pegeln haben Sie es im Studio ständig zu tun. Doch kennen Sie aus dem Stegreif den Unterschied zwischen dBu und dBV? Wissen Sie, welche Rolle das dBFS im Studio spielt? Unser Ressortleiter Test & Technik verrät es Ihnen.

Von Dipl.-Ing. Ulrich Apel

In der Tonstudiotechnik läuft alles elektrisch – zumindest von Membran bis Membran. Es beginnt hinter der Mikrofonmembran und endet kurz vor der Lautsprecher- oder Kopfhörermembran. Diese Elektrizität wird eigentlich in Volt gemessen. Und die Dimensionen, die es gibt, zwischen ganz leise und sehr laut, erstrecken sich von einigen Nanovolt bis hin zu 20 000 000 000 Nanovolt, also Spannungen von 0,000 000 001 Volt bis 20 Volt.

Bei solchen Zahlenkolonnen verliert man allerdings sehr schnell die Übersicht. Abhilfe schafft die Logarithmenrechnung zur Basis 10, da sich mit ihrer Hilfe diese Zahlenkolonnen viel einfacher durch Addition anstelle von Multiplikation oder Division ausrechnen lassen. Außerdem lässt sich so gleich eine weitere Hürde überwinden: Soll zum Beispiel eine Mikrofonspannung in einem Verstärker um den Faktor X verstärkt werden, brauchen Sie an dieser Stelle nicht mehr mit großen Zahlen zu jonglieren.

Angenommen, das Mikrofon gibt bei einem bestimmten Schallpegel eine Spannung von 15 mV ab und Sie benötigen im Studio für die Aussteuerung eines Audio-Interfaces 1,5 Volt, so brauchen Sie einen Verstärkungsfaktor von 100. Im Klartext: An Ihrem Mischpult herrscht das Spannungsverhältnis 1500 mV zu 15 mV. Ausgangsspannung zu Eingangsspannung.

Der Logarithmus zur Basis 10 des Verhältnisses zweier Spannungen ist eine dimensionslose Größe, die erst durch den Erfinder des Telefons, Alexander Graham Bell eine Bezeichnung bekommt:  Zu seinen Ehren hat man zunächst definiert, dass die Verdoppelung einer Leistung der Zunahme um ein Bel entspricht. Da die Bel-Werte aber recht grobschlächtig sind, entschlossen sich die Fachleute, den zehnten Teil eines Bel zu verwenden. So wurde aus Bel das Dezibel (1/10 Bel). Rechnerisch lösbar ist das durch die Formel 10x log (P2/P1), wobei das P für die Leistung steht.

Mathematisch und elektrisch lässt sich aber jede Leistung in eine Spannung umrechnen, wenn eine weitere Größe – beispielsweise der Widerstand – bekannt ist. Der Zusammenhang geht über ein quadratisches Verhältnis.
Somit ergibt sich für die Pegelrechnung mit Spannungen: 20x log (U2/U1)

Das ergibt für unser erstes Beispiel:
20x log 100 = 20x 2 = 40 dB

Das heißt: Um diesen Mikrofonpegel über das Pult an eine Maschine anzupassen, bedarf es einer Verstärkung um 40 dB.

Zweites Beispiel: Hat man nur einen Pegel von 1,5 mV, so benötigt man zur Verstärkung auf 1500 mV:
20x log (U2/U1) = 20x log 1000 = 20x 3 = 60 dB.

Das ist etwas leichter, als die Multiplikation mit Faktoren. Hier erkennen wir auch schnell die Systematik: Faktoren von 1, 10, 100, 1000 entsprechen den Pegelzunahmen 0, 20, 40, 60 dB. Auf der anderen Seite kann es vorkommen, dass die Ausgangsspannung kleiner ist als die Eingangsspannung, man also ein Verhältnis von zum Beispiel 1/10 hat. Hier wird das Ergebnis der Rechnung Negativ (-20 dB). Es handelt sich in diesem Beispiel um eine Dämpfung von 20 dB  (siehe auch nebenstehende Tabelle)

In der Studiotechnik interessieren aber nicht nur Pegel oder Spannungsverhältnisse, sondern die Techniker sind an absoluten Größen interessiert. Somit muss der relative Pegel ein absolutes Gesicht, eine absolute Größe bekommen: Die Techniker einigten sich – unter anderem durch Umrechnungen von Leistungen und Spannungen aus der Frühzeit der Telefontechnik (1 mW an 600 Ohm ergibt einen Spoannungsabfall von 775 mV) – auf die Definition:
775 mV entsprechen 0 dBu, das u steht für die Spannnung ohne Berücksichtigung der Ein- und Ausgangswiderstände. Alle Pegel, die kleiner als 0 dBu sind, haben ein negatives, alle die größer sind, ein positives Vorzeichen

In den Rundfunkanstalten Deutschlands und vielen Ländern Europas – mit Ausnahme der skandinavischen Länder – beträgt der Standard-Pegel +6 dBu. (ca. 1,5 Volt. Professional audio Magazin benutzt abweichend davon als Standardpegel, auf den sich alle Messungen beziehen, +4 dBu. (ca. 1,2V) Dieser Pegel ist der weltweite Studiostandard und viele Hersteller der von Professional audio Magazin getestete Produkte beziehen sich ebenfalls auf diesen Pegel. Das macht das Vergleichen einfacher.

Wenn unser Mischpult nun einen Ausgangspegel von +4 dBu haben soll, und das Mikrofon immer noch seine 15 mV abgibt, brauchen wir nur noch diese in dBu umzurechnen und den Wert als Gain an unserem Pult einzustellen. Wenn 1,2 Volt +4 dBu entspricht, dann ist 15 mV der 80te. Teil davon, also 38 dBu weniger. Selbstverständlich lassen sich auch (fast) alle anderen Größen in der Studiotechnik in dBu angeben: zum Beispiel die Messung und Angabe des Fremdspannungsabstandes.