Peak (Sample-Peak)

Definition

Der Sample-Peak ist der maximale Absolutwert, den die Samples eines digitalen Signals in einem Zeitintervall erreichen:

P = max |x[n]|

Er wird in dBFS (Dezibel relativ zur Vollaussteuerung) angegeben: L_peak = 20 · log10(P / FS), wobei FS der Vollaussteuerungswert ist (1,0 bei normalisierter Gleitkommadarstellung, 2^(N−1) − 1 bei N-Bit-Ganzzahlen; 32767 bei 16 Bit). Bei Festkomma ist 0 dBFS das größte darstellbare Sample, und jeder darüberliegende Wert wird abgeschnitten (Clipping). Bei 32-Bit-Gleitkomma können Samples 1,0 überschreiten, also positive dBFS-Werte annehmen, ohne Informationsverlust, solange das Signal in der Engine der DAW bleibt; die Grenze wird wieder hart bei der Konvertierung in Festkomma, im D/A-Wandler und in allen Plugins, die Schaltungen mit einer Sättigungsschwelle nachbilden.

Der Sample-Peak beschreibt nur die Werte der Samples, nicht die rekonstruierte Wellenform: Zwischen zwei Samples kann das analoge Signal beide Werte übersteigen (Inter-Sample-Peak, siehe die entsprechende Anleitung). Deshalb ist der Sample-Peak immer kleiner oder gleich dem True Peak. Ein digitaler Peak-Meter hat eine Integrationszeit von null (jedes Sample zählt), eine Rücklaufzeit der Anzeige in der Größenordnung von 10–20 dB/s und eine Maximalanzeige (Peak Hold). Das analoge PPM (Peak Programme Meter) hingegen integriert über 5 oder 10 ms und erfasst kürzere Spitzen nicht.

Parameter und Einheiten

• Einheit: dBFS. Bei Festkomma sind die Werte immer ≤ 0 dBFS.
• Nützliche Beziehungen: halbe Amplitude = −6,02 dB; Amplitude 0,891 = −1,0 dBFS; Amplitude 0,708 = −3,0 dBFS; Amplitude 0,5 = −6,02 dBFS; 16384 bei 16 Bit = −6,02 dBFS.
• Peak Hold: Zeit, für die die Anzeige auf dem Maximalwert bleibt (2–3 s beim Arbeiten, unendlich bei der Kontrolle).
• Over: Viele Messgeräte melden Clipping, wenn sie mindestens 3 aufeinanderfolgende Samples bei Vollaussteuerung finden; ein einzelnes Sample bei 0 dBFS wird nicht gezählt.
• Kanäle: Der Peak wird pro Kanal abgelesen; der Peak einer Stereodatei ist das Maximum beider Kanäle.
• Verwandte Größen: True Peak (dBTP), RMS, Crest-Faktor (Peak − RMS), PLR (True Peak − integrierte Lautheit).

Musikalische Funktion

Der Sample-Peak zeigt, wie viel Reserve bis zur digitalen Grenze bleibt. Er dient beim Gain Staging (Aufnahmepegel, Pegel der Spuren und Busse), bei der Kontrolle der abzuliefernden Dateien und bei der Diagnose von Clipping. Er sagt nichts über die wahrgenommene Lautstärke: Zwei Master mit demselben Peak von −0,3 dBFS können sich um 8–10 LU Lautheit unterscheiden, weil die Lautheit von der mittleren Energie und vom Spektrum abhängt, nicht vom momentanen Höchstwert. Im Mix ist der Peak eine technische Randbedingung; Pegelentscheidungen zwischen den Instrumenten trifft man durch Hören und durch Messen der Lautheit.

Praxisbeispiel

Referenzwerte für eine 24-Bit-Gleitkomma-Produktion:

Beispiel zum Ablesen: Eine Kick mit einem Peak von −4,2 dBFS auf der Einzelspur hat 4,2 dB Reserve; zusammen mit dem Bass, der einen Peak von −6,0 dBFS hat, kann sie auf dem Bus Spitzen von bis zu 20 · log10(10^(−4,2/20) + 10^(−6/20)) = +1,0 dBFS erzeugen, wenn beide Spitzen phasengleich zusammenfallen. Beide Spuren um 8 dB abzusenken bringt den Bus im ungünstigsten Fall auf −7 dBFS und stellt die Reserve wieder her.

Häufige Fehler

• Den Peak als Lautstärkemaß verwenden: Zwei Songs auf 0 dBFS Peak zu normalisieren macht sie nicht gleich laut.
• Einen Master mit Sample-Peak −0,1 dBFS für sicher halten: Der True Peak kann über 0 dBTP liegen, und die verlustbehaftete Codierung fügt weitere Spitzen hinzu.
• Einen Wert über 0 dBFS einer internen Spur der Gleitkomma-DAW als Clipping betrachten und dabei die Plugins übersehen, die Analoges nachbilden und schon bei niedrigeren Pegeln sättigen.
• Den Meter nach dem Fader ablesen und nicht merken, dass ein Insert-Plugin vor dem Fader sättigt.
• Ein VU- oder RMS-Meter zur Kontrolle der Spitzen benutzen: Sie integrieren über Hunderte von Millisekunden und lesen 8–15 dB unter dem wahren Peak.
• Den Master im letzten Schritt auf den Peak normalisieren, nach dem Dithering: Die Normalisierung ändert den Pegel und hebt die Wirkung des zuvor berechneten Dithers auf.

So überprüfst du es

• Meter der DAW: In FL Studio zeigen die Mixer-Meter den Peak pro Kanal; Wave Candy im Modus Peak Meter zeigt den numerischen Wert.
• Analyse in der App: Die Zeile Sample-Peak im Analysefeld ist der maximale Absolutwert über beide Kanäle der Datei, in dBFS. Die Zeile Clipping-Stellen (≥3 Samples bei Vollaussteuerung) zählt die Stellen, an denen mindestens 3 aufeinanderfolgende Samples ±0,999 der Vollaussteuerung überschreiten.
• Vergleich mit dem True Peak: Die App meldet auch den True Peak (×4, BS.1770); die Differenz zwischen True Peak und Sample-Peak beträgt 0–0,5 dB bei wenig limitiertem Material und erreicht bei gesättigten, sehr brillanten Mastern 1–3 dB.
• Praxistest: Exportiere den Mix als 24-Bit-WAV, analysiere ihn in der App und prüfe, ob der Peak im vorgesehenen Bereich für die jeweilige Arbeitsphase liegt.