12. To LUFS and beyond. Part two.

I promised that I would thoroughly discuss dynamics in this month’s column. I lied, how shameful. My editor pointed me to the use of images to make the technical subject of LUFS easier to understand. So, images! Taken from the internet, just like that.

Let’s start with an image explaining how a true-peak measurement works:

True peak versus sample peak

Image 1: True-peak versus sample-peak.

In image 1 we see a magnificent musical waveform. The blue dots show us what a regular peak meter will tell us. The white dots represent the inter-sample peaks (true-peak: the peaks between the peaks). Another aspect we see in the image is the use of oversamples (x4). Without making this read too complex, oversampling means that the sample rate of the original signal is being multiplied by the meter. By doing so, the measurement of that signal is four times as accurate, which we see as the white dots in the image.

Okay, measuring true-peaks is a lot more in the clear now, isn’t it?

And now for the LUFS themselves. I must confess: I’ve forgotten to mention something in last month’s column. Before the signal is being measured by the LUFS meter, a filter is being applied to that signal. The filter used is quite important for an honest measurement.

Before telling what the filter is about, I need to explain something about how our ears work. Our hearing is far from linear. This means that our ears are not equally sensitive to different frequencies. Our ears tend to be more sensitive in the midrange than in other frequency areas. Think about the middy sound of a telephone, made for speech. Of course this sensitivity differs from person to person.

In the thirties of the previous century two American scientists (Fletcher and Munson) have done intensive research on the sensitivity of the human hearing at various frequencies. Their research led to a schematic diagram, also known as the Fletcher-Munson curves:

Fletcher Munson loudness curves

Image 2: Fletcher-Munson loudness curves.

In the second image we see the Fletcher-Munson curves. First we notice the threshold of audibility (the softest sound we can hear) and the threshold of pain (well, you can guess that one). The second we notice is that the lines in the graph are far from straight. If our hearing would be linear, the lines would be straight. The diagram shows us that our hearing is more or less sensitive at different frequencies.

Okay, now that we know all this. Nice, but what’s the connection to LUFS?

As mentioned earlier, a filter is applied to the signal before it’s being measured. The filter compensates for the lack of linearity of our hearing. This results in a far more accurate measurement of loudness, as our ears actually hear it!

Here’s the graph of the filter:

K-Weighting filter correction

Image 3: K-Weighting filter correction.

In this third image we see the K-Weighting filter correction for loudness compensation and proper LUFS measurement.
Why the letter K is used for this weighting remains a little mystery to me.

Well, in this column and in the previous one I’ve revealed some of the secrets behind LUFS measurements combined with true-peak. Although these measurements are primarily used in the mastering stage, it’s valuable for mix engineers and producers to know how these measurements work. Should you have any questions about LUFS or true-peak, let me know!

Next month: dynamics, really!

Renzo



Previous
Next

12. To LUFS and beyond, part two.

Ik had beloofd dat ik het deze maand uitgebreid over dynamiek zou gaan hebben. Ik heb gelogen, glashard. Mijn redigent (iemand die teksten nakijkt op fouten) wees mij erop dat het gebruik van plaatjes het technische onderwerp LUFS nog meer zou verduidelijken. Plaatjes dus, en dan heb ik het niet over vinyl-singles. Neen, plaatjes, rechtstreeks geplagieerd van internet, glashard. Gewoon, omdat het kan.

Laten we beginnen met een plaatje wat laat zien hoe de true-peak meting precies werkt:

True peak versus sample peak

Afb. 1: True-peak versus sample-peak.

In afbeelding 1 zien we een prachtige muzikale golfvorm. De blauwe stippen geven weer wat een normale piekmeter ons vertelt. De witte stippen zijn de zogenaamde pieken tussen de pieken (inter-sample peaks ofwel true-peak). Wat opvalt in het plaatje is dat er gesproken wordt van oversamples (x4). Zonder het verhaal té technisch te maken houdt oversampling in dat de sample rate van het digitale signaal (voor een cd is dat 44.100Hz) door de meter verviervoudigd wordt. Hierdoor wordt de meting van het signaal ook vier keer zo nauwkeurig, wat we dan weer terugzien als witte stippen in het plaatje.

Ok, het ontstaan van de true-peak meting is een stuk duidelijker geworden, toch?

Nu dan de LUFS zelf. Ik moet eerlijk toegeven: ik ben in de column van vorige maand iets vergeten te vertellen. Voordat het signaal gemeten wordt door de LUFS-meter, gebeurt er nog iets met het signaal. Iets wat best belangrijk is voor een juiste meting.

Voordat ik ga vertellen wat datgene dan precies is, is het van belang iets uit te leggen over hoe onze oren werken. De waarneming van geluidsgolven door ons gehoor is namelijk niet lineair. Dat betekent dat niet alle frequenties even hard bij ons binnenkomen. Zo is ons gehoor gevoeliger in het middengebied (denk aan het geluid van een telefoon) dan in andere frequentiegebieden. Uiteraard verschilt deze gevoeligheid van persoon tot persoon.

In de jaren dertig van de vorige eeuw hebben twee Amerikaanse wetenschappers (de heren Fletcher en Munson) uitgebreid onderzoek verricht naar de gevoeligheid van het menselijk gehoor bij verschillende frequenties. Het onderzoek van deze heren resulteerde in een schematisch weergegeven grafiek die luistert naar de naam Fletcher-Munson curves:

Fletcher Munson luidheid contour

Afb. 2: Fletcher-Munson loudness curves.

En ziehier: het tweede plaatje. Hier zien we de loudness curves naar aanleiding van het onderzoek van Fletcher en Munson. Wat als eerste opvalt zijn de threshold of audibility (gehoorgrens, wanneer is het geluid nog te horen?) en de threshold of pain (vul die zelf maar in). Daarnaast valt op dat de lijnen verre van recht zijn. Zou ons gehoor lineair zijn dan zouden de lijnen allemaal recht zijn. De grafiek laat zien dat ons gehoor meer of minder gevoelig is bij verschillende frequenties.

Ok, nu weten we dit. Leuk allemaal maar wat is de connectie met LUFS?

Zoals ik eerder zei gebeurt er nog iets met het signaal voordat het naar de LUFS-meter gaat. Er wordt een loudness correctie op het signaal uitgevoerd. Waarom? Om de LUFS-meting te corrigeren voor het feit dat ons gehoor niet voor elke frequentie even gevoelig is. Precies dat wat de heren Fletcher en Munson in de jaren ’30 hebben aangetoond!

Ho! Het is weer tijd voor een plaatje:

K-Weighting filter response

Afb. 3: K-Weighting filtercorrectie.

In het derde plaatje zien we de zogenaamde K-Weighting filtercorrectie. Pardon? Jazeker, dit filter wordt losgelaten op het te meten signaal. Knappe koppen hebben onderzocht en bepaald welke correctie op het signaal nodig is om een zo betrouwbaar mogelijke LUFS-meting te krijgen.

Waarom heet dit K-Weighting? Goede vraag, de term weighting geeft aan dat het signaal “gewogen” wordt. Het komt erop neer dat de weging het filter is wat we zien in afbeelding 3. De K staat voor een letter uit het alfabet. Ik moet de persoon nog tegenkomen die mij exact kan vertellen waarom voor deze weging/meting de letter K gekozen is.

Ok, ik heb in deze en de vorige column alles gezegd wat ik weet over LUFS en true-peak. Mocht je na het lezen van dit alles prangende vragen hebben dan hoor ik dat graag!

Volgende maand ga ik het dus echt hebben over dynamics, echt waar!

Renzo



Vorige
Volgende

© 1973 Masterenzo Mastering | Rotterdam