Author: Mp4Gain

Was ist ein Audiodateiformat?

MP3

Wenn es um das Herunterladen von Musik geht, war das MP3-Audiodateiformat vorherrschend.

Tatsächlich ist dieses Format so synonym für mobile Musiklösungen, dass „MP3-Player“ heute das gängige Format für Audiowiedergabegeräte sind.

Heutzutage ist es jedoch aus verschiedenen Gründen weniger prominent. Es geht jedoch weiter. Das Verständnis von MP3-Dateien kann uns auch helfen, andere Formate leichter zu verstehen, also fangen wir dort an.

Eine MP3-Datei ist eine verlustbehaftete Audiodatei, was bedeutet, dass sie Daten verwirft, die unsere Ohren nicht hören können. Fast jeder hat einen Hörbereich zwischen 2oHz und 20kHz. Die Obergrenze sinkt zwar mit zunehmendem Alter, aber im Allgemeinen liegt sie im Bereich jedes hörbaren Geräusches. Da wir wissen, dass andere Frequenzen redundant sind, verwirft MP3 alle Frequenzen außerhalb dieses Bereichs.

Um mehr Platz zu sparen, verwenden MP3-Dateien einige weitere Tricks. Audioingenieure verwenden Geräuschmodellierungsalgorithmen, die auf den psychoakustischen Effekten des menschlichen Ohrs und Gehirns basieren, um Teile der Musik zu entfernen, die wir nicht hören sollten. Beispielsweise kann das Gehirn zwei nebeneinander liegende Frequenzen nicht unterscheiden. Außerdem haben die Ohren von Erwachsenen Schwierigkeiten, die Richtung von hochfrequenten Tönen zu erkennen. Es beginnt auch, die Empfindlichkeit oberhalb von 16 kHz zu verlieren. Außerdem können laute Geräusche leisere Geräusche überdecken. Alle diese können entfernt werden, mit kaum wahrnehmbarem Unterschied in der endgültigen Zielgruppe.

Grundsätzlich entfernen MP3-Dateien Frequenzen, die wir nicht hören können, und Frequenzen, die wir einzeln hören können, aber nicht aufgrund ihrer Kombination in einem bestimmten Song.

MP3 unterteilt die Spur in 576 Sample-Frames und verwendet die schnelle Fourier-Transformation (FFT), um Frequenzdaten aus diesen Frames zu erhalten. Die Frequenzdaten werden dann analysiert, um zu sehen, ob es eine Möglichkeit gibt, Kompressionsregeln basierend auf dem menschlichen Gehör wie oben beschrieben anzuwenden. Wenn dies der Fall ist, werden diese Teile abgerundet (quantisiert), um die Bitrate zu reduzieren und so Platz zu sparen. Daten zur Wiederherstellung jedes Frames in seiner vollen Klangdarstellung werden in einem 32-Bit-Header gespeichert.

Die Bitrate bestimmt die maximal zulässige Dateigröße pro Frame. Je aggressiver die Komprimierung ist, desto wahrscheinlicher entfernt der Algorithmus hörbare Dinge. Außerdem ist diese Art des Filterns und Schneidens nicht perfekt, und die Quantisierung kann Artefakte hinterlassen, die manche Leute hören können. Auf diese verlustbehaftete psychoakustische Komprimierung folgt eine verlustfreie Huffman-Codierungskomprimierung ähnlich wie bei .zip-Dateien, um noch mehr Platz zu sparen.

Was ist ein Audiodateiformat?

Digitale Audiodateien sind eine Möglichkeit aufzuzeichnen, wie Inhalte auf einem Computer, Mediaplayer, Smartphone oder einem anderen Gerät gespeichert werden.

Auf der einfachsten Ebene ist digitales Audio eine Reihe von Zahlen, die ein Gerät verwenden kann, um Schallwellen zu reproduzieren. Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies zu erreichen und die resultierenden Daten dann zu komprimieren (oder nicht). Wir wissen, dass wir das aufgenommene Signal später perfekt reproduzieren können, indem wir die Schallwellen während der Analog-Digital-Wandlung auf mindestens 16 Bit bei 44,1 kHz abtasten. Dies ist einer Mathematik zu verdanken, die als Nyquist-Shannon-Sampling-Theorem bezeichnet wird. Wir können höhere Bitraten und Frequenzbereiche erreichen, aber ob jemand den Unterschied selbst mit den besten Kopfhörern hören kann, darüber lässt sich bestenfalls streiten.

Wenn wir diese Daten einfach so belassen würden (Pulse Code Modulation oder PCM genannt), würde die Datei viel Platz beanspruchen. Aus diesem Grund wurden verlustbehaftete und verlustfreie Formen der Audiokomprimierung entwickelt. Verlustbehaftetes Audio wirft Audiofrequenzen aus, die unsere Ohren nicht hören können, während verlustfreies Audio sie behält. Verlustbehaftete Audioformate können auch andere Tricks verwenden, um das Audio weiter zu komprimieren, was wir später behandeln werden.

Da die meisten Menschen heutzutage über Streaming-Dienste auf ihre Musik zugreifen, sind komprimierte verlustbehaftete Dateiformate der primäre Weg, um Inhalte zu verbreiten. Es spielt keine Rolle, was Sie hören, aber manche Leute verlangen die höchste Qualität. Infolgedessen stehen jetzt immer mehr hochwertige und sogar verlustfreie Streaming-Optionen zur Verfügung. Wie das folgende Bild zeigt, führt jedoch kein Weg daran vorbei, dass verlustbehaftete Formate weniger Speicherplatz beanspruchen und weniger mobile Daten verbrauchen.