Wie unterscheiden sich Audiodateiformate und was bedeutet dies für die Hörer?


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Wie unterscheiden sich Audiodateiformate und was bedeutet dies für die Hörer?

Music File Formats

Erklärung von MP3, AAC, WMA, FLAC, ALAC, WAV, AIFF und PCM

audio file formats

Die meisten Geräte sind in der Lage, eine Vielzahl digitaler Medienformate sofort abzuspielen, häufig ohne dass Software- oder Firmware-Updates erforderlich sind. Wenn Sie das Produkthandbuch durchblättern, werden Sie möglicherweise überrascht sein, wie viele verschiedene Typen es gibt.

Was unterscheidet sie voneinander? Sollte es Ihnen wichtig sein?

Musikdateiformate
Ist das Format bei digitaler Musik wirklich wichtig? Antwort: es kommt darauf an.

Es gibt komprimierte und unkomprimierte Audiodateien, bei denen möglicherweise Qualitätsverluste auftreten oder nicht. Verlustfreie Dateien können sehr groß sein. Wenn Sie jedoch über genügend Speicherplatz (z. B. einen PC oder Laptop, ein Netzwerklaufwerk, einen Medienserver usw.) und hochwertige Audiohardware verfügen, bietet die Verwendung ohne komprimierter oder verlustfreier Ton,

Wenn jedoch nicht genügend Speicherplatz vorhanden ist, z. B. auf Smartphones, Tablets und tragbaren Playern, oder wenn Sie einfache Kopfhörer oder Lautsprecher verwenden möchten, benötigen Sie lediglich kleinere komprimierte Dateien.

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Wie wählst du? Hier finden Sie eine Aufschlüsselung der gängigen Formattypen, einige ihrer wichtigen Funktionen und die Gründe, warum Sie sie verwenden sollten.

-MP3: MPEG-1 / MPEG-2 Layer 3 (MP3) wurde von der Moving Picture Experts Group (MPEG) entwickelt, einer Organisation, die Standards für codierte Video- und Audioprogramme entwickelt kompatibel.
MP3 ist ein verlustbehaftetes und komprimiertes Audioformat mit einer Bitrate von 8 kbit / s bis maximal 320 kbit / s und einer Abtastfrequenz von 16 kHz bis maximal 48 kHz. Kleinere MP3-Dateigrößen bedeuten schnellere Dateiübertragungen und weniger Speicherplatzverbrauch, jedoch auf Kosten einer etwas geringeren Audioqualität als verlustfreie Dateiformate.
-AAC: Advanced Audio Coding (AAC) ist bei Apple iTunes beliebt und ähnelt MP3, bietet jedoch einen zusätzlichen Vorteil:
-AAC ist ein verlustbehaftetes komprimiertes Audio- und Audioformat mit Bitraten von 8 kbps bis maximal 320 kbps und Abtastraten von 8 kHz bis maximal mit dem richtigen Codierungsprozess von 96 kHz.
AAC-Dateien bieten dieselbe Audioqualität wie MP3 und benötigen weniger Speicherplatz. ACC unterstützt auch bis zu 48 Kanäle, während die meisten MP3-Dateien nur zwei verarbeiten können. AAC ist unter anderem mit iOS, Android und tragbaren Spielgeräten weitgehend kompatibel.
-WMA. Windows Media Audio-Dateien wurden von Microsoft als Konkurrent zu MP3 entwickelt und bieten ähnliche, aber proprietäre Funktionen. Standard-WMA ist ein verlustbehaftetes und komprimiertes Audioformat, obwohl neuere Standalone-Versionen mit erweiterten Codecs möglicherweise eine verlustfreie Option bieten.
Während viele Arten von tragbaren und Home-Entertainment-Mediaplayern standardmäßig WMA-Dateien unterstützen, wird dies nur von einigen Mobilgeräten wie Smartphones und Tablets unterstützt. Viele erfordern das Herunterladen einer kompatiblen Anwendung, um WMA-Audio abzuspielen, was es weniger bequem als MP3 oder AAC machen kann.
-FLAC. Der von der Xiph.Org Foundation entwickelte kostenlose verlustfreie Audio-Codec (FLAC) ist aufgrund seiner kostenlosen Lizenz und seines offenen Formats sehr attraktiv.
-FLAC ist ein verlustfreies, komprimiertes Audioformat mit einer Dateiqualität von bis zu 32 Bit / 96 kHz (zum Vergleich: CD ist 16 Bit / 44,1 kHz). FLAC hat den Vorteil einer reduzierten Dateigröße (ca. 30-40 Prozent kleiner als die Originaldaten), ohne dass die Klangqualität beeinträchtigt werden muss. Dies macht es ideal für die digitale Archivierung (dh für die Verwendung als Masterkopie zum Erstellen komprimierter / verlorener Dateien für das allgemeine Abhören).
-ALAC: Apples Version von FLAC, Apple Lossless Audio Codec (ALAC), teilt FLAC in Bezug auf Klangqualität und Dateigröße.
-ALAC ist ein verlustfreies komprimiertes Audioformat. Es ist auch vollständig kompatibel mit iOS- und iTunes-Geräten, obwohl FLAC möglicherweise nicht unterstützt wird. Daher wird ALAC am häufigsten von Benutzern von Apple-Produkten verwendet.
-WAV: Das ebenfalls von Microsoft entwickelte Waveform-Audiodateiformat ist ein Standard für Windows-basierte Systeme und mit verschiedenen Softwareanwendungen kompatibel.


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Was ist digitales Audio?

Was ist digitales Audio?

Digital Audio

Digitaler Sound ist nichts anderes als eine Kombination von Zahlen. Mit einem bestimmten Algorithmus wird Ton wie Luftdruck in Datenströme umgewandelt und zur weiteren Verarbeitung und Wiedergabe codiert. Abhängig vom verwendeten Algorithmus hat die Musikdatei das eine oder andere Format, die eine oder andere Erweiterung.

Analog Vs. Digital Sound

Denken Sie daran, dass es neben digitalem Ton auch analogen Ton gibt, der durch ein kontinuierliches elektrisches Signal dargestellt wird, das die Änderung der Schallwelle widerspiegelt. Die Analog-Digital-Tonumwandlung ist eine Einstellung des numerischen Werts der Amplitude zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer bestimmten Wertedichte. Je mehr Werte aufgezeichnet werden, desto zuverlässiger und genauer wird das Bild des digitalisierten Klangfragments neu erstellt. Bei einer solchen Digitalisierung entstehen sehr umfangreiche Datenmatrizen, die sich je nach verwendetem Format im Verhältnis von Klangqualität zu Lautstärke der endgültigen Datei unterscheiden.

Möglicherweise ist der Hauptvorteil von digitalem Audio gegenüber analogem die Möglichkeit, Daten unbegrenzt zu speichern und zu kopieren, ohne die ursprüngliche Qualität zu verlieren (während beim Kopieren von einem analogen Medium auf ein anderes eine Abnahme der Aufnahmequalität deutlich zu spüren ist).

Das heute am weitesten verbreitete und beliebteste digitale Audioformat ist MP3 (MPEG Layer 3). Es wurde nach einer Reihe von Zwischenformaten und Untersuchungen entwickelt, die 1987 vom Fraunhofer-Institut in Deutschland gestartet wurden.

Die Entwickler des Formats standen vor der Aufgabe, die Kosten für den Versand langer Musikfragmente zu vereinfachen und zu senken. Wie Sie wissen, nimmt eine Minute eines Stereosignals von einer CD (16-Bit-, 44,1-kHz-Abtastrate) etwa zehn Megabyte Speicherplatz ein. Gleichzeitig kann das Audiosignal im Gegensatz zu Text- oder Grafikdateien nicht ohne Qualitätsverlust komprimiert werden. Daher dauert die Modemübertragung einer unkomprimierten Komposition von einer 3-minütigen Audio-CD mit einer Datenübertragungsrate von beispielsweise 24 kbps mehrere Stunden. Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts gelang es, eine Komprimierung mehrerer Dateigrößen zu erreichen: Durchschnittlich dauert eine Minute eines komprimierten Audiosignals im MP3-Format etwa 1 Megabyte. Das Prinzip der Komprimierung basiert auf der Eliminierung “unnötiger” Geräusche aus der Musikdatei, gegen die das menschliche Ohr immun ist oder die sich gegenseitig duplizieren.

Der Hauptfaktor, der die Beziehung zwischen Dateigröße und Klangqualität innerhalb eines bestimmten Formats bestimmt, ist die Bitrate. Die Bitrate ist ein Indikator dafür, wie viele Informationen eine Sekunde Sound codiert. Je höher es ist, desto weniger Verzerrungen und desto näher ist die codierte Komposition am Original. Die im Internet am häufigsten verwendeten Kompositionen mit Bitraten von 128 und 192 Kbit / s. Die maximale Bitrate, die von Programmen und Geräten unterstützt wird, die mit MP3 arbeiten, beträgt 320 Kbit / s. In der Praxis kann nur ein Experte oder ein Fachmann, der mit Ton arbeitet Beachten Sie die Unterschiede zwischen einer MP3-Datei mit einer Bitrate von 320.

Um die Größe von MP3-Musikdateien bei gleichbleibender Qualität zu optimieren, wird eine variable Bitrate (Abkürzung VBR – Variable Bitrate) verwendet. In diesem Fall unterteilt das Codierungsprogramm die Datei in Fragmente unterschiedlicher spektraler Sättigung und codiert sie mit einer geeigneten Bitrate. Die meisten modernen MP3-Player unterstützen die Wiedergabe mit variabler Bitrate. Ein wesentlicher Vorteil von MP3-Dateien besteht darin, dass sie den Namen des Künstlers, den Namen des Titels und des Albums, das Jahr seiner Veröffentlichung usw. enthalten können. Der Satz dieser Daten wird als ID3-Tags bezeichnet. Die meisten modernen Spieler können sie lesen und auf dem Bildschirm anzeigen.

Im Jahr 2001 entwickelten Swedish Coding Technologies und Thomson Multimedia den MP3 Pro-Codec. Es ist MP3-basiert und daher vollständig MP3-abwärtskompatibel und nur teilweise vorwärtskompatibel. Es verwendet die SBR-Technologie (Spectral Band Replication), sodass der Codec bei niedrigen Bitraten eine gute Qualität bietet. Die Codierungsqualität bei mittleren bis hohen Bitraten ist jedoch schlechter als die der meisten anderen Codecs. Aus diesem Grund wird dieses Format hauptsächlich für Sendungen im Internet und Demonstrationen von Fragmenten neuer Musikkompositionen verwendet.

Eine andere Art von MP3 war die Entwicklung von MP3 Surround, die kürzlich von den Machern von MP3 eingeführt wurde: dem Fraunhofer-Institut. Dieses Format wiederholt alle Eigenschaften von Mehrkanalton und ist dennoch mit Standard-Stereo-MP3 kompatibel: Informationen, die die räumlichen Eigenschaften des Tons beschreiben, werden auf einer zusätzlichen Spur aufgezeichnet. Durch Abspielen von Dateien dieses Formats auf speziellen Geräten, die diese Spur lesen können, erhalten Sie Surround-Sound, der dem Surround 5.1-Standard entspricht.

Im Klartext über die Funktionsweise der Dateikomprimierung

Im Klartext über die Funktionsweise der Dateikomprimierung

file compression

Mit der Dateikomprimierung können Sie große Dateien schneller übertragen, empfangen und speichern. Es wird überall verwendet, und Sie wissen es wahrscheinlich gut – die beliebtesten komprimierten Dateierweiterungen sind ZIP, JPEG und MP3. Dieser Artikel gibt einen kurzen Überblick über die wichtigsten Arten der Dateikomprimierung und deren Funktionsweise.

file compresion

Was ist Komprimierung?

Durch das Komprimieren einer Datei wird ihre Größe verringert, während die Originaldaten erhalten bleiben. In diesem Fall nimmt die Datei weniger Speicherplatz auf dem Gerät ein, was auch das Speichern und Übertragen über das Internet oder auf andere Weise erleichtert. Es ist wichtig zu beachten, dass die Komprimierung nicht unbegrenzt ist und im Allgemeinen in zwei Haupttypen unterteilt wird: verlustbehaftet und verlustfrei. Betrachten wir jeden von ihnen einzeln.

Verlustbehaftete Komprimierung

Diese Methode reduziert die Dateigröße, indem unnötige Informationen entfernt werden. Es wird am häufigsten in Bild-, Video- und Audioformaten verwendet, in denen keine perfekte Darstellung der Quellmedien erforderlich ist. MP3 und JPEG sind zwei beliebte Beispiele. Die verlustbehaftete Komprimierung ist jedoch nicht vollständig für Dateien geeignet, bei denen alle Informationen wichtig sind. In einer Textdatei oder Tabelle wird beispielsweise eine verstümmelte Ausgabe erzeugt.

MP3 enthält nicht alle Audioinformationen der Originalaufnahme. Dieses Format eliminiert einige Geräusche, die Menschen nicht hören können. Sie werden feststellen, dass sie nur auf professionellen Computern mit sehr hoher Klangqualität verschwinden. Wenn Sie diese Informationen bei normaler Verwendung entfernen, wird die Dateigröße ohne oder mit geringen Unannehmlichkeiten reduziert.

JPEG-Dateien entfernen auch unkritische Teile von Bildern. In einem Bild mit blauem Himmel kann die JPEG-Komprimierung beispielsweise alle Pixel in ein oder zwei Blautöne anstelle von zehn ändern.

Je mehr Sie die Datei komprimieren, desto deutlicher wird die Qualitätsminderung. Sie haben dies wahrscheinlich bemerkt, als Sie MP3-Musik von geringer Qualität hörten, die auf YouTube hochgeladen wurde. Vergleichen Sie beispielsweise einen hochwertigen Musiktitel mit einer stark komprimierten Version desselben Songs.

Eine verlustbehaftete Komprimierung ist geeignet, wenn die Datei mehr Informationen enthält, als für Ihre Zwecke erforderlich sind. Angenommen, Sie haben eine riesige RAW-Bilddatei. Es ist ratsam, diese Qualität beizubehalten, um das Bild auf einem großen Banner zu drucken. Das Hochladen der Originaldatei auf Facebook ist jedoch nicht sinnvoll. Das Bild enthält viele Daten, die beim Anzeigen in sozialen Medien nicht sichtbar sind. Durch das Komprimieren des Bildes in hochwertiges JPEG werden einige Informationen ausgeschlossen, das Bild sieht jedoch fast wie das Original aus.

Wenn Sie in einem verlustbehafteten Format speichern, können Sie häufig den Qualitätsfaktor festlegen. Beispielsweise verfügen viele Bildbearbeitungsprogramme über einen Schieberegler zur Auswahl der JPEG-Qualität von 0 bis 100. Einsparungen von 90 Prozent oder 80 Prozent führen zu einer geringfügigen Reduzierung der Dateigröße mit geringem visuellen Unterschied. Das Speichern in schlechter Qualität oder das erneute Speichern derselben Datei in einem verlustbehafteten Format macht es jedoch noch schlimmer.

Das Ergebnis wurde im JPEG-Format mit 50% Qualität gespeichert. Es sieht nicht schlecht aus. Sie können nur Artefakte an den Rändern der Rahmen bemerken, wenn Sie zoomen. 310 KB:

Wo wird verlustbehaftete Komprimierung verwendet?
Wie bereits erwähnt, ist die verlustbehaftete Komprimierung für die meisten Medien hervorragend geeignet. Dies ist äußerst wichtig für Unternehmen wie Spotify und Netflix, die ständig große Informationsmengen streamen. Wenn Sie die Dateigröße so weit wie möglich reduzieren und gleichzeitig die Qualität beibehalten, arbeiten Sie effizienter.

Verlustfreie Kompression
Mit der verlustfreien Komprimierung können Sie die Dateigröße reduzieren, um später die ursprüngliche Qualität wiederherzustellen. Im Gegensatz zur verlustbehafteten Komprimierung werden bei dieser Methode keine Informationen entfernt.

Verlustfreie Abbildung der Dateikomprimierung

Dies ist eine einfache Darstellung der verlustfreien Komprimierung. Dieselben Informationen werden effizienter gespeichert. Betrachten Sie eine echte Datei: mmmmmuuuuuuuoooooooooooo. Es kann auf eine viel kürzere Form komprimiert werden: m5u7o12. Dadurch können 7 statt 24 Zeichen dieselben Daten darstellen.

Wo verlustfreie Komprimierung verwendet wird

ZIP-Dateien sind ein beliebtes Beispiel für verlustfreie Komprimierung. Das Speichern von Informationen in Form von ZIP-Dateien ist effizienter. Wenn Sie die Datei entpacken, sind alle Originalinformationen vorhanden. Dies gilt für ausführbare Dateien, da die entpackte Version nach einer verlustbehafteten Komprimierung beschädigt und unbrauchbar wird.

Andere gängige verlustfreie Formate sind PNG für Bilder und FLAC für Audio. Verlustfreie Videoformate sind selten, da sie viel Platz beanspruchen.

Über moderne Audiokodierungsformate

Über moderne Audiokodierungsformate

Digital Audio Quality

Während MP3 immer noch das De-facto-Format zum Komprimieren von Musik auf dem Computer ist, gibt es viele andere weniger bekannte Komprimierungsstandards. Einige von ihnen sind veraltet und praktisch unbenutzt, andere sind kürzlich erschienen und hatten noch keine Zeit, ihre Nische zu besetzen. Hier werde ich mich nur auf Formate konzentrieren, die eine verlustbehaftete Komprimierung verwenden, da Sie damit den höchsten Grad an Komprimierung von Audiodaten erzielen können.

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Was ist verlustbehaftete Komprimierung? Nur die auf diese Weise codierte und dann wieder in eine Wave-Datei decodierte Datei unterscheidet sich binär von der Originaldatei (d. H. Der Inhalt der Dateien unterscheidet sich), obwohl der Unterschied für das Ohr subtil oder vollständig unsichtbar sein kann. Wie schaffen Sie es, ein solches Ergebnis zu erzielen? Diese Fragen werden von der Psychoakustik beantwortet (siehe zum Beispiel eine Auswahl von Artikeln aus der Zeitschrift “Sound Engineer” für 1999-2000), einer relativ neuen Wissenschaft, die sich mit der Untersuchung der Wahrnehmung von Schall durch das menschliche Gehirn befasst. Tatsache ist, dass wir nicht alle soliden Informationen wahrnehmen. Zum Beispiel können wir Schritte auf einer Asphaltstraße ohne merkwürdige Geräusche ziemlich deutlich hören, aber die Schritte selbst sind völlig unhörbar, wenn ein Personenkraftwagen vorbeifährt. Dies ist der sogenannte Maskierungseffekt: Ein leiser Klang wird völlig unhörbar, wenn sich eine starke Schallquelle in der Nähe befindet. Dieser Effekt wird zusammen mit einigen anderen in psychoakustischen Modellen moderner Codecs verwendet. Durch die Kombination herkömmlicher Datenkomprimierungsmethoden und dem Wissen, welche Informationen von unserem Gehirn wahrgenommen werden und welche nicht, können Sie ein Musikkomprimierungsverhältnis von 1:10 bei akzeptabler Klangqualität erzielen.

Im Folgenden habe ich einen kurzen Überblick über die gängigsten und bekanntesten Komprimierungsformate für Musikdateien gegeben, mit denen eine Home-Musiksammlung erstellt werden kann.

Wave-Datei mit ADPCM-Komprimierung

Der Microsoft ADPCM-Codec (Adaptive Differential Pulse Code Modulation), der einst bei Hackern beliebt war, die keine Zeit mit der Codierung von MP3-Musik verschwenden wollten, ist weit von einem Qualitätsstandard entfernt. Um die Dateigröße zu reduzieren, mussten Wave-Dateien mit acht oder sogar vier Bits mit einer Abtastrate von 22 kHz erstellt werden, was zu einem sehr schwachen Ergebnis führte. Und wenn eine MP3-Datei mit einer festen Bitrate von 128 Kbit / s mehr oder weniger erträglich klingt (und für einige Hörer ideal ist), dann klingt eine mit dem ADPCM-Codec komprimierte Wave-Datei derselben Größe einfach schrecklich.

ADPCM verwendet einen sehr einfachen Komprimierungsalgorithmus, der auf langsameren Computern eine hohe Codierungsgeschwindigkeit bietet, jedoch zum Speichern von Musik nicht anwendbar ist. Die extrem niedrige Klangqualität mit einem akzeptablen Komprimierungsverhältnis führte dazu, dass dieser Codec derzeit kaum zum Komprimieren von Musik verwendet wird. Die Ausnahme bilden Computerspiele, deren Entwickler häufig ADPCM-WAV-Dateien zum Speichern von Soundtracks verwenden.

MP3

MPEG (aus der Motion Picture Expert Group) 1 Schicht III (seltener MPEG 2 Schicht III), auch als inkompetente Personen bekannt MPEG 3 (es gibt kein solches Format) ist seit vielen Jahren die einzige Assoziation mit dem Begriff “Computermusik”. . Das Format wurde Ende der 1980er Jahre entwickelt, ohne dass Ressourcen erforderlich waren (das Abspielen von MP3-Dateien ist sogar auf Computern mit 486 Prozessoren möglich). Das Format, mit dem Musik ohne katastrophalen Qualitätsverlust bis zu zehnmal komprimiert werden konnte, setzte sich schnell in Computern durch. inländisch. Obwohl bis vor kurzem die meisten Encoder bezahlt wurden, ist es jetzt einfach, Player und Encoder zu finden, die unter der Lizenz für freie Software vertrieben werden. Nach einer Weile wurde klar, dass “CD-Qualität” bei einer Bitrate von 128 Kb / s unmöglich ist.
Wie die Ausstattung von Computern mit anspruchsvolleren Soundkarten und akustischen Systemen es ermöglichte, die Mängel einer solchen Codierung zu identifizieren. Das Erhöhen der Bitrate und das Verbessern der Codecs wurde ganz natürlich: VBR- und Joint Stereo-Technologien (kombiniertes Stereo) ermöglichten es, die Dateigröße erheblich zu reduzieren und gleichzeitig die Qualität zu erhöhen. Mit modernen Encodern können Sie eine Klangqualität erzielen, die bei Bitraten im Bereich von 192 bis 256 Kb / s auch bei hochwertigen Geräten hörbar nicht von einer CD zu unterscheiden ist. In einigen seltenen Fällen (bei gutem Gehör und gutem Gerät) reicht jedoch die Bitrate von 320 Kb / s nicht aus.