Audiodateiformat auf einem Mac

Was ist ein Audiodateiformat?

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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.

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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.

[Musik] Dateiformattypen Teil 3

[Musik] Dateiformattypen Teil 3

Verlustfreies Komprimierungsformat

Dieses Format komprimiert die Originaldaten, während sie erhalten bleiben.

FLAC
A DAS C
Während der Wiedergabe können sie dekomprimiert und in das unkomprimierte Originalformat zurückversetzt werden, sodass die Klangqualität der Originaldaten entspricht.

Obwohl die Dateigröße im Vergleich zum unkomprimierten Format reduziert werden kann, beträgt sie immer noch etwa die Hälfte, sodass die Dateigröße größer ist als beim verlustbehafteten komprimierten Format und das Kodieren und Dekodieren länger dauert.

Außerdem wird es derzeit oft nicht von großen Musikvertriebsseiten verarbeitet, und die Anzahl der Geräte, die es abspielen können, ist geringer als die von unkomprimierten Formaten. Das gebräuchlichste dieser Formate ist “FLAC”, und Apple verwendet ein einzigartiges Format namens “ALAC”.

FLAC (Kostenloser verlustfreier Audio-Codec)
Ein als Open Source entwickelter verlustfreier Audio-Codec.

Es unterliegt keinen Patentbeschränkungen, ist nicht Eigentum eines Unternehmens und es fallen keine Lizenzgebühren für seine Verwendung an.

Außerdem beträgt die Abtastfrequenz 1 Hz – 655,3 kHz (655,350 Hz) und die Anzahl der Quantisierungsbits beträgt 4 bis 32 Bit, so dass auch die sogenannte hochauflösende Musik (einschließlich der Frequenzelemente außerhalb des menschlich hörbaren Bereichs) sein kann codiert. . Da es jedoch verlustfrei ist, ist die Komprimierungsrate niedrig und die Dateigröße beträgt nur etwa die Hälfte. Zunächst einmal unterstützt iOS 11 jetzt die Wiedergabe aus der App “Datei”.

ALAC (Apple Lossless)
Apple Lossless ist ein verlustfreies Komprimierungsformat, das von Apple für den iPod entwickelt wurde.

Es kann die gleiche Klangqualität wie eine Musik-CD beibehalten, aber das Komprimierungsverhältnis ist nicht so gut wie bei verlustbehafteten Komprimierungsformaten wie MP3. Bei verlustbehafteter Komprimierung ist die Verschlechterung der Klangqualität spürbar, daher ist es möglicherweise besser, sie nur für klassische Musik zu verwenden.

Dieses Format wurde am 27. Oktober 2011 als Open Source freigegeben. Sie können es unter der freien Apache-Lizenz frei verwenden.

Beziehung zwischen Bittiefe, Abtastrate und Bitrate
Musikdaten haben Zahlen wie Bittiefe und Abtastrate, die die Menge der Musikdaten pro Sekunde angeben.

Und das Produkt aus beiden ist die “Bitrate”.

Abtastrate
Auch als Abtastrate bekannt. Zeigt an, wie viele Zehntausende von Tönen pro Sekunde gesammelt werden.

Je höher der Wert, desto größer die Anzahl der Unterteilungen, was zu einem weicheren Klang und einer verbesserten Klangqualität führt.

Die CD ist übrigens 44100Hz.

Bittiefe
Auch bekannt als Quantisierungsbitzahl, Gebotsreduktion, Abtastbitzahl.

Dies zeigt an, wie viel Kapazität den geteilten Daten zugewiesen wird.

Je lauter der Ton, desto besser der Ton und die Tonqualität wird verbessert.

Die CD ist 16-Bit.

Bitrate
Es wird in bps angezeigt und zeigt die Datenmenge pro Sekunde an.

Sie ist das Produkt aus der oben erwähnten “Sample-Rate” und der “Bit-Tiefe”.

Bei einer Stereodatei gibt es zwei Töne, also wenn Sie es formulieren …

Abtastrate (Hz) x Bittiefe (Bit) x 2 = Bitrate (Bit/s)

Eine hohe Bitrate bedeutet, dass die „Samplerate“ und die „Bittiefe“ groß sind und die Klangqualität gut ist.

Übrigens bei CD

44100 (Hz) x 16 (Bit) x 2 = 1411200 (Bit/s)

Wird sein.

Warum gibt es so viel Format
Jedes hat seine Vor- und Nachteile, und Sie können Ihre Daten besser nutzen, indem Sie sie richtig verwenden.

Wenn Sie beispielsweise dieses Album mit der besten Tonqualität speichern möchten, weil Ihnen die Datenmenge egal ist, importieren Sie es mit “WAV” oder “AIFF” und speichern Sie es mit der höchstmöglichen Bitrate. Wenn Sie ein kompatibles Gerät haben, sind “FLAC” und “ALAC” auch Speicheroptionen.

“Tonqualität ist zweitrangig! Ich möchte viele Songs auf mein Smartphone importieren!” Für diejenigen, die mit „MP3“ importieren möchten, können sie mit einer möglichst niedrigen Bitrate importieren (obwohl 128 kbps oder weniger nicht oft als Musikdatei verwendet werden). Stil.

Übrigens, die von mir verwendete Apple Music ist 256kbps von “AAC”, also kann man sagen, dass es sich um ein Format handelt, das die Balance zwischen Klangqualität und Dateneinsparungen betont.

[Musik] Dateiformattypen Teil 2

[Musik] Dateiformattypen Teil 2

Verlustbehaftetes Komprimierungsformat

Dieses Komprimierungsformat wird wahrscheinlich am häufigsten verwendet.

MP3
CAA
WMA
Vorbis
Dies ist das Dateiformat.

“Der für den Menschen hörbare Bereich beträgt 20 Hz ~ 20000 Hz”
Dieses Dateiformat hat den Vorteil, dass die Dateigröße unter Beibehaltung einer gewissen Klangqualität durch Komprimieren und Abschneiden des für Menschen nicht hörbaren Hochfrequenzanteils unterdrückt werden kann.

Der Nachteil ist jedoch, dass die Klangqualität niedriger ist als die der Originaldaten.

Darunter ist “MP3” das beliebteste Dateiformat, und als Nachfolger wird oft “AAC” verwendet, das geschaffen wurde, um eine höhere Klangqualität zu erreichen. Auch “WMA” und “Vorbis” liegen ebenfalls in diesem Format vor.

MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3)
Es ist eines der Audioformate, die im Videokomprimierungsstandard “MPEG-1” verwendet werden.

Es ist ein beliebtes Format und viele gängige digitale Audioplayer unterstützen es. Wenn Sie es in dieses Format komprimieren, können Sie es auf vielen anderen Playern als dem iPod abspielen.

Es wird allgemein gesagt, dass eine Bitrate von 192 kbps oder höher für MP3 fast nicht von der Originalmusik zu unterscheiden ist.

In letzter Zeit hat sich die Kapazität des Players erhöht, daher denke ich, dass es gut ist, mit 320 kbps aufzunehmen, was die höchste Klangqualität von MP3 ist.

Es gibt auch eine Methode namens VBR (variable Bitrate), die im Gegensatz zu CBR (konstante Bitrate) effizient optimale Daten erhält, während die Bitrate in einem Song geändert wird.

Bei Verwendung von VBR kann die Bitrate jedoch je nach Song teilweise höher als erforderlich sein, und bei einigen Playern können aufgrund unzureichender Leistung Probleme wie beispielsweise unterbrochener Ton auftreten.

AAC (erweiterte Audiocodierung)
Es ist eines der Audioformate, die in den Videokomprimierungsstandards “MPEG-2” und “MPEG-4” verwendet werden.

ITunes hat dieses AAC-Format als Standard-Komprimierungsformat als hocheffiziente und überlegene Alternative zu MP3 ausgewählt.

Es gab jedoch Zeiten, in denen die Produktkompatibilität in der Vergangenheit schlecht war, und in seltenen Fällen können AAC-Dateien, die mit Software von Drittanbietern erstellt wurden, möglicherweise nicht auf dem iPod wiedergegeben werden. Bei Verwendung des AAC-Formats sollte die Bitrate 128 kbps oder höher betragen, insbesondere 256 kbps oder höher, wenn Sie eine hohe Tonqualität wünschen. Die Songs, die im iTunes Store behandelt werden, sind ebenfalls im AAC-Format und haben die Erweiterung “.m4a”.

WMA (Windows Media-Audio)
Ein von Microsoft entwickeltes Musikkomprimierungsformat für das Windows-Betriebssystem.

Es wird in vielen Windows-Musikverteilungssoftware und digitalen Audioplayern verwendet. Es wird gesagt, dass die Dateigröße bei gleicher Tonqualität auf die Hälfte von MP3 reduziert werden kann. Dateien im WMA-Format werden beim Importieren in iTunes in das AAC-/MP3-Format konvertiert.

Es ist jedoch nicht möglich, heruntergeladene und gekaufte Songs mit Urheberrechtsschutz (DRM) in das AAC-Format / MP3-Format zu konvertieren.