basics weniger ist mehr

Die meisten Audioformate wie WAV oder AIF basieren

auf dem PCM-Verfahren (Pulse Code Modulation).

Hierbei werden Amplituden (Pegel) des Audiosignals

in Bit/6dB dargestellt. Je mehr Bits, desto höher

die Dynamik und damit auch die originalgetreuere

Auflösung des Signals. So besitzt eine Aufnahme mit

8 Bit noch etwa den Charakter von Mittelwellenradio,

während 16 Bit Audio in der gewohnten CD-Qualität

abbildet. Ein speicherplatzintensiver Nachteil dieser

Digitalisierungsmethode ist allerdings, dass dieses

Verfahren keinen Unterschied in der Erfassung der

Amplitude macht; heißt, alle Signale werden mit der

gleichen Bit-Auflösung erfasst, ob mit geringem oder

hohem Pegel spielt hierbei keine Rolle. Es wird al-

so nicht dynamisch auf die tatsächliche Signalstärke

eingegangen, was dazu führt, dass leise Passagen

ebenso viel Datenplatz „verschwenden“ wie laute.

www.recmag.de

ESSENTIALS

Audiodatenkompression

PCM-kodierte Audiodateien belegen in 16 Bit

Auflösung, 44,1 kHz Abtastrate und Stereo

circa 10 MB pro Minute Material.

Mittlerweile gibt es aber Formate, die we-

sentlich weniger Platz einnehmen.

Während

der letzten beiden Jahrzehnte hat gerade

die Verbreitung von Musik über das Internet

stark dazu beigetragen, dass viele solche

Audio-Codecs auf breiter Ebene verfügbar

sind. Und so ist auch der mobile Hörgenuss

aufgrund schicker und leis tungsfähiger

Handys und wes tentaschengroßer Player

mittlerweile kein Problem mehr. Aufgrund

des begrenzten Speicherplatzes machen

sie aber den Einsatz von digitalen Kom-

primierungsverfahren nötig.

Das Ziel und gleichzeitig Kunststück der

Audiodatenreduktion ist es, den Datenstrom

ohne hörbaren Qualitätsverlust zu minimie-

ren.

Denn bei der Reduktion der Daten kann –

Mittels cleverer Daten-

kompression bekommt man viel

Musik in guter Qualität auf den

mobilen Player.

Verlustbehaftet (Lossy)

Viele Kompressionsverfahren funktionieren

nicht ohne Datenverlust, weswegen man

sie auch verlustbehaftete Datenreduktion

nennt. MP3-kodierte Audiodaten in 128

kbps belegen beispielsweise nur ein Zehntel

der Originaldaten bei identischer Auflösung,

Die Kodierung mit variablen Bitraten (VBR)

lässt sich in diesem Beispiel klar nachvoll-

ziehen. Erst hohe Pegel nutzen die volle

Bitauflösung aus, während bei geringen

Pegeln die Auflösung ohne Qualitätseinbußen

reduziert werden kann und somit weniger

Speicherplatz benötigt wird.

muss aber nicht – Information verloren gehen.

In diesem Fall wären dann die Ausgangsdaten

des Verschlüsselungsprozesses (Encoding) und

die aus der komprimierten

Datei beim Decoding er-

zeugten Daten nicht iden-

tisch. Die hohe Kunst des

Encodings besteht nun

darin, dass zwar Audioinformationen signifikant

reduziert werden, hierbei jedoch das datenre-

duzierte Audiosignal genauso klingen soll wie

das Ausgangsmaterial. Dafür gibt es zwei Wege,

die sich grundsätzlich unterscheiden:

Beim VBR-Encoding werden

dynamische Inhalte flexibel erfasst.

Bittiefe und Kanalanzahl. So können auf ei-

ner handelsüblichen CD statt 74 Minuten

über 740 Minuten Daten gespeichert und

etwa auf jedem MP3-Player wiedergegeben

werden. Entsprechende Audiocodecs nutzen

die Erkenntnis, dass das menschliche Gehirn

gleiche oder benachbarte Frequenzbereiche

bei unterschiedlichen Pegeln nur sehr ein-

geschränkt wahrnehmen kann. Gleiches

gilt für sehr hohe und tiefe Frequenzen

im menschlichen Hörbereich von 20 bis

20.000 Hz. Deshalb wird die Kodierung

unter Berücksichtigung dieser psychoakusti-

schen Vorgänge als wahrnehmungsbezogene

Audiokodierung (Perceptual Audio Coding)

bezeichnet.

Verlustbehaftet

MP3 (MPEG-1, Audio Layer 3)

WMA (Windows Media Audio)

AAC (Audio Advanced Codec)

AC-3/ Dolby Digital

Ogg Vorbis

Real Audio

Coherent Acoustics

ATRAC-3 (Adaptive Transform Acoustic Coding)

Datenendung

.mp3

.wma

.aac, .mp4

.ac3

.ogg

.rm, ra

(für DTS)

(Für MD-Player)

Datenendung

.wma

.m4a, mp4

.flac, fla

(für DVD-Audio)

Max. Auflösung

16 Bit/ 48 kHz

24 Bit/ 96 kHz

24 Bit/ 48 kHz

16 Bit/ 48 kHz

24 Bit/ 96 kHz

20 Bit/ 48 kHz

Max. Auflösung

24 Bit/ 96 kHz

24 Bit/ 192 kHz

Verlustfrei (Lossless)

Moderne Audioformate wie WMA Lossless

oder FLAC hingegen analysieren das Audio-

signal auch im Hinblick auf die tatsächlichen

Pegel und reduzieren die Bitauflösung ent-

sprechend, ohne dabei die Frequenzen zu

beschneiden oder zu reduzieren. Besitzen

beispielsweise leise Passagen maximal 48

recording magazin 1/10

Verlustfrei

WMA Lossless

Apple Lossless

FLAC (Free Lossless Audio Codec)

MLP (Meridian Losslesse Packaging)

hem Pegel. Resultat: Geringer Speicherplatz.

Konstante Bitraten (CBR) sind immer dann

von Bedeutung, wenn die Datenrate einen

bestimmten Maximalwert (zum Beispiel:

Auslesegeschwindigkeit

während

eines

Podcasts) nicht überschreiten darf. Nachteil:

Bei dieser Methode spielt die Komplexität

des Audiosignals keine Rolle. Ob leise oder

laute Passagen, es wird mit konstanter

Bitrate encodiert und so bei leisen Passagen

Speicherplatz „verschwendet“.

Besonderheiten ergeben sich bei der Bear-

beitung komprimierten Audiomaterials.

Auf-

dB, kann die Bitauflösung auf 8 Bit redu-

ziert werden (48 dB / 6dB = 8 Bit). Laute

Passagen mit 96 dB werden dagegen mit 16

Bit gespeichert (96 dB / 6 dB = 16 Bit). Auf

diesem Wege lassen sich bis zu 50 Prozent

Daten ohne Qualitätseinbußen einsparen.

Die Begriffe VBR (variable bit rate) und

CBR (constant bit rate) beschreiben die

Art, wie die Kompressionsmethode die

Mediadaten mit einer bestimmten Datenrate

speichert.

Beim VBR-Encoding können dyna-

grund des geringen Speicherplatzbedarfs

er freuen sich verlustbehaftete Audiodaten

beispielsweise im MP3- oder AAC-Format

großer Beliebtheit bei Webradios oder

Liveaufnahmen. Kein Wunder, klingen diese

doch nahezu wie das unkomprimierte, große

Original. Im Gegensatz zu PCM-erzeugten

Originaldaten lassen sich aufgrund der Frame-

basierten Datenstruktur solche Daten nicht

so ohne weiteres bearbeiten. Dabei habt ihr

zwei Optionen:

Re-Konvertierung:

Hierbei wird beispiels-

recmag

wissen

Quick & Dirty

Vermeidet wenn möglich die

Neukonvertierung von verlustbehaf-

teten Daten mit niedriger Datenrate.

Das Klangbild und die räumliche

Abbildung leiden aufgrund der

ohnehin reduzierten Datenmenge.

Codecs wie MP3, AAC oder AC3

sollten deshalb ganz am Ende eurer

Produktionskette nach dem Mastering

stehen.

mische Inhalte flexibel erfasst werden. Hierbei

werden Passagen mit geringem Pegel mit

weniger Bits aufgelöst als Passagen mit ho-

weise eine MP3-Datei im Audioeditor tem-

porär in eine unkomprimierte WAV oder AIF-

Datei umgewandelt. In diesem Format wird

die Datei auch editiert, letztendlich aber als

MP3-Datei exportiert. Bei diesem Vorgehen

kann es jedoch zu Qualitätseinbußen kom-

ARC-Kit

ESSENTIALS

Audiodatenkompression

men. Beispielsweise arbeiten Steinbergs

Cubase und Wavelab, sowie Apples Logic

nach diesem Prinzip.

Bearbeitung

ohne

Neukompression.

Es gibt einige Audioeditoren, die auf die

Bearbeitung von MP3- Dateien spezialisiert

sind. Hierbei können jedoch nur einge-

schränkt Parameter wie Lautstärke, harter

Schnitt und das Zusammenfügen mehrer

MP3-Dateien ohne Neukonvertierung und

damit ohne Qualitätsverlust ausgeführt wer-

den. Möglich wird dies unter anderem durch

die Bearbeitung der Meta-Daten, also den ge-

speicherten Informationen über Lautstärke,

Länge, etc., welche jede MP3-Datei zusätzlich

zu den Audiodaten abspeichert.

Wird Datenrate zu sehr reduziert geht dies

mit einem massiven Höhenverlust einher.

Oben seht ihr das Original-File, unten eine

64 kBit- Version. (Diese Grafiken wurden uns

freundlicherweise zur Verfügung

gestellt von den Dreamscape-Studios:

www.dreamscape-studios.de)

Überall dort, wo ihr mit geringen Speicher-

platz und Datenraten auskommen müsst,

bieten sich verlustbehaftete Datenformate

an.

Aber nicht jedes Format eignet sich auch

Teures Pult vs. MP3 auf Mobiltelefonen.

Es gilt bei der Datenreduktion das richtige

Verfahren für den richtigen Zweck zu wählen.

klang technisch schlechter ab als beispielswei-

se AAC oder Ogg Vorbis, besitzt jedoch einen

wichtigen Vorteil: MP3 kann auf nahezu allen

Plattformen wiedergegeben werden, seien

es Handys, Autoradios, CD- bzw. DVD-Player

oder die unzähligen MP3-Player. Wollt ihr eu-

re Musiksammlung ohne Qualitätseinbußen

und unnötigen Verbrauch von Terabytes an

Speicherplatz genießen,

sind verlustfreie Codecs

wie Apple, WMA Lossless

oder FLAC geeignete

Kandidaten.

Immerhin

lassen sich damit eure Dateien auf 50% der

ursprünglichen Größe reduzieren. Aktuelle

Mediaplayer wie iTunes oder der Windows

Media Player können mit verlustfreien

Codecs umgehen und die Daten für eine

ungetrübte Wiedergabe auf geeignete Geräte

übertragen.

Bei Formaten wie beispielsweise MP3

und AAC können in jede encodierte Datei

Metadaten eingebettet werden.

Dank dieser

für die hochwertig klingende Wiedergabe

eurer Songs. Wollt ihr beispielsweise eu-

re Produktionen im Internet einem breiten

Publikum präsentieren oder sogar Live-Events

wie Podcasts im Web durchführen, bieten

Vergesst nicht die User mit

analogem Modemzugang.

sich Streaming-fähige Formate an, die bereits

bei geringen Datenraten eine noch passable

Klangqualität ermöglichen.

Hiermit wird gewährleistet,

dass selbst Interessierte

mit antiquiertem analogem

Modemzugang Streams ab-

spielen können.

Audiocodec:

So wird RealAudio bei-

spielsweise sehr häu-

fig

Sprachbereich

für Live-Reportagen ver-

wendet,

während AAC fes-

So funktioniert

… ein verlustbehafteter

Der beispielsweise bei Dolby Digital eingesetzte Algorithmus AC-

3 nutzt die psychoakustische Erkenntnis, dass Frequenzen unter

einem bestimmten Pegel für Menschen nicht wahrnehmbar sind.

Werden beispielsweise zwei simultan auftretende Audiosignale

im gleichen Frequenzbereich mit unterschiedlichem Pegel er-

zeugt, wird nur das lautere Signal wahrgenommen. Das leisere

Signal wird von dem lauteren überlagert oder „maskiert“ (sog.

Frequency Domain Masking) und kann somit vernachläs sigt

werden. AC-3 unterteilt hierzu das Audiosignal in sehr schma-

le Frequenzbänder und ermittelt anschließend diejenigen

Frequenzen, welche oberhalb der menschlichen Hörschwelle lie-

gen. Alle anderen Frequenzen werden beim Encoding nicht mehr

berücksichtigt und – Tataa! – trotz reduzierter Datenmenge neh-

men wir keine Qualitätseinbußen des Audiosignals wahr!

ter Bestandteil von Apples

Q u i c k t i m e -Te c h n o l o g i e

ist, auf der wiederum der

erfolgreiche iTunes Store

basiert. MP3 als eines der

ältesten, daher am weites-

ten verbreiteten Formate

schneidet gerade in Hinblick

auf geringe Datenraten

Metadaten können zusätzliche Informationen

über Künstler, Titel und Länge übermittelt

werden. Damit diese auch angezeigt wer-

den, müssen Player über entsprechende

Features verfügen. Billige Vertreter dieser

Zunft verfügen meist jedoch über ein sehr

kleines Display, welches die Metadaten nur

verkürzt und damit teilweise kryptisch dar-

stellt. Außerdem wird aufgrund der geringen

Produktionskosten gerne auf einen schnellen

Speicher verzichtet. Solange ihr nur wenige

Audiodateien unterwegs wiedergeben wollt,

recording magazin 1/10

Am Beispiel von Tönen mit 250 Hz und 4 kHz bei 60 dB Pegel erkennt man die

Frequenzbereiche, welche unterhalb der Hörschwelle liegen. Die Töne „verdecken“

also naheliegende Frequenzbereiche unter 60 dB, welche deshalb vom mensch-

lichen Gehör nicht wahrgenommen werden können. Außerdem ist an Hand der

Hörschwelle im Ruhezustand gut erkennbar, dass das Gehör tiefe und sehr hohe

Frequenzen erst bei hohen Pegeln wahrnehmen kann. Diese psychoakustischen

Erkenntnisse bilden die Basis für die verlustbehaftete Datenkompression.

ist dieser Umstand nicht weiter tragisch. Habt

ihr jedoch eure komplette CD-Sammlung di-

gitalisiert, ist eine schnelle Suche gewünsch-

ter Titel nicht möglich. Klärt vor dem Encoding

eurer Daten das benötigte Format ab, um

spätere, zeitaufwändige Konvertierungen

zu vermeiden. So kann beispielsweise das

Musikverwaltungsprogramm iTunes keine

WMA-Dateien speichern, sondern konvertiert

diese automatisch in AAC-Dateien. Aktuelle

Nokia Handys unterstützen wiederum WMA,

jedoch kein AAC. Achtet deshalb auch beim

Kauf von Wiedergabegeräten auf die unter-

stützten Audioformate. Nicht alle Geräte kön-

nen das von euch benötigte Format wie z. B

Ogg Vorbis wiedergeben. Zwar gibt es mittler-

weile eine Reihe von Konvertierungsprogram

men, die eure Dateien von einem Format in

ein anderes wandeln. Nicht alle Programme

verfügen jedoch über einen leistungsfähigen

Batch-Modus, der automatisch all eure Daten

ohne Qualitätsverlust konvertieren kann.

Der Autor

Nikolas

Kaan

... arbeitet als freier Autor und

Studioberater, ist Musiker und leid-

geprüfter Computerfachmann für

AV-Workstations.

recmag

tipp

Quick

& Dirty

Das Encodieren von Audiomaterial

mit variabler Bitrate ist die beste

Möglichkeit, eure Audiodateien

möglichst klein zu halten. Probiert

verschiedene Datenraten aus und hört

euch das Ergebnis vor der Weitergabe

am besten in unterschiedlichen Pegeln

an. Denn Files mit 96 kbit/s klingen

einfach anders als bei 160 kbit/s.

Merke: Je geringer die Datenrate, des-

to flacher und dumpfer das Klangbild.