Digitale Audioformate

Was man als DJ über Digitale Audioformate wissen muss

Digitale Audioformate

Mit Ausnahme von Schallplatten und vielleicht Tonbändern und Kassetten, die noch von einigen wenigen DJs verwendet werden, beinhalten mittlerweile alle Tonträger, die beim Auflegen zum Einsatz kommen, digitale Audioinformationen. Beispielsweise bei Laptops oder USB-Sticks als Audioquelle.

Digitale Audioformate lassen sich in drei Kategorieren gliedern. Dabei kommt es darauf an, ob es bei der Umwandlung von analogen Signalen zu digitalen Signalen zu Verlusten der Informationen kommt und ob das Signal komprimiert wird.

1. Verlustfrei, unkomprimiert

Der Vorteil von verlustfreien und unkomprimierten Dateiformaten liegt darin, dass bei der Digitalisierung Qualitätsverluste vermieden werden und das analoge Signal aus den digitalen Informationen vollständig reproduziert werden kann. Damit geht allerdings ein hoher Speicherbedarf einher.

WAVE

Wave Form Audio, .wav

Das WAVE-Format wurde von Microsoft entwickelt und ist das am häufigsten genutzte Format für verlustfreie, unkomprimierte Audiodateien. Es enthält neben den Audiodaten unter anderem weitere Informationen zur Dateigröße, zum Datenformat und zur Anzahl der Kanäle (Stereo entspricht 2 Kanälen). Metadaten lassen sich nicht speichern.

AIFF

Audio Interchange File Format, .aiff, .aif

Das AIFF-Format ist das von Apple entwickelte Pendant zum Wave-Format. Der Vorteil gegenüber WAVE-Dateien liegt in der Möglichkeit zur Speicherung von Metadaten (ID3v2 Tags). Hier wird das gleiche Metadatenformat genutzt, was auch bei MP3-Dateien zum Einsatz kommt. Metadaten können Informationen wie Name des Künstlers, Titel, Tonhöhe und BPM enthalten.

2. Verlustfrei, komprimiert

Im Vergleich zu unkomprimierten Dateiformaten lässt sich bei diesen Formaten Speicherplatz ohne Qualitätsverlust einsparen.

ALAC

Apple Lossless Audio Codec, .m4a, .mp4

Das ALAC-Format ist ein von Apple entwickelter, freier Codec, das den Speicherplatz unkomprimierter Dateien auf etwa 60% der Originalgröße reduziert. Es zeichnet sich durch eine hohe Dekodierungsgeschwindigkeit aus. Da ALAC-Dateien als .mp4 oder .m4a abgespeichert werden, können sie ID-Tags (Metadaten) enthalten.

FLAC

Free Lossless Audio Codec, .flac

Das FLAC-Format wurde von der Xiph.Org Foundation entwickelt. Diese Organisation setzt sich für die Entwicklung von offenen, uneingeschränkt nutzbaren Multimedia-Formaten ein. Daher sind FLAC-Dateien frei und in seiner Nutzung nicht durch Softwarepatente beschränkt. Je nach Quelle spricht man bei FLAC-Dateien von einer Komprimierung auf 50% – 60% des Originals. Das Format zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass es gestreamt werden kann.

3. Verlustbehaftet, komprimiert

Bei diesen Formaten werden Klanginformationen zu Gunsten von Speicherplatz geopfert. Dabei wird auf Signalanteile verzichtet, die nicht vom menschlichen Gehör wahrnehmbar sind. Inwieweit das Auswirkungen auf das Hörerlebnis hat, hängt davon ab, wie stark komprimiert wird.

MP3

MPEG-1 oder MPEG-2 Audio Layer 3, .mp3

Das MP3-Format nutzt bei der Komprimierung psychoakustische Effekte der menschlichen Wahrnehmung aus. Man beschränkt sich bei der Kodierung auf Signalanteile, die vom menschlichen Gehör wahrnehmbar sind. Dadurch reduziert sich der Speicherplatz, obwohl das Signal für den Hörer noch nahezu gleich dem Original klingt.

Entwickelt wurde das Format ab 1982 vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen sowie an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Die Dateiendung .mp3 wurde 1995 festgelegt. Obwohl ursprünglich von den Entwicklern nicht geplant, lassen sich in MP3-Dateien Metadaten (sogenannte Tags) speichern. Diese Informationen über das Musikstück werden dabei der MP3-Datei einfach vorne oder hinten angehängt und können von den meisten Soft- und Hardwareplayern gelesen werden.

AAC

Advanced Audio Coding, .aac, .3gp, .mp4, .m4a, .m4b, .mpg, .mpeg

Das AAC-Format wurde von der Moving Picture Experts Group entwickelt. Im Vergleich zum MP3-Format lässt sich beim AAC-Format die gleiche Audioqualität bei niedrigerem Speicherplatz erreichen. Das wird durch einen effizienteren Kodierungsalgorithmus erreicht.

OGG

Ogg Vorbis, .ogg, .oga, .ogv, .ogx

Das OGG-Format eignet sich für die Speicherung von Multimediaformaten und kann gleichzeitig Audio-, Video-, und Textinformationen enthalten. Das Format wurde, genau wie das FLAC-Format, von der Xiph.Org Foundation entwickelt. Es ist ebenfalls frei und in ihrer Nutzung nicht durch Softwarepatente beschränkt. Im Vergleich zu anderen Formaten können OGG-Dateien auch ohne Weiteres gestreamt werden. Für den Audiobereich ist der Codec Vorbis am weitesten verbreitet.

Welches Audioformat ist das richtige für mich?

Unter DJs gibt es häufig Diskussionen über die Dateiformate und deren Soundqualität. Insbesondere bei elektronischer Musik, wo es auf hohe Dynamik und starke Basswiedergabe ankommt, legen DJs großen Wert auf verlustfreie und unkomprimierte Formate. Das andere Extrem stellen DJs dar, die ihre Musik beispielsweise von Youtube und Soundcloud mit einer Bitrate von 128kBit/s oder niedriger beziehen. Die Audioqualität hängt von vielen Faktoren ab und das Format ist nur ein Glied in einer Kette von Faktoren, die Einfluss auf Güte des Höreindrucks haben. Die Verarbeitung der Audiodateien in Mischpulten und Zuspielern und die Häufigkeit der Umwandlung von Analog zu Digital und zurück, sind ebenso relevant, wie die Qualität der Beschallungsanlage und die akustischen Gegebenheiten im Club. Diese Kette ist nur so gut, wie ihr schwächstes Glied. Auch wenn nicht alle Faktoren vom DJ beeinflusst werden können, sollte man wenigsten in seinem Verantwortungsbereich dafür sorgen, dass eine gute und angemessene Audioqualität gewährleistet ist.

Einige Musik-Download-Plattformen bieten mittlerweile eine Auswahl an unterschiedlichen Formaten und Bitraten an. Dazu zählen unter anderen JunoDownload, Traxsource oder WhatPeoplePlay. iTunes bietet Audiodateien bisher nur als 256 kBit/s MP3 und als AAC an. Amazon bietet ausschließlich MP3 Dateien mit variabler Bitrate an. Laut Amazon habe deren Musikdateien eine durchschnittliche Bitrate von 256kBit/s.

Über die Frage, inwieweit man die Unterschiede zwischen den Formaten und Bitraten wahrnimmt, lässt sich streiten. Auf der Seite http://mp3ornot.com/ kann man testen, ob man in der Lage ist den Unterschied zwischen einer Audiodatei mit 320kBit/s und einer mit 128kBit/s zu erkennen.

STEMS – ein spezielles Audioformat für DJs

Stems ist ein offenes Multikanal-Audioformat, bei dem die Musikinformationen in bis zu 4 einzelnen Spuren hinterlegt sind. Beispielsweise Schlagzeug, Bass, Harmonien und Gesang. Ausserdem ist eine fünfte Spur, das ursprüngliche Stereo-Master, in jeder Datei enthalten. Diese fünfte Spur lässt sich mit jedem Audioplayer abspielen, der das mp4 Format unterstützt. Entwickelt wurde dieses Format von Native Instruments.

Beim Abspielen kann der DJ die Lautstärke der einzelne Spuren variieren und Audioeffekte auf die einzelnen Spuren anwenden. Dadurch lässt sich beispielsweise der Gesang von einen Song mit der Bassspur eines anderen Songs zusammen mischen, während die jeweils anderen Spuren der beiden Songs nicht zu hören sind. Zum Ausspielen und bearbeiten der einzelnen Spuren braucht man spezielles Equipment bzw. Software.

Das Audioformat Stem ist offen. Das bedeutet, dass für die Nutzung keine Lizenzgebühren anfallen und alle technischen Informationen zur Erstellung und Wiedergabe von Dateien frei zugänglich sind. Jedem ist es möglich eigene Stem-Dateien zu erzeugen. Hierfür stellt Native Instruments eine eigene Creator-App zur Verfügung.

Stem-Dateien haben die Endung .stem.mp4. Das Stem-Format nutzt das mp4-Framework, so dass unterschiedliche Möglichkeiten zur Kodierung bestehen.

Stem Player

Physikalische Grundlagen 🤓

Waveform

Die Waveform oder auch Wellenform sieht man häufig bei Musikprogrammen oder bei DJ-Software im Speziellen. Mit ihr lässt sich die Gestalt eines analogen Audiosignals über den Verlauf der Zeit abbilden. Die y-Achse (vertikal) steht hierbei für die Amplitude bzw. Lautstärke des Signals und die x-Achse (horizontal) steht für den zeitlichen Verlauf. Um ein Audiosignal im Computer verarbeiten oder auf einem Datenträger speichern zu können, muss es digitalisiert werden. Dazu wird der kontinuierliche Signalverlauf des analogen Signals abgetastet und die Höhe der Amplitude an einer endlichen Anzahl von Zeitpunkten gespeichert. Das heißt eine Audiodatei ist eine lange Kette von Werten, die die Lautstärke des Signals über den zeitlichen Verlauf beschreibt. Beim Abspielen wird ein digitales Signal zurück in ein analoges Signal gewandelt.

Waveform

Samplerate

Die Samplerate oder auch Abtastrate bezeichnet wie häufig ein analoges Signal pro Zeiteinheit abgetastet wird. Eine Samplerate von 44.100 Hz bedeutet, dass jede Sekunde des Musikstücks 44.100 Mal in gleichen Abständen abgetastet und der jeweilige Wert gespeichert wird. Dabei sollte die Samplerate mehr als doppelt so groß sein, wie die maximale Audiofrequenz, die man abtasten möchte (Nyquist-Shannon-Abtasttheorem). Bei einer Samplerate von 44.100 Hz lassen sich demnach Frequenzen kleiner als 22.050 Hz abbilden. Die Hörschwelle des menschlichen Gehörs liegt zwischen 20hz (tiefe Töne) und maximal 20.000Hz (hohe Töne).

Samplingtiefe

Die Samplingtiefe oder auch Bittiefe bezeichnet in wie vielen Abstufungen die Werte für die Lautstärke eines Signals abgespeichert wird. Eine Auflösung von 16 Bit bedeutet, dass man jedem Abtastpunkt einen Wert im Bereich von 0 bis 2 hoch 16 (= 65.536) zuordnet. Je höher der Wert, desto größer die Lautstärke an diesem Punkt. Stille ist in diesem Fall der Wert 0 zuzuordnen. Der höchste messbare Pegel erhält den Wert 65.536.

Bitrate

Die Bitrate bezeichnet die Datenmenge pro Zeit, die in einer Audiodatei gespeichert ist. Bei unkomprimierten Formaten errechnet sich die Bitrate als Produkt aus der Anzahl der Kanäle, der Samplerate und der Samplingtiefe. Eine Audiodatei im Stereoformat besteht aus zwei Kanälen und beinhaltet daher zwei eigenständige, unabhängige Audiosignale.

2 Kanäle x 16 Bit x 44,1 kHz = 1411,2 kBit/s

Bei komprimierten Audioformaten kann die Bitrate entweder konstant (CBR) oder variabel (VBR) sein. Bei letzterem passt sich die Bitrate dynamisch an die Komplexität des Signals an. Sehr komplexe Zeitabschnitte werden weniger stark komprimiert als weniger komplexe Zeitabschnitte. Dadurch erhält man eine konstante Qualität bei geringerem Speicherbedarf. Musikdateien werden in der Regel mit konstanter Bitrate gespeichert. Eine variable Bitrate findet man beispielsweise bei Hörspielen und Sprachaufnahmen.

Dateigröße

Die Größe einer Audiodatei ergibt sich aus der Länge des Audiosignals und der Bitrate. Hier ein Beispiel einer mp3-Datei mit 256 kBit/s und einer Länge von 3:50 Minuten (das entspricht 230 Sekunden).

256 kBit/s x 230 s = 58880 kBit = 7360 kByte = 7,19 MB

Quellen

Informationsquellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/RIFF_WAVE
https://de.wikipedia.org/wiki/Audio_Interchange_File_Format
https://de.wikipedia.org/wiki/Apple_Lossless
https://de.wikipedia.org/wiki/Free_Lossless_Audio_Codec
https://de.wikipedia.org/wiki/Xiph.Org_Foundation
https://de.wikipedia.org/wiki/MP3
https://de.wikipedia.org/wiki/Advanced_Audio_Coding
https://de.wikipedia.org/wiki/Ogg
https://www.amazon.de/gp/help/customer/display.html?nodeId=201379550
https://www.stems-music.com
https://de.wikipedia.org/wiki/Waveform
https://de.wikipedia.org/wiki/Puls-Code-Modulation
http://www.baumannmusic.com/de/2012/sampleratehz-und-khz-aufloesung-bit-und-bitrate-kBitits/
https://de.wikipedia.org/wiki/Abtastrate
https://de.wikipedia.org/wiki/Auditive_Wahrnehmung
https://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem
https://de.wikipedia.org/wiki/Auditive_Wahrnehmung
https://de.wikipedia.org/wiki/Samplingtiefe
https://de.wikipedia.org/wiki/Bitrate

Bildquellen:
https://www.native-instruments.com/

Steve Clash ist Gründer und Inhaber von Superbooking. Der in Berlin lebende Diplom-Wirtschaftsingenieur hat mit seiner 20-jährigen Erfahrung als Club-DJ und seiner Fachkenntnis im Bereich Veranstaltungstechnik die besten Voraussetzungen für das Vermitteln von DJs an Corporate Events.

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