Audio am PC

Audio Formate

Wave

Digitale Form von Audiosignalen. Die Daten sind das Ergebnis eines Sampling- Vorganges (A/D-Wandler!).
In einer Wavedatei (Erweiterung *.wav) werden diese digitalen Daten unkomprimiert gespeichert (-> sehr große Dateien). Eine CD enthält Daten in diesem Format.

Die Wave-Parameter sind:

• Samplingfrequenz: Anzahl der Samples (Proben), die pro Sekunde aus einem Audiosignal gezogen werden. CD: 44100.
  Andere gängige Werte: 22050 Hz, 11025 Hz (für geringere Qualität, Sprachausnahmen, Schellackaufnahmen etc.)
  
• Samplingtiefe: Wertebereich für ein einzelnes Sample, gleichbedeutend mit der Anzahl unterschiedlicher Lautstärkewerte. CD: 65535 Lautstärkegrade, verteilt im negativen und positiven Bereich, also von –32768 bis +32767, gespeichert in 2 Datenbytes. Für geringere Qualität Speicherung in 1 Byte, damit sind nur 255 (128) Laustärkegrade darstellbar.
  
• Kanalanzahl: Mono/Stereo. CD: Stereo zwingend, auch bei Monoaufnahmen.

Im Studiobereich sind noch höhere Werte für die einzelnen Parameter üblich.

Der Speicherbedarf einer Sekunde Audiosignal in CD-Qualität beträgt somit 44100 x 2 x 2, also 176400 Bytes, für eine Minute somit ca. 10 MB, für eine CD mit 78 Minuten ca. 800 MB.

Bei MS Windows findet man im Verzeichnis /Windows/Media eine Anzahl von Wavedateien zum Testen.

Midi

Midi heißt: „Musical Instruments Digital Interface“. Midi Daten sind Steuerdaten für midifähige Musikinstrumente und verschiedene andere Geräte (Lichtanlagen, Mischpulte etc.).

Mididateien enthalten im Gegensatz zu Wavedateien keine Audiodaten, sondern nur Steuersignale, die an die interne (Soundkarte) und externe Geräte (Synthesizer, Keyboards) gesendet werden, welche ihrerseits fertige Klänge und Funktionen bereit stellen.

· Töne: Diese werden ein- und ausgeschaltet. Insgesamt 128 Töne (mehr als 10 Oktaven) möglich.

· Klänge: Auswahl eines bestimmten Instrumentes. 128 unterschiedliche Instrumente in Gruppen (Tasten-, Streich-, Blasinstrumente) standardisiert, erweiterbar.

· Controller: z.B. Fußpedal (Klavier!), Lautstärkeregler, Stereoposition etc. (ein/aus)

· Tonhöhenrad: Kurzzeitige Änderung der Tonhöhe, Schleifeffekte.

Mididateien sind relativ klein, verglichen mit Wave. Die Klangqualität hängt ganz von den Klängen des Geräts ab und reicht von sehr schlecht bis fast naturgetreu bei teurern MIDI-Geräten. Nicht darstellbar sind jedoch z.B. Singstimmen. Problematisch sind auch Streichinstrumente und einige Blasinstrumente (Trompete).

Ebenfalls im Windows-Verzeichnis /Windows/Media findet man ein Anzahl von Mididateien zum Testen.

Komprimierte Audioformate

Anwender wollen Musik am Rechner speichern oder übers Internet versenden: Dafür sind unkomprimierte Wavedateien zu groß. Dies führte zur Entwicklung eines Komprimierungsverfahrens für Audiodateien: MP3 (eigentlich „MPEG 1 Layer 3“). Entwickelt vom Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (FHIIS).

Mittels eines psychoakustischen Verfahrens werden Komponenten eines Audiosignals ermittelt, die vom Menschen nicht oder nicht bewusst wahrgenommen werden. Im wesentlichen sind das zu leise oder überlagerte Töne (Menschen aus allen Altersgruppen und Gesellschaftsschichten wurden für Testreihen herangezogen).
Diese „überhörten“ Musikanteile werden nun aus dem originalen Signal entfernt. Damit gelingt es, die Audiodaten durchschnittlich um den Faktor 10 zu verringern. Der Kodierungsfaktor wird in Bits pro Sekunde (bps, kbps) angegeben; benötigt eine unkomprimierte Wavedatei in CD-Qualität 1411 kbps pro Sekunde, so beträgt der durchschnittliche Speicherbedarf einer MP3-Sekunde 128 kbps. Höhere Kompressionsraten (96, 48 kbps, niedrigere Qualität) und niedrigere (192, 256 kbps) sind möglich.

Einen Schritt weiter geht die variable Kompression (VBR – "engl.: variable bit rate", im Gegensatz zur CBR – "engl:. constant bit rate"): Nicht jedes Musiksignal erfordert eine gleich hohe Kompressionsrate; manche Stellen eines Stücks können bei gleicher Qualität stärker komprimiert werden, andere erzwingen eine geringere Kompression, um die Qualität zu erhalten. Der Nachteil der VBR Komprimierung liegt in der geringeren Kompatibilität - nicht alle MP3 Player können VBR codierte Dateien korrekt abspielen.

Der Erfolg des MP3-Formats bewirkte die großen Verluste der Musikindustrie und den allseits bekannten Tauschboom im Internet, Stichworte „Napster“ und „Kazaa“. Allerdings sind die Codecs (Softwaremodul, das kodiert – komprimiert und dekodiert – entkomprimiert) des Fraunhoferinstituts sowie das Kodierungsverfahren mit hohen Lizenzgebühren belegt. Aus diesem Grund gab es in der freien Softwareszene Bestrebungen, ein alternatives Kompressionsverfahren, das sich mehr oder weniger vom Fraunhofer-Verfahren unterscheiden sollte, zu entwickeln.
Das Ergebnis ist der LAME- und der BLADE-Encoder. Diese sind lizenzfrei (zumindest vom Hersteller aus) und dürfen somit frei verwendet und weitergegeben werden.

Im Ernstfall obliegt es jedoch der Entscheidung eines Gerichts, inwieweit die Rechte des Fraunhofer Instituts verletzt wurden; derartige Prozesse sind aber nicht bekannt. Weiterentwicklung des MP3-Formats: AAC – „Advanced Audio Coding“, ebenfalls vom Fraunhofer-Institut. Sehr hohe Lizenzkosten.

Möglichkeiten rechtliche Probleme bei der Verwendung eines Programms, welches MP3s erzeugt, zu vermeiden sind:

• Programm kaufen
• Ermitteln, welches Verfahren das raubkopierte Programm für die Erzeugung von MP3s verwendet. Wenn Fraunhofer – Finger weg!
  
  Hinweis: Das Dekodieren von MP3s ist in jedem Fall lizenzfrei.
  

Alternative Kompressionsverfahren

• Ogg Vorbis
• WMA – „Windows Media Audio“: Microsofts Antwort auf MP3; qualitativ zumindest gleichwertig zu MP3, nicht so populär weil später entwickelt. Frei verfügbar.
• MAC – “Monkeys Audio Codec”: Interessant, weil verlustfreies Kompressionsverfahren. Ebenfalls lizenzfrei.

Hinweis: Jeder Codec benötigt ein Hostprogramm, das als User-Interface agiert und den Codec ansteuert. Im Normalfall wird der Codec als sog. "PlugIn" im Mediaplayer installiert.

Weiter: Das sind die Anwendungen ...

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