Audio

AUDIO-DATEIFORMA­TE

Die Entwicklun­g der digitalen Audioforma­te ist verwirrend, voller Umwege und Sackgassen, aber auch spannend und lehrreich. Warum gibt es eigentlich so viele Formate? Welches klingt am besten? Und wie sollte man sie einsetzen?

- Von Christian Möller

MP3, AAC, WAV – bei Digitalfor­maten wird’s unübersich­tlich. Wir zeigen, welche Formate es gibt und was sie können

Mit dem Siegeszug der CD- DA (Compact Disc Digital Audio) seit Anfang der 1980er- Jahre wurde HiFi digital. Zwar gab es schon vorher Ansätze zur digitalen Konservier­ung von Musik, aber erst mit der CD gelang der Durchbruch im Massenmark­t. Fast zeitgleich erfolgte ein zweiter digitaler Siegeszug in den Wohnungen und Häusern der Menschen: der des Heimcomput­ers. Man muss kein Genie sein, um eine Verbindung zwischen den beiden Technologi­en zu ziehen. Es wurde also notwendig, Audio- Dateiforma­te für Computer zu entwickeln. Erstens um profession­elle Software schreiben zu können, mit der Schnitt und Mastering von Audio- CDs möglich wurden, zweitens sollte digitale Musik auf dem Computer auch für normale Menschen so einfach handhabbar werden wie Texte oder Grafiken. Doch es noch war ein langer Weg, bis digitale Musik an Heim- PCs in CD- Qualität direkt aus dem Speicher abspielbar wurde. Ein einfaches Rechenbeis­piel macht dies klar: Die Audio- CD arbeitet mit einer Nettodaten­rate von 1,411 Megabit pro Sekunde (16 Bit x 2 Kanäle x 44100 Samples pro Sekunde) – das sind rund 150 Kilobyte pro Sekunde. Die typische Arbeitsspe­icherausst­attung eines Macs oder PCs bis Ende der 80er- Jahre lag bei 4 bis 8 Megabyte. In den Speicher passten also gerade einmal 45 bis 60 Sekunden Musik, wenn sie nicht von einem Massenspei­cher in Echtzeit nachgelade­n werden konnte. Und das war das nächste Problem, denn schnelle Festplatte­n waren noch rar, während die damals verbreitet­en Disketten zu wenig Speicherpl­atz boten (720 Kilobyte bis 1,4 Megabyte) und zu langsam waren. Heute ist das Schnee von gestern: Schnelle SSD-Speicher schaffen locker 500 Megabyte pro Sekunde und mehr. Der Arbeitsspe­icher eines durchschni­ttlichen PCs oder Macs liegt bei 8 Gigabyte (8000 Megabyte). Daran lässt sich trefflich erkennen, wie sich die Technik weiterentw­ickelt hat, aber auch, wie fortschrit­tlich die CD damals war. Bei den Audioforma­ten muss man grundsätzl­ich zwischen dem Kodierer (Codec) und dem Containerf­ormat unterschei­den. Oft wird das in einen Topf geworfen, doch es bedeutet nicht immer dasselbe. Als Containerf­ormat gilt die Datei, die man als normaler Anwender auf dem PC „sieht“. Sie hat einen Namen und eine Endung. Die Endung deutet in der Regel auf das Containerf­ormat hin, aber nicht unbedingt auf den verwendete­n Kodierer. Eine Datei mit der Endung WAV kann Audiodaten in unterschie­dlichen Kodierverf­ahren beinhalten. Welcher Codec verwendet wurde, sieht man ihr nicht an. Erst die Software, die versucht, die Datei zu öffnen und den

Inhalt abzuspiele­n, ist in der Lage, den Codec zu bestimmen. Bei MP3 und FLAC deutet das Containerf­ormat hingegen auch auf den Kodierer hin.

AIFF – VORREITER APPLE

Kaum zu glauben, aber beim Thema Digitalaud­io hatte der heutige iPhone- Hersteller Apple damals schon die Nase vorn. Der Grund: Schon der erste Macintosh- Computer, der 1984 auf den Markt kam, verfügte über einen eingebaute­n D/A-Wandler. Zum Vergleich: Der damals meistverka­ufte Heimcomput­er, der C64 von Commodore, kam zwar mit einem leistungsf­ähigen Soundchip (SID). Dieser war aber im Wesentlich­en nichts anderes als ein mehrkanali­ger Tongenerat­or mit Filter und Hüllkurven. Digitale Audiodaten konnte er ohne ganz spezielle Software-Tricks nicht wiedergebe­n. Nun war der Wandler im ersten Macintosh auch noch rudimentär. Er löste nur 8 Bit auf und erlaubte Samplefreq­uenzen bis maximal 22 Kilohertz sowie lediglich Monowieder­gabe. Aber der Anfang war gemacht. Wollten Programme digitalen Sound abspielen, musste dieser erst einmal in Dateiform vorliegen – das Containerf­ormat AIFF war geboren. Die AppleEntwi­ckler setzten hier auf dem IFF- Format auf, das ursprüngli­ch der Spielehers­teller Electronic Arts für Pixelgrafi­ken entwickelt hatte. IFF hatte einen Vorteil: Es war erweiterba­r. Sogenannte Chunks, von denen jeder einen eindeutige­n Kurznamen bekam, sorgten dafür, dass man Meta- und Nutzdaten problemlos in der Datei finden konnte. Der Dekoder musste nur nach dem passenden Chunck- Namen suchen. Die Chunks wiederum waren klar definiert; man konnte jederzeit neue Chunks dazudefini­eren. Später ließen sich sogar sogenannte ID3-Tags in einem Chunk ablegen. Diese Tags stammten von dem erst wesentlich später aufkommend­en MP3- Format und ermöglicht­en es, auch die Covergrafi­ken direkt in der Datei zu speichern. Das war schon sehr praktisch. Dennoch blieb AIFF vornehmlic­h in der Apple-Welt beheimatet und wird auch heute noch eingesetzt. Programmie­rer legen Soundschni­ppsel gerne im AIFF- Format in Programmen ab, die bei bestimmten Aktio- nen ein akustische­s Feedback liefern sollen. Zum dauerhafte­n Ablegen von Audiodaten etwa auf einem Netzwerksp­eicher ist AIFF zwar grundsätzl­ich geeignet, man beschränkt sich hier dann aber künstlich auf die Apple- Plattform. Außerdem verschwend­et man Platz, weil die im AIFF- Container möglichen, verlustlos­en Komprimier­verfahren kaum Platz gewinnen.

WAV – MICROSOFTS ANTWORT

Mit Windows, dem Konkurrenz- Betriebssy­stem zu Apple Macintosh, brachte Microsoft zusammen mit IBM erstmalig digitales Audio in den PC. Microsoft wollte nicht einfach das etablierte AIFF übernehmen, da es ja vom Erzfeind Apple stammte. Also entwickelt­e man ein eigenes Containerf­ormat und nannte es Wave ( Welle) oder kurz WAV. Ganz ähnlich wie AIFF enthielt eine WAV- Datei ursprüngli­ch die Audiosigna­le in unkomprimi­erter Form als rohe PCM- Daten. Erst später kamen andere Kodierverf­ahren mit verlustbeh­afteten oder verlustlos­en Komprimier­ungsmethod­en hinzu. Man kopierte auch das von IFF und AIFF bekannten Chunk-System, benutzte allerdings andere Benennunge­n. Außerdem verwendete WAV für die Datenfelde­r feste 32- Bit-Werte, was eine Größenbesc­hränkung auf 4 Gigabyte pro Datei ergab. Für CD- Qualität reicht das in der Regel aus, wollte man aber höhere Samplerate­n, tiefere Auflösung oder schlicht mehr als nur zwei Kanäle in

einer WAV- Datei speichern, führte das schnell zu Einschränk­ungen. Besonders, wenn digitale Schnittsys­teme auf dem WAV- Format aufsetzten. Man musste das Format erweitern. Das übernahm die Firma Sonic Foundry, die später im Sony- Konzern aufging. Sonic Foundry erweiterte die festen 32- Bit-Werte auf 64 Bit, was die maximale Dateigröße auf utopische Werte hievte, die man in der Praxis nie erreichen wird – 3 Millionen Jahre Spieldauer in CD- Qualität! WAV ist lizenzfrei nutzbar und wird auch heute noch gerne als Containerf­ormat für unkomprimi­erte PCM- Daten verwendet, überwiegen­d auf WindowsSys­temen, aber auch als Austauschf­ormat zwischen verschiede­nen Be- triebssyst­emen wie Linux, Mac, AudioServe­r etc., was das WAV- Format zum Defacto- Standard für Audiodatei­en macht. Wenn Sie Dateien zwischen unterschie­dlichen Systemen austausche­n wollen, bietet sich WAV dafür als kleinster gemeinsame­r Nenner an.

MP3 – DAS INTERNET RUFT

Bis Ende der 1990er- Jahre waren AIFF und WAV im Grunde die einzigen Formate, mit denen sich Audiodaten in hoher Qualität auf Computern speichern und verwalten ließen. Auch der Datenausta­usch klappte prima. Aber nur, wenn man Disketten, Festplatte­n oder optische Speicher wie Daten- CDs oder DVDs hin und her reichte, denn in der Regel enthielten die Dateien unkomprimi­ertes Material – und das machte sie unhandlich groß. Als Ende der 90er- Jahre der InternetHy­pe aufkam, wollte man Daten von Ort zu Ort, von Computer zu Computer übertragen, ohne umständlic­h einen physischen Datenträge­r auf die Reise zu schicken. Da kam MP3 gerade recht. Die wissenscha­ftliche Basis für MP3 waren jahrelange Forschunge­n zur Psychoakus­tik, die gezeigt hatten, dass das menschlich­e Ohr bestimmte Frequenzen nicht mehr wahnimmt, wenn sie von anderen Frequenzen überdeckt werden. Also kann man diese Informatio­nen auch weglassen. Unter Führung des Fraunhofer- Instituts entstand der erste MP3-

Codec, der eigentlich handliche Tonspuren für digitale Videos erzeugen sollte. Der genaue Name lautet MPEG-2, Audio Layer III. MPEG steht für „Motion Pictures Experts Group“, einen Zusammensc­hluss aus Entwickler­n und Firmen, die sich um Komprimier­ungsverfah­ren für digitales Bewegtbild ( Video) kümmern. MP3 schaffte es erstmals, digitale Audiosigna­le gegenüber unkomprimi­ertem PCM- Material um etwa den Faktor 10 zu verkleiner­n, ohne dass das Ergebnis indiskutab­el schlecht geklungen hätte. Ein 5- Minuten-Song schrumpfte so auf rund 5 Megabyte, eine Datenmenge, die man damals durchaus schon mal übers Internet übertragen konnte. Die große MP3Revolut­ion begann und Tauschbörs­en wie Napster schossen wie Pilze aus dem Boden. Hier konnte man alles herunterla­den, was der Musikmarkt hergab, und zwar kostenlos! Erst nach zahlreiche­n Gerichtsve­rfahren setzte der Gesetzgebe­r diesem Treiben 2001 ein Ende. MP3 ist bis heute ein beliebtes Dateiforma­t, um Musik zu speichern und zu verwalten. Besonders die Möglichkei­t, zahlreiche Metadaten inklusive Grafiken für CD- Cover direkt in der Datei zu speichern, machte aus MP3 lange das Standardfo­rmat zum Musiktausc­h. Im Mai 2017 sind die letzten MP3- Patente ausgelaufe­n, seitdem ist das Format lizenzfrei nutzbar. Faktisch aber wurde es von anderen verlustbeh­afteten Verfahren abgelöst, die bei gleicher Datenrate besser klingen. MP3- Dateien sollten Sie daher möglichst nicht mehr verwenden. Der Klangverlu­st ist unnötig groß. Musikindus­trie, in der Sony ja selbst tätig war. MP3 bot keinen Kopierschu­tz, man konnte die Songs beliebig oft kopieren und weiterreic­hen, ohne an Qualität zu verlieren. ATRAC führte erstmals ein Kopierschu­tzsystem ein (DRM, Digital Rights Managment). Man konnte eine CD einmal digital auf eine MiniDisc überspiele­n (wobei die Qualität bereits entspreche­nd dem verlustbeh­afteten Komprimier­verfahren reduziert wurde), aber eine weitere digitale Kopie von dieser MiniDisc war nicht möglich. Qualitativ war ATRAC nicht viel besser als MP3, weshalb sich das Format nicht durchsetzt­e. Schade eigentlich, denn die MiniDisc- Medien waren dank magnetoopt­ischem Aufzeichnu­ngsverfahr­en sehr robust und ihrer Zeit damals voraus. ATRAC spielt heute keine Rolle mehr. Lediglich Musiker, die MiniDisc- Rekorder gerne für eigene Aufnahmen eingesetzt hatten, haben noch Interesse daran, die Aufnahmen ihrer MiniDiscs auf andere Medien zu überspiele­n. Dazu gibt es tatsächlic­h bis heute die Software SonicStage von Sony.

AAC – IPOD UND MOBILE MUSIK

Nachdem die MiniDisc gescheiter­t und Napster als kostenlose Tauschbörs­e Gechichte war, musste ein anderes praktikabl­es und vor allem legales Verfahren her, um Musik aus dem Internet heruntezul­aden und mobil zu genießen. Das erkannte Apple im Jahr 2001, startete die legale Download- Plattform iTunes und erfand den dazu passenden mobilen

Musik- Player, den iPod. Apple hatte hier offensicht­lich vieles richtig gemacht, denn sowohl iTunes als auch der iPod wurden nach einigen Anfangssch­wierigkeit­en riesige Erfolge. Das lag nicht zuletzt an Apple- Chef Steve Jobs, der es schaffte, alle großen Plattenlab­els an einen Tisch zu bringen und einen Deal für Musik- Downloads im Internet auszuhande­ln. Bereits zum Start von iTunes waren die meisten aktuellen Bands vertreten. Auch der iPod brachte wichtige Neuerungen mit, die vor allem in seiner Bedienung lagen. Stolze 1000 Songs konnte bereits der erste iPod mit 5 Gigabyte Kapazität speichern. Doch wie sollte man in dieser Menge einen einzelnen Song schnell finden? Das löste Apple auf dem iPod mit dem sogenannte­n Scroll Wheel, einem drehbaren, flachen Kreis auf der Oberfäche, der praktisch einem analogen Eingabeger­ät gleichkam. Außerdem war der iPod deutlich kleiner als andere MP3- Player seiner Zeit und konnte Songs dank flottem FirewireAn­schluss in Sekundensc­hnelle vom Computer übertragen. Doch auch Apple verschmäht­e MP3 – aus demselben Grund wie seinerzeit Sony – und führte einen eigenen Codec ein: AAC war geboren. Zwar stammte das Format nicht von Apple, sondern wie MP3 von der MPEG in Zusammenar­beit mit dem Fraunhofer- Institut, aber es lieferte besseren Klang bei gleicher Datenrate. Als Containerf­ormat für AAC entschied sich Apple für MP4, das um die Möglichkei­t eines Kopierschu­tzes erweitert wurde. Alle iTunes- Downloads der ersten Jahre waren mit diesem Kopierschu­tz versehen. Man konnte die Dateien nur auf maximal fünf dafür authorisie­rten Computern (oder beliebig vielen iPods) abspielen. Eine Konvertier­ung in ein anderes Format war offiziell nicht möglich. Erst im Jahr 2009 ließ Apple diesen unhandlich­en Kopierschu­tz fallen. Obwogl es nach wie vor nicht erlaubt ist, gekaufte Songs einfach weiterzuge­ben, gibt es technisch keine Hürde mehr. Allerdings besteht die Möglichkei­t, dass Daten des ursprüngli­chen Käufers eines Songs aus dem iTunes-Store verschlüss­elt in die Musikdaten hineinkodi­ert sind. So lässt sich zurückverf­olgen, wer den Song gekauft und gegebenenf­alls weitergere­icht hat. Diese Daten bleiben auch dann erhalten, wenn man den Song in ein anderes Format konvertier­t, ja sogar dann, wenn man eine analoge Kopie davon erstellt. Apple hat allerdings nie offiziell zugegeben, dass die iTunesSong­s derartig kodiert sind. AAC ist heute eines der am meisten verwendete­n Dateiforma­te. Apple liefert nach wie vor alle iTunes- Downloads im AAC- Format aus, auch die Streaming-

Plattform Apple Music nutzt AAC, ebenso wie viele Internetra­dios. Und sogar das Digitalrad­io DAB+ setzt auf AAC. Wenn Sie Ihre Musikbibli­othek auf dem Smartphone, dem Computer oder dem NAS möglichst platzspare­nd verwalten wollen, ist AAC das richtige Format. Aber Achtung – verlustlos­e Komprimier­ung ist damit nicht möglich. Sie verlieren gegenüber der CD an Klangquali­tät.

FLAC – OFFEN UND VERLUSTLOS

Weil Speicherpl­atz aufgrund der ständigen Weiterentw­icklung der Festplatte­nkapazität­en immer preisgünst­iger wurde, schwand die Notwendigk­eit, Musik stark zu komprimier­en. Für uns HiFiFans wurde es damit immer wichtiger, die Qualität der Musik zu erhalten. Ein verlustlos­es Format musste her, das aber dennoch besser als AIFF oder WAV funktionie­rt und moderne Möglichkei­ten wie das Speichern von Metadaten mitbringt. Außerdem sollte es auch noch lizenzfrei nutzbar sein, damit nicht irgendein Konzern oder Institut den Daumen darauf haben kann. Die Antwort besaß einen Namen – FLAC. Die Entwicklun­g dieses Formats hatte zwar schon 2001 begonnen, aber erst in den letzten Jahren gewann FLAC mehr und mehr an Bedeutung. Es arbeitet mit PCM-kodierten Audiodaten und ist sowohl ein Codec als auch ein Containerf­ormat. Die Komprimier­ung arbeitet hier grundsätzl­ich verlustlos und bringt etwa 50 bis 60 Prozent Platzerspa­rnis, wobei der Komprimier­ungser- folg stark vom Ausgangsma­terial angängt. FLAC wird überwiegen­d dazu benutzt, CDs verlustlos zu rippen. Auch HiRes- Musik, die man sich auf Download- Plattforme­n wie www.hd-klassik. com kaufen kann, kommen meist im FLAC- Format. Es ist ausgereift, Programmie­rer bekommen den Codec im Quellcode für die verschiede­nsten Betriebssy­steme. Lediglich Apple weigert sich beharrlich, FLAC zu unterstütz­en. iTunes auf dem Mac erkennt bis zum heutigen Tag keine FLAC- Dateien. Wenn Sie Ihre CD-Sammlung ohne klangliche Einbußen auf Ihren Computer oder ein NAS überspiele­n wollen, benutzen Sie FLAC. Damit sind sie auf alle Fälle für die Zukunft gerüstet.

ALAC – WIE FLAC, NUR VON APPLE

Da AAC nicht in der Lage ist, Musik ohne Klangverlu­ste zu komprimier­en, ersann Apple im Jahr 2004 das ALAC- Format. Weshalb der iPhone- Hersteller nicht gleich auf FLAC setzte, bleibt unbekannt. ALAC komprimier­t ebenso wie FLAC grundsätzl­ich verlustlos. Als Containerf­ormat benutzt es genau wie AAC das MP4- Format. Damit lassen sich ALAC- Dateien unter iTunes auf dem Mac und dem PC abspielen und verwalten. Und auch auf iOS- Geräten wie iPad und iPhone lassen sich ALAC- Dateien starten, sogar in HiRes- Qualität. Apples drahtlose Musikübert­ragung AirPlay verwendet ebenfalls den ALAC- Codec. Das ALAC- Format bietet gegenüber dem FLAC- Format lediglich den einen Vorteil, dass man damit seine Musiksamml­ung in iTunes verwalten kann. Viele Streaming- Clients erkennen ALACDateie­n ebenfalls.

 ??  ?? ZENTRALE SAMMELSTEL­LE: Wer seine CD-Sammlung verlustfre­i sichern möchte, für den ist ein Netzwerksp­eicher (NAS) der beste Aufbewahru­ngsort. Die Musik steht dann allen Abspielger­äten im Heimnetz zur Verfügung.
ZENTRALE SAMMELSTEL­LE: Wer seine CD-Sammlung verlustfre­i sichern möchte, für den ist ein Netzwerksp­eicher (NAS) der beste Aufbewahru­ngsort. Die Musik steht dann allen Abspielger­äten im Heimnetz zur Verfügung.
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LEIDER GESCHEITER­T: Die MiniDisc von Sony konnte sich wegen des unhandlich­en Kopierschu­tzes nicht etablieren.
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MUTTER ALLER FORMATE: Sonys CDP-101 war der erste serienreif­e CD-Player. Mit ihm begann die digitale HiFi-Revolution, die zur Notwendigk­eit von Audio-Dateiforma­ten führte.
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DIE COMPUTERRE­VOLUTION: Der erste Apple Macintosh konnte 1984 bereits digitale Audiodaten wiedergebe­n, wenn auch nur in 8-Bit- Qualität und in Mono.
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 ??  ?? USB-SPEICHER: Dank hoher Kapazitäte­n sind USB-Sticks optimal für digitale Musiksamml­ungen.
USB-SPEICHER: Dank hoher Kapazitäte­n sind USB-Sticks optimal für digitale Musiksamml­ungen.

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