Die digitale Audiodatei

Audio-Dateien enthalten die digitalisierte Form eines Klangs, also eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer Schwingung. Es wird also zu bestimmten Zeitpunkten die Amplitude einer Schwingung festgehalten. Die Qualität des aufgezeichneten Klangs hängt vor allem von zwei Werten ab:
1.Der Sample-Rate (wie oft wird der Klang abgetastet?) 2.Der Anzahl der Bits pro Sample (das ist der Wertebereich, den die Amplitude annehmen kann) Die meisten Dateiformate erlauben die Aufzeichnung von zwei oder mehr Kanälen. Große Unterschiede zeigen sich jedoch bei der Flexibilität der einzelnen Formate. Die bekanntesten Formate sind: MP3, wave, Real Audio und midi.

MP3 steht kurz für MPEG 2 Layer 3 und ist ein Dateiformat speziell für digitales Audio. Das MP3-Format wurde hauptsächlich am Fraunhofer Institut in Deutschland entwickelt. Da die grundlegenden Techniken mittlerweile freigegeben worden sind, wird nun auf der ganzen Welt - von renommierten Firmen wie auch von freien Programmierern - an der Verbesserung dieser Komprimierungsmethode für digitales Audio gearbeitet. Heute ist das MP3-Format aufgrund seiner geringen Größe das Musikformat schlechthin, speziell im Internet. Wie bei der Mini-Disc werden bei der MP3-Kodierung Daten weggelassen. Natürlich handelt es sich dabei um nichthörbare Bereiche, die bei sehr niedrigen Datenraten jedoch verlassen werden und einen Qualitätsverlust bemerkbar machen. Die Komprimierung ist so effektiv, dass im Vergleich zu einer WAV-Datei in CD-Qualität die entsprechende MP3-Datei um mehr als das 10fache kleiner ist. Abgesehen von der Datenrate, die mit einem entsprechenden Algorythmus für die hauptsächliche "Kürzung" der Klangbereiche verantwortlich zeichnet, benützt das MP3-Format noch eine Kanalkomprimierung, bei der man zwischen dem herkömmlichen Stereo, Joint Stereo und Mono unterscheiden muss. Die Joint-Stereo-Methode verteilt die Bits der beiden Kanäle eines Musikstückes in hohen Klangbereichen so platzsparend, dass die beiden ursprünglich separaten Kanäle leicht "zusammengeschweißt" werden, die Stereo-Eigenschaft also teilweise verloren geht. Bei der Mono-Methode werden beide Kanäle hingegen kompromisslos auf einen gelegt, wodurch sich der Platzbedarf des Musikstücks halbiert. Nach der Datenreduktion wird die Information wieder zu einer Kurve zusammengesetzt, die mathematisch beschrieben wird, damit sie platzsparend ist.

Insgesamt passen auf eine CD etwa zwölf Stunden MP3-Musik in CD-Qualität im Vergleich zu den herkömmlichen 74 Minuten. Aufgrund der großen Nachfrage und Beliebtheit des neuen Musik-Formates gibt es inzwischen schon portable vom Computer unabhängige Abspielgeräte, die sich vor allem durch kleine Bauform und Unempfindlichkeit auszeichnen.

Die Verbreitung ist zwar rasant, doch weiß niemand, ob sich die MP3s gegen die CD durchsetzen oder sie sogar ablösen werden, da das neue Audio-Format auf heftigen Widerstand in der Musikindustrie stößt. Im Internet wird auf tausenden Seiten urheberrechtlich geschützte Musik zum kostenlosen Download angeboten. Ein Beispiel hierfür wäre die Internet-Software Napster, die ein Netzwerk für MP3-Interessierte angeboten hat und den Austausch von Musikstücken über schnelle FTP-Transfers ermöglichte. Diese Tauschplattform wurde im Jahre 2001, auf Betreiben der Musikindustrie, durch Gerichte verboten und geschlossen. MP3-Dateien tragen die Dateiendung "*.mp3".

Wave-Visualisierung

Eine Wav-Datei ist ein computergestütztes, allgemein für PC übliches Format zur digitalen Speicherung von Tonsignalen. Das WAV-Format (eigentlich RIFF WAVE) hält sich an das von Microsoft für das Betriebssystem Windows definierte "Resource Interchange Format" (RIFF).
Dieses Format unterstützt verschiedene Abtastraten und –tiefen. Das qualitativ höchste Sample liegt bei 16 bit und 44100 Hz, was aber auch große Datenmengen zur Folge hat.

Aus diesem Grund findet man gerade im Internet viele Wave-Dateien mit einer Abtasttiefe von 8 bit und Abtastraten von 22050 Hz oder weniger.
Durch die Integration in das Computerbetriebssystem "Microsoft Windows" dürfte Wave das am weitesten verbreitete Format für Audiodaten sein. So wird es z.B. für die Windows Klangereignisse verwendet. Im Internet wird das Format hauptsächlich für kürzere Klangbeispiele verwendet. Ganze Musikstücke in CD-Qualität anzubieten, ist bei heutigen Datenübertragungsraten in diesem Format nicht zu realisieren. WAV-Dateien tragen die Dateiendung "*.wav".

RealAudio ist das erste Audioformat, das speziell für das Internet von der Firma Progressive Networks entwickelt wurde. Seinen großen Vorteil gegenüber den anderen Formaten verdankt es der Streaming-Technologie, die es ermöglicht, Klänge in Echtzeit ohne Ladezeiten abzuspielen.

Andere Audioformate ohne Streaming müssen vor dem Abspielen komplett aus dem Netz in den eigenen Speicher geladen werden, bevor ein Programm oder Plugin sie abspielen kann. Streaming dagegen bedeutet, dass eine Datei oder ein Datenstrom in einzelnen kleinen Datenpaketen in präzisen Zeitabständen gesendet werden. Nach einen sehr kurzen Ladezeit, in der ein Pufferspeicher gefüllt wird, wird sofort mit dem Abspielen der Daten begonnen.
Der Pufferspeicher dient der zeitlich originalgetreuen Wiedergabe der Daten. Jedes dort eintreffende Datenpaket ist mit einer Art Zeitstempel versehen, anhand dessen die Daten originalgetreu aneinander angepasst abgespielt werden können. Kommt es doch einmal zu einem Datenverlust, versucht das abspielende Programm (meist der "RealPlayer") durch Interpolation die fehlenden Informationen zu rekonstruieren.

Leider hat auch dieses Verfahren seine Nachteile. Die Qualität der Dateien, die in diesem Format gespeichert werden, liegt auf sehr niedrigem Niveau. Das ist die Folge einer starken Datenkompression von 17:1, um die Dateigröße auf die Übertragungsbandbreiten im Internet anzupassen. Um eine mit 16 bit 44100 Hz mono gesampelte Sounddatei in Echtzeit zu senden, wäre eine Bandbreite von 705,6 kbps nötig. RealAudio komprimiert seine Daten so sehr, dass sie auch noch mit einem 28,8 kbps Modem in Echtzeit empfangen werden können. In der Qualität gleicht RealAudio ungefähr einem Radiosender. Wird bei Datenverlust kompensiert, sinkt die Qualität noch weiter und klingt dann wie ein etwa Roboter aus einem der ersten Science-Fiction-Filme.

Das Anbieten von RealAudio Streaming Daten im Netz ist auch etwas komplizierter als bei anderen Formaten. Der anbietende Server benutzt dabei nicht das übliche Hypertext-Transfer-Protocol HTTP sondern das für Echtzeitübertragungen entwickelte Real-Time Transport-Protocol RTP. Während HTTP versucht, die Daten möglichst schnell zu verschicken, legt RTP Wert auf die zeitgenaue präzise Verschickung der Daten, die eine Echtzeit-Übertragung erst erlauben. In den ersten Versionen von RealAudio (bis Version 2.0) benötigte man für das Anbieten von RealAudio-Formaten mit Streaming-Technologie einen speziellen RealAudio-Server. Andere Server konnten RealAudio nur ohne Streaming anbieten und die Datei musste wie alle anderen Audiodateien in den Arbeitsspeicher des Client-Rechners geladen werden, bevor sie abgespielt werden konnte. Seit Version 3.0 können aber auch normale WWW-Server mit dieser Technologie umgehen, was zu einer noch stärkeren Verbreitung im Internet geführt hat. RealAudio-Dateien tragen die Dateiendung "*.ra".

Midi ist die Abkürzung von Musical Instruments Digital Interface und definiert einen Standard zur Kommunikation zwischen digitalen Klangerzeugern. Entstanden ist dieser Standard 1983, um den Wunsch von Musikern nach einer genormten Schnittstelle nachzukommen.

Die Musiker elektronischer Instrumente wollten, daß ein auf Synthesizer A ausgelöster Ton in gleicher Tonhöhe auf Keyboard B erklingen sollte. Daraufhin wurde von den Keyboardherstellern Roland und Sequential Circuit der MIDI-Standard entwickelt und als serielle Schnittstelle in die Synthesizer eingebaut. Ende 1993 wurde eine genaue Definition der MIDI-Sprache als verbindlicher Standard für alle Hersteller verabschiedet. An dieser MIDI-Sprache hat sich bis heute nichts geändert.

Eine Midi-Datei, die in der Standard-MIDI-Sprache geschrieben ist, enthält keine hörbaren Signale sondern Steuerinformationen für das abspielende Instrument, in diesem Falle eine Soundkarte in einem Computer. Durch die Midi-Datei bekommt die Soundkarte die Informationen, welcher Ton auf welchem gespeicherten elektronischen Instrument in welcher Länge und mit welcher Lautstärke gespielt werden soll. Einfach gesagt könnte man eine MIDI-Datei als eine Art elektronische Partitur bezeichnen.
Wie auch eine echte Partitur hat die Midi-Datei keinen Einfluss darauf, wie die Steuerinformationen von der Soundkarte verarbeitet werden. Je nach Ausstattung haben Soundkarten eine verschiedene Anzahl von elektronischen Instrumenten, die mehr oder weniger wie das Originalinstrument klingen. So kann man nie wissen, wie eine MIDI-Datei auf einem Rechner mit einer anderen Soundkarte klingen wird.
Die Beschränkung auf Steuerinformationen bringt außerdem noch den Nachteil mit sich, dass keine Sprache übermittelt werden kann, da die Instrumente der Soundkarte sie nicht wiedergeben können. Trotz dieser Einschränkungen ist MIDI ein weitverbreitetes Format. Mit seiner extrem kleinen Dateigröße eignet es sich besonders als "Hintergrundmusik" für Websites oder Computerspiele. Viele Stücke aus E- und U-Musik liegen in MIDI-Form auf zahllosen Internetseiten vor. Midi-Dateien tragen die Dateiendung "*.mid".

Neben den beschriebenen Formaten gibt es noch viele andere Formate, auf die aber nicht weiter eingegangen werden soll. Ein paar weitere Formate sollen hier jedoch namentlich mit den dazugehörigen Dateiendungen genannt werden. (s.Tabelle).

Name:	Endung:	Anmerkungen:
Ad Lib Samples	.smp	Von der Ad Lib Gold Soudkarte für die gesampelten Instrumente benutzt. 8 oder 16 bit, stereo und mono, und 4 bit Yamaha ADPCM Kompression
Covox V8	.v8	8 bit mono unkomprimiert. Benutzt von Covox Software
Dialogic	.vox	4 bit mono ADPCM Format
Gravis patch	.pat	Format der Gravis UltraSound Card
Intervoice	.ivc	mono, verschiedene Kompressionsraten von Intervoice Telefonsystemen genutzt
LiquidAudio	.la, .lav	kommerzielles Downloadformat im WWW
Sample Vision	.smp	16 bit mono, im Zusammenhang mit Keyboards genutzt
Shockwave	.drc	multimediales Animationsformat (mit Soundunterstützung)
Sound Designer1	.dig, .sd	Macintosh Format von Pro Tools und Sound Tools Software benutzt

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