Glossary: Audio – Formen und Formate

Abgrenzung

Menschliches Hören

Der menschliche Hörbereich liegt zwischen etwa 16 Hz – 21 kHz

• <16 Hz: Infraschall
  Bei einer mittlerer Schallgeschwindigkeit von 331.3 m/s entspricht dies einem Wellenlängenbereich von 16,5 m und 0.00165 m.
• >21 kHz: Ultraschall

Audio – Formen

• Töne
  • sinusförmige oder harmonische Druck- und Dichteschwankungen in einem Medium (Luft, Wasser)
  • Beschrieben durch:
    • Tonstärke (abhängig von der Amplitude)
    • Tonhöhe (wachsende Schwingungszahl)
    • Klangfarbe (Zusammensetzung der Obertöne)
  • In der Musik werden Töne mittels Notenschrift fixiert:
    Kammerton A → 440 volle Schwingungen pro Sekunde
• Klänge
  • durch periodische Schwingungen hervorgebrachte Gehöreindrucke, die sich aus mehreren Tönen zusammensetzen (Obertöne)
  • Bestimmt durch:
    • Klanghöhe (Frequenz)
    • Klangstärke (Schwingungsweite)
    • Klangkonstanz (Gleichmaß)
    • Klangfarbe/ Timbre (Klangquelle/ Obertöne)
• Geräusche
  • Gehöreindrucke durch unregelmäßige Schwingungen
• Lärm
  • lästig empfundener Schall
  • subjektiv können auch Klänge oder Musik Lärm sein
• Musik
  • nach heutigem Sprachgebrauch jede klanglich gestaltete Ausdrucksform
• Gesang
  • durch die menschliche Stimme hervorgebrachte Töne
  • Gegensatz zur Sprache: Halten bestimmter Tonhöhen/ -lagen
• Sprache
  • besteht aus 10 … 40 ms langen Lauten (Phoneme)
  • Phoneme  sind die kleinste bedeutungsunterscheidende Lauteinheit und umfassen Töne in einem Frequenzbereich von ca. 0,5 kHZ und 3 kHz
  • Gesprochene Sprache wird gleichzeitig hervorgebracht und aufgenommen, im Gegensatz zur geschriebenen Sprache, die im Regelfall dialogisch genutzt wird
  • sprachliche Mittel werden verstärkt durch
    • Intonation
    • Mimik
    • Gestik

Audio – Formate

Generelle Unterscheidung von Datenformaten für Audio-Daten:

• Wellenform-Dateien
  →Speicherung der Schallwellenform
• – Nicht-Wellenform-Dateien
  → Speicherung der Toneigenschaften

Die folgende Auflisung von Medienformaten erhebt bei weitem keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sondern gibt nur einen allgemeinen Überblick.

• Wave
  • Wavelet = „kleine Welle“
  • entwickelt in den 80er Jahren von IBM und MS
  • „digitale Kopie“ des Schalldrucks am Mikrofon während der Aufnahme
    → speichert also den Formverlauf des Klanges
• MPEG
  • verschiedene Standards der Moving Picture Experts Group (www.mpeg.org)
  • MPEG-1-Audio (ISO/ IEC – 11172)
    • erster von mehreren Definitionen eines Standards zur Speicherung und Wiedergabe von bewegten Bild- und/ oder Tondaten
    • Basis für VideoCD und CD-i
    • Grundlagen für den MPEG-1-Audio-Algorithmus sind die diskrete Cosinus Transformation, die Huffman Codierung sowie
      die (auf Bildbereiche beschränkte) Motion Prediction
  • MPEG-2-Audio (ISO/ IEC – 13818)
    • Basis für Video- und Tondatenformat für DVD
    • übliches DV-Format der frühen digitalen Camcorder
  • MPEG – MP3 – MPEG-Audio-Layer-3
    • ISO-MPEG Audio Layer-3 (IS 11172-3 und IS 13818-3)
    • „Ein weiterer, verabschiedeter Standard der Moving Picture Experts Group.
      Es handelt sich nicht um ein Video Format sondern nur um einen reinen Audio-Codec. MP3 erreicht bei hohen Kompressionsraten noch eine, gemessen am unkomprimierten Original, vergleichbar gute Klangqualität und ist daher – zum Leidwesen der Musikindustrie – hervorragend geeignet zur Speicherung und zum Tausch von Musiktonträgern im Internet.
      Heute unterstützen viele sogenannte MP3-Player dieses Format und ermöglichen die Speicherung von etlichen Stunden Ton (fast) in HiFiQualität auf wenigen MB.“ [VIDoJ]
    • Die Kompression nutzt psychoakustische Erkenntnisse
  • Typische Kompressionsraten der MPEG-Dateien
    • MPEG-1-Audio: 1 : 4
    • MPEG-2-Audio: 1 : 6 … 1 : 8
    • MP3/ MPEG-Audio-Layer-3: 1 : 10 … 1 : 12
• MIDI – Musical Instrument Digital Interface
  • entwickelt in den früher 1980ern
  • 1983: Verabschiedung des MIDI-Formats 1.0
  • seit 1999: MIDI-2
  • MIDI beschreibt die Eigenschaften von Tönen/ Noten und speichert so den musikalischen Inhalt:
    • Notenname
    • Lautstärke
    • MIDI-Kanal
    • Dauer
  • Dateiaufbau:
    • Listen von MIDI-Events
      • zeitliche Position
      • MIDI-Nachricht für das MIDI-Abspielgerät
      • Besipiel:
        • Schalte auf MIDI-Kanal 3 den Ton Gis2 mit der Anschlagsstärke 90 an
        • Ordne MIDI-Kanal 5 den Sound Nr. 30 zu

Die Kompressionsraten der Audioformate unterscheiden sich deutlich, nicht zuletzt auch durch die unterschiedliche Beschreibungsform (Wellenform/ Nicht-Wellenform).

• Wave- Datei:
  Eine Minute Musik in Stereo mit einer Samplerate von 44100 Hz und einer Samplebreite von 2 Byte:
  60 Sekunden * 44100Hz * 2 Bytes * 2 Kanäle = 10584000 Bytes
  zuzüglich einiger Bytes für den Header → etwa 10 MB
• MIDI-Datei:
  Musik-Stück von einer Minute Länge mit 10 Kanälen und Tempo 120, wobei auf jedem Kanal durchschnittlich jede Viertelnote ein
  neuer Ton gespielt wird. (Annahme: zu Beginn des Stückes werden für jeden Kanal zusätzlich 5 Nachrichten zur Initialisierung gesendet):
  ( 120 Viertel * ( 6 Bytes NoteOn + 6 Bytes NoteOff ) + 5 * 6 Bytes Initialisierung ) * 10 Kanäle = 14700 Bytes
  zuzüglich einiger Bytes für den Header → etwa 14 KB

Quelle(n):