Geheimnisse der Tonkomprimierung und ihre Auswirkung auf die Musikqualität

Audiokomprimierung ist eine gängige Technologie zur Verbesserung des Musikhörens und für ein konsistenteres Erlebnis, sie kann jedoch unerwartete Auswirkungen auf die Qualität des Originaltons haben. Viele Zuhörer bemerken manchmal, dass einige feine Details verschwinden oder dass der Klang weniger natürlich klingt. Um zu verstehen, warum das so ist, ist es wichtig zu verstehen, wie die Audiokomprimierung funktioniert und wie sie ein Gleichgewicht zwischen Dateigröße und Qualität herstellt. Dieser Artikel erklärt Ihnen die Geheimnisse dieser Technologie, wie sie sich auf Ihr Hörerlebnis auswirkt und was Sie tun können, um die Qualität Ihrer Lieblingsmusik zu bewahren.

Die wichtigsten gelernten Punkte

• Die Nyquist-Theorie ist die Grundlage von Audio und bestimmt die digitalen Abtastraten für optimale Qualität.
• Bei der verlustfreien Komprimierung gehen Audiodetails zugunsten der Dateigröße verloren, wodurch harmonischer Reichtum und Nachhall verloren gehen.
• Eine schlechte Komprimierung führt zu spürbaren Audioverzerrungen wie Verzerrungen, metallischen Klängen und Dynamikverlust.

Sie haben vielleicht gehört, dass Ihre Musik „komprimiert“ ist und wenn sie weniger komprimiert oder sogar unkomprimiert wäre, würde sie viel besser klingen. Wenn Sie jedoch wissen, was Komprimierung ist und wie sie funktioniert, werden Sie es vielleicht nicht eilig haben, Ihren musikalischen Horizont zu „erweitern“.

Treffen Sie Herrn Nyquist

Bevor wir darauf eingehen, ist es wichtig, über die Whittaker-Nyquist-Shannon-Stichprobentheorie zu sprechen, da sie auf der Arbeit von Harry Nyquist, Claude Shannon und (im Jahr 1915) E. basiert. T. Whittaker. Allerdings ist Nestquist der berühmteste Verfechter dieser Theorie, weshalb sie oft als „Nestquist-Theorie“ bezeichnet wird.

Abgesehen von der Anerkennung ist das Nyquist-Theorem die Grundlage für digitales Audio. Darin heißt es, dass man zur digitalen Darstellung von Tönen mindestens das Doppelte der höchsten Tonfrequenz abtasten muss. CDs sampeln beispielsweise Audio mit 44.1 kHz und nehmen Frequenzen bis zu 22.05 kHz auf – jenseits des oberen Bereichs des menschlichen Gehörs.

Sampling kann als Grundform der digitalen Audiokomprimierung angesehen werden. Schließlich können Sie die Abtastrate erhöhen und technisch gesehen eine genauere Aufnahme des ursprünglichen analogen Tons erzielen, aber Ihre Dateigrößen werden exponentiell wachsen. Wenn Sie Ihre Auflösung über das hinaus erhöhen, was das menschliche Ohr wahrnehmen kann, lohnt sich der benötigte Speicherplatz nicht. Sie haben also eine Grundlage dafür, wie viel Speicherplatz Ihre Audioaufnahme maximal beanspruchen sollte.

Natürlich bietet eine höhere Audioqualität heutzutage bei Raten wie 48 kHz einen Vorsprung gegenüber der CD-Qualität, aber der Grund für die sinkenden Erträge ist relativ klar.

Durch die verlorene Komprimierung verringert sich die Dichte des Klangs

Es gibt zwei Arten der Audiokomprimierung: verlustbehaftet und verlustfrei. Bei der verlustfreien Komprimierung (z. B. FLAC) bleibt jedes Bit der Originaldaten erhalten, es entstehen jedoch größere Dateien, die etwa halb so groß sind wie eine Audioaufnahme auf einer CD.

Verlustbehaftete Komprimierung (wie MP3 oder AAC) verwirft „unnötige“ Daten, um Platz zu sparen, basierend auf psychoakustischen Modellen des menschlichen Gehörs. Diese Modelle gehen davon aus, dass wir bestimmte Geräusche, die von lauteren Geräuschen verdeckt werden, oder Frequenzen am Rande des typischen menschlichen Hörbereichs nicht wahrnehmen.

Dieser Ansatz ist jedoch nicht ideal. Während die verlustbehaftete Komprimierung redundante Audiodaten entfernt, können damit auch feine Details wie Raumresonanzen oder der harmonische Reichtum von Instrumenten entfernt werden. Dies führt zu dem, was manche Audiophile als „flachen“ oder „leblosen“ Klang bezeichnen würden, insbesondere bei niedrigen Bitraten wie 128 kbps.

Abtastrate und Bittiefe sind am wichtigsten

Druck ist nicht der einzige Faktor, der die Qualität beeinflusst; Ebenso wichtig sind die ursprüngliche Abtastrate und die Bittiefe.

Wie ich oben erwähnt habe, ist die Abtastrate die Häufigkeit, mit der Schall pro Sekunde gemessen wird. Höhere Abtastraten (z. B. 96 kHz) erfassen mehr Details, erfordern jedoch mehr Speicherplatz.

Die Bittiefe bestimmt den Dynamikbereich – den Unterschied zwischen den lautesten und den leisesten Tönen. Eine höhere Bittiefe, wie etwa 24-Bit-Audio, bewahrt mehr Nuancen als der 16-Bit-CD-Standard.

Wenn Audio in verlustbehaftete Formate komprimiert wird, werden häufig sowohl die Abtastrate als auch die Bittiefe reduziert, wodurch weiche Hintergrunddetails entfernt werden können und eine „raue“ oder „körnige“ Textur entsteht.

Natürlich kann mit günstigerem Speicher, leistungsstärkeren Prozessoren und besseren Komprimierungsalgorithmen, die die Bitrate entsprechend den aktuellen Musikanforderungen ändern, die ursprüngliche Qualität der Musik fast vollständig erhalten bleiben. Und das alles, während nur ein Bruchteil des Speicherplatzes von FLAC genutzt wird.

Schwacher Druck ist deutlich zu hören

Auch wenn Sie kein Fan des Sounds sind, kann eine schlechte Komprimierung auffallen. Zu den häufigsten Audio-„Spuren“ gehören:

• Verzerrung: Laute Töne werden verzerrt oder abgeschnitten.
• Metallischer Klang: Eine „blecherne“ Qualität aufgrund von übermäßigem Druck.
• Verlust der Dynamik: Die Musik klingt flach und hat keine Wirkung.
• Echo oder Schwingung: Subtile Verzerrungen im Gesang oder bei gehaltenen Tönen, ähnlich dem „Schütteln“ oder „Wummern“ bei Schallplatten und Kassetten.

Möchten Sie es selbst hören? Vergleichen Sie eine MP3-Datei mit hoher Bitrate (z. B. 320 kbps) und eine Version mit niedriger Bitrate (z. B. 128 kbps). Besonders bei komplexer Musik wie Orchester- oder Live-Aufnahmen ist der Unterschied eklatant.

Der Übergang zu höheren Bitraten scheint jedoch schnell ähnlich zu sein, was bedeutet, dass es einen idealen Punkt gibt, wobei 320 kbps speziell für MP3 ein gutes Beispiel sind.

Audiokomprimierungstechniken schaffen ein Gleichgewicht zwischen Effizienz und Qualität, was sorgfältige Aufmerksamkeit erfordert, um ein reichhaltiges Musikhörerlebnis zu gewährleisten. Wenn Sie Wert auf Audiodetails legen oder die höchstmögliche Qualität suchen, kann Ihnen das Verständnis dieser Techniken bei der Auswahl der richtigen Formate und Einstellungen helfen. Musik besteht nicht nur aus Klängen; Es ist eine emotionale Erfahrung, und jeder Schritt zu ihrer Verbesserung bringt sie näher ans Herz.