Verlustfreies Audio erklärt: Die Evolution der digitalen Audioqualität

In diesem Überblick erfahren wir, was verlustfreies Audio ist, wo man es findet und welche Dienste man nutzen sollte. Fast alle Musik im Internet klingt schlechter als sie könnte. Das liegt daran, dass Audio in den allermeisten Fällen mit Qualitätsverlusten komprimiert wird, um Platz und Bandbreite zu sparen. Es ist jedoch auch möglich, Musik ohne Verluste zu hören. Was bedeutet also verlustfreies Audio?

Was ist verlustfreie Audioqualität?

Es handelt sich um ein Audioformat, bei dem der Ton komprimiert wird, wobei Redundanzen in den Originaldaten entfernt werden, um eine bequeme Speicherung zu ermöglichen, jedoch mit vollständiger Wiederherstellung. Im Gegensatz zu verlustbehafteten Formaten, bei denen die Komprimierung mit Qualitätsverlusten einhergeht, nimmt verlustfreies Audiomaterial viel Platz in Anspruch, bewahrt aber die ursprüngliche Qualität des Originals, was für einen echten Audiophilen entscheidend ist.

Woher kommen die Verluste?

Musik ist eine Sammlung von Klängen, Schwingungen, die sich in der Luft (aber auch in Wasser, festen Gegenständen und anderen Medien) ausbreiten. Toninformationen können entweder in analoger oder digitaler Form aufgezeichnet werden. Um nicht in die Physik einzutauchen, wollen wir eine Analogie verwenden, um den Unterschied zu verstehen.

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine einfache Zeichnung vor sich, die Sie neu zeichnen müssen. Sie nehmen einen Bleistift und geben das Bild nach bestem Wissen und Gewissen wieder, indem Sie den Druck und die Neigung des Bleistifts verändern und Schraffuren anbringen - das ist analog zur analogen Tonaufnahme.

Stellen Sie sich nun vor, dass Sie anstelle eines Bleistifts eine Nadel haben, mit der Sie nichts zeichnen können. Allerdings kann die Nadel Löcher in das Papier machen. Wenn man mehrere Dutzend Löcher hinterlässt, erhält man einen ungefähren Umriss des Bildes der ursprünglichen Zeichnung. Dies entspricht der digitalen Tonaufzeichnung - die Digitaltechnik kann nur mit Nullen und Einsen arbeiten, entweder "Löcher ins Papier machen" oder "keine Löcher machen".

Warum Komprimierung wichtig ist

Digitales Audio wird nicht nur benötigt, um Lieder oder Podcasts auf einem PC oder Smartphone zu hören (tatsächlich ist das eine Folge). Wichtiger ist, dass digitale Aufnahmen, die im Wesentlichen Symbolsets sind, viel bequemer zu speichern sind. Zum Beispiel kann man auf einer microSD-Karte hunderte Gigabyte an Musik speichern, während auf einer Schallplatte nur ein Dutzend Lieder passen. Ein weiterer ebenso wichtiger Grund ist die Degradation analoger Medien über die Zeit. Schallplatten und Discs werden zerkratzt, Bänder demagnetisieren und reißen. Im Gegensatz dazu bewahren digitale Aufnahmen ihre ursprüngliche und unveränderte Qualität. Das ist sowohl für Musiker als auch für Zuhörer praktisch.

Aber wir hören nicht auf Zahlen, sondern auf Klänge. Daher müssen digitale Aufnahmen, um Musik zu hören, mit einem Digital-Analog-Wandler (DAC) in analogen Klang umgewandelt werden. Es ist ein Chip, der ein elektrisches Signal aus dem digitalen Datenstrom für Kopfhörer oder Lautsprecher erzeugt.

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts haben Wissenschaftler allmählich die Technologie entwickelt, um analogen Klang in digitale Darstellung umzuwandeln und seine umgekehrte Transformation von digital zu analog. Die ersten zaghaften Versuche, digitale Musik auf damals noch magnetischen Bändern zu verbreiten, begannen in den 1970er Jahren.

Die Digitalisierung von Musik war die bedeutendste Revolution in der Tonaufnahme seit der Erfindung der Grammophonplatten. Zuvor wurde die Klangqualität durch die Einschränkungen analoger Medien beeinflusst (denken Sie an den "flachen", dumpfen Klang von magnetischen Audiokassetten und das Knistern von abgenutztem Vinyl). "Digital" bewahrt jedoch mathematisch absolut alle Details, die Mikrofone im Studio oder bei Konzerten einfangen können. Ein Problem ist jedoch, dass eine Datei mit digitalisierter Musik viel Platz beansprucht und nach den Maßstäben der späten 1970er Jahre unglaublich groß ist – 50-60 Megabyte, was einem ganzen Festplattenlaufwerk entspricht.

So entstand die Herausforderung, Dateigrößen zu reduzieren, was zur Entwicklung der Kompression führte. MP3-Algorithmen komprimieren Klang mit minimalem Verlust von Audiodaten, was einen leichten Qualitätsverlust bedeutet. Zunächst werden redundante und "unnötige" Frequenzen und Details aus der Musik verworfen, deren Verlust die überwiegende Mehrheit der Zuhörer nicht bemerken wird. Zum Beispiel alle Klänge bei Frequenzen über 16 kHz, die nur sehr wenige Menschen mit hochtrainiertem Gehör wahrnehmen können. Dann wird die Datei komprimiert, ähnlich wie bei einem Archivierungsprogramm – eine ganze Compact Disc kann auf 60-70 MB komprimiert werden, ohne dass beim Umwandeln in MP3 ein merklicher Verlust der Klangqualität auftritt.

Seitdem haben sich die Kapazitäten von Computerfestplatten um das 20.000-fache erhöht, aber Musik wird weiterhin mit Verlusten komprimiert. Warum? Wieder geht es darum, Platz zu sparen, aber jetzt nicht auf persönlichen Computern, sondern in den Datenzentren von Streaming-Diensten. Zusätzlich hilft es, Traffic zu sparen (was auch Geld kostet) und Ladezeiten bei langsamen Internetbedingungen zu beschleunigen.

Andererseits waren echte Musikenthusiasten nicht bereit, die Idee zu akzeptieren, dass Musik ihre Qualität verlieren könnte. Das bringt uns zur Antwort auf die Frage: "Was ist verlustfreie Musik?"

Bedeutung der Bitrate: Technologische Aspekte

In der Beschreibung von Musikdateien in Geschäften und Streaming-Diensten werden Sie wahrscheinlich Erwähnungen von Bits, Kbps und kHz sehen. Was macht verlustfreies Audio? Zum Beispiel sind die Standard- und minimal akzeptablen Spezifikationen für verlustfreie Musik typischerweise 16 Bits, 44,1 kHz und 1411 Kbps. Einige Dienste locken jedoch die Zuhörer mit höheren Zahlen. Um die Bedeutung (oder Unbedeutung) dieser beeindruckenden Zahlen und kühnen Versprechen zu verstehen, ist es wesentlich, sich damit auseinanderzusetzen

• Bitrate: Gemessen in Kilobit pro Sekunde (Kbps), gibt sie die maximale Datenmenge an, die zur Speicherung einer Sekunde Ton verwendet wird. Je höher die Bitrate, desto größer ist die Datei und desto mehr Details der Musik können erhalten bleiben. So klingt beispielsweise eine MP3-Datei mit einer Bitrate von 64 Kbps wie eine Radiosendung, und ein Titel mit einer Bitrate von 256 Kbps kann für einen Experten nur schwer von einer verlustfreien Aufnahme zu unterscheiden sein. Echte verlustfreie Aufnahmen beginnen in der Regel bei einer Bitrate von 1411 Kbps, ähnlich wie bei Musik-CDs.
• Abtastrate: Sie gibt an, wie viele "Löcher" gemacht werden, um eine Sekunde Ton aufzunehmen. Eine höhere Abtastrate ermöglicht eine präzisere Umwandlung von digital zu analog und bringt die Aufnahmequalität näher an das Original. In der Praxis bedeutet eine Halbierung der Abtastrate jedoch, dass man die maximale Tonfrequenz erhält, die in die Musik eingebettet werden kann. Eine Aufnahme mit einer Abtastrate von 44,1 kHz, dem Standard für Musik-CDs, kann beispielsweise Töne mit bis zu 22 kHz enthalten. Streaming-Dienste bieten verlustfreie Inhalte mit Abtastraten von bis zu 192 kHz an. Eine Abtastrate von 48 kHz ermöglicht jedoch eine maximale Tonfrequenz von 24 kHz, und bei 192 kHz sind es sogar extravagante 96 kHz. Der Nachteil ist, dass Töne mit Frequenzen über 20 kHz für das menschliche Ohr nicht hörbar sind, was eine Abtastrate von 44,1 kHz überflüssig macht. Aufnahmen mit höheren Frequenzen können parasitäre Verzerrungen in den hörbaren Bereich unterhalb von 20 kHz einbringen, mit Ausnahme des DSD-Formats, das trotz einer extrem hohen Abtastrate, ausgedrückt in Megahertz, keine negativen Auswirkungen auf die Klangqualität hat.
• Dynamikbereich: Gemessen in Bits, gibt er den Unterschied zwischen den leisesten und lautesten Tönen einer Audioaufnahme an. Je höher die Bittiefe, desto mehr Zwischenwerte können zwischen diesen beiden Extremen liegen. Die standardmäßigen 16 Bit für Compact Discs bieten einen Bereich von 96 dB und 65.536 Stufen. Es ist wichtig zu wissen, dass es sich hierbei um den Bereich handelt, nicht um die maximale Lautstärke, die bis zu 120 dB betragen kann, was schädlich und gefährlich für das Gehör ist. Ein 16-Bit-Bereich ist der Standard für Consumer-Audio, auch für verlustfreie Wiedergabe. Ein 24-Bit-Bereich kann von Musikern für eine bequemere Samplemanipulation in Audiobearbeitungssoftware verwendet werden, bietet aber keine Vorteile für die Hörer gegenüber 16 Bit.

Was ist unkomprimiertes Audio: Beliebte Formate

Auf der Suche nach Musik in verlustfreier Qualität können Sie auf Dateien in verschiedenen Formaten stoßen, wie FLAC, WAV, MQA und DSD. Es gibt auch andere, weniger beliebte Formate (wie APE), aber es ist unwahrscheinlich, dass Sie ihnen in Geschäften und Streaming-Diensten begegnen. FLAC, WAV und DSD unterscheiden sich in den Methoden der Kodierung und Speicherung von Ton, enthalten aber alle gleichermaßen verlustfreie Musik. Unabhängig vom Format, auf das Sie stoßen, wird es in allen Fällen genau gleich klingen. An diesem Punkt könnten erfahrene Audiophile in eine leidenschaftliche Tirade ausbrechen, dass es immer noch einen messbaren Unterschied gibt, aber es sei denn, Sie haben ein Audiosystem zusammengestellt, das einen anständigen Wagen wert ist, und Ihr Gehör durch jahrelanges Hören von verlustfreier Musik geschärft, können Sie sicherlich darauf verzichten, sich darauf zu konzentrieren.

• FLAC - Free Lossless Audio Codec, was so viel wie "freier oder quelloffener verlustfreier Audiocodec" bedeutet, wurde als kostenloser Algorithmus zur Komprimierung von Musik mit quelloffenem Code entwickelt. Dadurch können Musikvertriebe FLAC ohne Genehmigung und Lizenzgebühren für Entwickler verwenden. Die große Mehrheit der Online-Shops und Streaming-Dienste speichert daher verlustfreie Inhalte in FLAC.
• DSD wird in den relativ seltenen Super Audio CD (SACD) Musik-CDs verwendet. Die Super-Version unterscheidet sich von normalen Musik-CDs durch eine höhere Bitrate und die Unterstützung von Mehrkanalton. DSD-Dateien können getrennt von der Disc existieren - Kopien der Super Audio CD werden oft in diesem Format veröffentlicht. DSD-Dateien sind selten im Handel zu finden, aber Enthusiasten geben Inhalte in diesem Format gerne weiter.
• WAV speichert Musik nicht nur verlustfrei, sondern auch ohne Komprimierung. Durch die fehlende Komprimierung wird der Klang zwar nicht merklich besser, aber die Dateigröße nimmt deutlich zu: Eine Minute Ton in WAV nimmt etwa 10 MB in Anspruch, und ein Lied kann 40-50 MB groß sein. Im Zeitalter von schnellem Internet, Cloud-Speicher und Terabyte-Laufwerken ist eine solche Größe nicht mehr beängstigend, aber WAV wird bei Streaming-Diensten fast nicht genutzt, in Musikgeschäften jedoch häufig verwendet.

Was ist verlustfreies Audio bei Apple Music? Für Apple-Geräte gibt es ALAC — einen Open-Source-Codec zur Kompression, der von Apple entwickelt wurde.

Vergleich von Streaming-Diensten

Um verlustfreie Musik zu hören, können Sie sich bei Streaming-Diensten anmelden, die solche Inhalte anbieten. Unter ihnen stechen mehrere beliebte Dienste hervor:

• Apple Music. Was ist verlustfreies Audio auf dem iPhone? Seit 2021 bietet Apple Music 90 Millionen Titel in verlustfreier Qualität an. Das Standardformat für verlustfreies Audio ist ALAC (Apple Lossless Audio Codec), das proprietäre Äquivalent zu FLAC, mit Spezifikationen von 24-Bit/48 kHz. Zusätzlich gibt es Hi-Res Lossless mit außergewöhnlichen Spezifikationen bis zu 24-Bit/192 kHz. Apple betont, dass für das vollständige Erlebnis von Hi-Res Lossless zusätzliche Ausrüstung, wie ein DAC (Digital-Analog-Wandler), der mit Ihrem Smartphone oder Computer verbunden ist, erforderlich ist. Apple Music ist standardmäßig auf iPhone, iPad und Mac verfügbar und hat auch Clients für Android und Windows.
• Tidal, Qobuz, Amazon Music HD: Diese Dienste, die über 100 Millionen Titel in High-Resolution anbieten, teilen Ähnlichkeiten. Tidals grundlegendes HiFi-Abonnement bietet Streaming in FLAC 16-Bit/44.1 kHz mit einer Bitrate von 1440 Kbps. Die HiFi Plus-Stufe streamt Musik mit einer Bitrate von bis zu 9216 Kbps und Spezifikationen von 24-Bit/96 kHz. Das Qobuz Studio-Abonnement gewährt Zugang zu FLAC 24-Bit/192 kHz. Das Amazon Unlimited-Abonnement bietet FLAC mit Spezifikationen von 16-Bit/44.1 kHz bis 24-Bit/192 kHz. Alle drei Dienste haben ihre mobilen Apps und sind kompatibel mit Android, iOS, Windows und macOS.

Benutzererfahrung: was verlustfreies Audio benötigt

Um verlustfreies Audio zu hören, sind normale Ohrhörer, Smartphones oder Laptops möglicherweise nicht ausreichend. Es wird empfohlen, einen tragbaren DAC (Digital-Analog-Wandler) zu verwenden. Dieses Gerät wandelt digitale Daten in analoge Signale um. Der im Telefon eingebaute Wandler ist nicht ideal, da er in der Nähe anderer Hardwarekomponenten liegt, was die Klangqualität potenziell verschlechtern kann. Moderne externe DACs können Signale mit einer Abtastrate von 192 kHz und einem Dynamikbereich von 24 Bit reproduzieren.

Wenn Sie die Existenz von dedizierten Musikplayern übersehen haben, lohnt es sich, dies zu überdenken, da HiFi-Player ebenfalls für verlustfreies Audio verwendet werden können. Wenn Sie jedoch Streaming-Dienste nutzen möchten, sollten Sie Geräte mit WLAN-Unterstützung wählen, da Sie sonst Dateien auf dem Speicher des Geräts herunterladen und speichern müssen, was dessen Speicherkapazität verbraucht.

Auch bei der Wahl der Kopfhörer sollte sorgfältig überlegt werden. Es macht Sinn, in Modelle von renommierten Marken wie Sennheiser, Sony, AKG, Audio-Technica, Beyerdynamic und anderen zu investieren.

Was drahtlose Bluetooth-Kopfhörer betrifft, so sind sie möglicherweise nicht für die Wiedergabe von Musik in wirklich hoher Qualität geeignet, da diese Übertragungsmethode oft Energiesparmaßnahmen beinhaltet, die die Bitrate reduzieren und Audio mit Verlusten komprimieren. Allerdings hat Qualcomm im Jahr 2021 den ersten Bluetooth-Codec für verlustfreie Signalübertragung veröffentlicht - AptX Lossless, der einen Dynamikbereich von 16 Bit, eine Abtastrate von 44,1 kHz und eine Bitrate von bis zu 1200 Kbps unterstützt.

Fazit

Nun wissen Sie, was verlustfreies Audio bewirkt. Aber wenn Sie von diesen Informationen inspiriert sind und bereit sind, in spezielle Ausrüstung zu investieren sowie Streaming-Dienste zu abonnieren, gibt es eine Nuance zu bedenken: Sie hören möglicherweise keinen Unterschied, und es kommt alles auf die individuelle Wahrnehmung an. Wissenschaftler haben bewiesen, dass Menschen Frequenzen in einem sehr begrenzten Bereich hören, und diese Fähigkeit nimmt mit dem Alter tendenziell ab.

Andererseits geht es mehr um Selbstwahrnehmung und Engagement mit Ästhetik, was das Hörerlebnis bereichern kann. Die Musikwahrnehmung beinhaltet nicht nur technische Spezifikationen, sondern auch Emotionen, Atmosphäre und Kunst. Wenn also das visuelle und emotionale Erlebnis für Sie wichtig ist, nicht nur der Klang, können Investitionen in hochwertiges Audio und Ausrüstung gerechtfertigt sein.

Vergessen Sie auch nicht, dass das Audiophile-Erlebnis in erster Linie um Genuss geht, und Investitionen in Ausrüstung sollten Ihren Vorlieben und Möglichkeiten entsprechen.