Welches ist das richtige Datenformat für meinen Musikserver?

Erstellt von:
10 Juni 2016
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In vorhergehenden Blogs haben wir über die Bibliotheksverwaltung bei Musikservern gesprochen.  Ein nicht weniger wichtiges Thema ist die Formatfrage. Welches ist das ideale Speicherformat für die Musik auf einer Festplatte/Server? Es gibt grundsätzlich zwei Arten, wie die Musik auf den Server gebracht werden kann. Man rippt seine CDs auf die Festplatte oder man kauft auf einem Downloadportal Musik und lädt diese auf die Festplatte. Und zu guter Letzt sollte man auch noch in die Zukunft schauen, wenn man die ganze Musik allenfalls auf einen neuen Musikserver migrieren muss.

Sinnvolle Formate für den CD-Ripp

Da spielen grundsätzlich die Möglichkeiten der Rippsoftware, welche auf dem Musikserver installiert ist eine Rolle. Wenn die Rip-Software in der Lage ist Metadaten in ein WAV-File zu schreiben und die Bibliothekssoftware sie lesen kann (z.B. JRiver, Foobar200), dann ist WAV das bevorzugte Format. WAV ist ein von Microsoft und IBM im Jahre 1991 eingeführtes verlust-und kompressionsfreies Audio-Format. Es ist universell einsetzbar und kann Datenraten bis 384kB (Samplingfrequenz) und 32 Bit Wortlänge aufnehmen. Bei einer 16 Bit / 44.1kHz WAV-Datei ist der Klang und die Dateigrösse dieselbe wie bei der CD, da keine Kompression stattfindet – wir haben hier quasi die PCM „Rohdaten“. Allgemein herrscht die Meinung vor, dass WAV-Dateien keine Metadaten speichern können. Dies ist aber nicht so. Es sind die Softwareprogramme, welche die in den WAV-Dateien enthaltenen Metadaten nicht lesen oder schreiben können. Übrigens kennt WAV keine Grössenbeschränkung für Metadaten, selbst Liedtexte können enthalten sein.

Sollten Sie jedoch einen Musikserver haben, welcher mit den WAV-Dateien nicht zurechtkommt, dann bietet sich das FLAC Format an, ein im Jahr 2000 von der gemeinnützigen Organisation Xiph.Org entwickeltes verlustfreies komprimierendes Format. Dies ist vergleichbar mit einem Word-Dokument das nicht in seiner Originalgrösse sondern als gepackte Zip-Datei abgespeichert wird. Dadurch wird die Datei kleiner, aber der Inhalt ist immer noch derselbe. Wenn die Datei entpackt wird, ist die Seite wieder so, wie sie in Word erstellt wurde, mit allen Formatierungen und Eigenschaften vorhanden. Genauso verhält es sich mit den FLAC-Dateien. Es sind Kompressionen bis zu 70% möglich, üblich sind allerdings solche von 30% bis 50%. Das heisst, die Dateigrösse wird dadurch entsprechend kleiner ohne den Inhalt zu verändern. So ist es möglich auf der Festplatte Platz zu sparen oder in einer verlustfreien Qualität Musik zu streamen. Die Auflösung von FLAC reicht bis 655kB (Samplingfrequenz) und 32 Bit. Da keine Lizenzgebühren anfallen und das Format Plattform übergreifend ist hat es sich im Laufe der Jahre sehr verbreitet. Die Rechenleistung ist beim FLAC Format asymmetrisch aufgebaut. Das heisst, die grössere Leistung wird für das Codieren (komprimieren) benötigt und viel weniger zum Decodieren (entpacken). Das hat den Vorteil, dass die Abspielgeräte viel kleinere Prozessoren benötigen und das „entpacken“ schnell und unkompliziert vor sich geht. Trotzdem wird gelegentlich berichtet, dass klangliche Unterschiede zwischen einem WAV und einem FLAC File bestünden. Je nach Rechenleistung des Prozessors im Abspielgerät und Kompressionsgrad könnte es möglich sein, dass die kleinen Klangunterschiede vom Entpackungsprozess herrühren. Somit ist das Problem die Rechenleistung des Wiedergabegerätes und nicht das Dateiformat selbst. Computer Audio Dateien lassen sich jederzeit in ein anders Format konvertieren. Hat ein Wiedergabegerät schwächen bei der FLAC Decodierung – oder anderen Dateiformaten – dann wird einfach ins WAV oder AIFF Format konvertiert. Die nun entstandene WAV/AIFF Datei muss nicht mehr entpackt werden, die eventuell vorher vorhanden klanglichen Probleme sind nicht mehr vorhanden, da es sich um Fehler zur Laufzeit gehandelt hat. FLAC unterstützt die Metadaten perfekt, was auch bei der Konzeption des Formats so mitberücksichtigt wurde.

FLAC wird auf Apple-Plattformen nicht unterstützt. Deshalb hat Apple seine eigenen vergleichbaren Formate. Das mit WAV vergleichbare unkomprimierte Format heisst AIFF (Audio Interchange File Format). Das komprimierte Format, welches dem FLAC Format entspricht heisst ALAC (Apple Lossless Audio Codec).

Ideale Download-Formate

Im Gegensatz zum CD rippen wo die Auflösung durch das CD-Format gegeben ist, besteht beim Download die Möglichkeit auch High-Res Alben zu kaufen. Hier stellt sich also auch die Frage welche Auflösung die bestmögliche, die Sinnvollste ist?

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Bild 1. Darstellung des menschlichen Hörbereichs (türkisfarbiger Rahmen) im Vergleich zu analogen und digitalen Ton-Träger- und Audiodaten-File-Formaten. Zum vergrössern – auf Bild klicken

Wenn wir die Rahmenbedingungen einmal ganz sachlich und nüchtern betrachten und vom Hörvermögen des Menschen und den von Instrumenten produzierten Töne/Frequenzen ausgehen, können wir sagen, dass Frequenzen oberhalb von 40kHz nicht mehr relevant sind. Das wäre der eine Eckwert. Der andere betrifft die Dynamik (Unterschied leisester zu lautestem Ton).

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Bild 2. Auditive Wahrnehmung des Menschen.

In Bild 2 sehen wir, dass ab 130dB Schalldruck/Lautstärke die Schmerzgrenze für unser Ohr erreicht wird. Darüber beginnt es in den Ohren zu schmerzen und wir würden unsere Ohren dauerhaft schädigen. Daraus ergibt sich, wenn man die Hörschwelle bei 40dB ansetzt, ein Dynamikumfang von 90dB. Damit ist auch hier der zweite Eckwert definiert. Also müssen wir ein Format wählen, welches diese Eckwerte erfüllt. Das auf diese Eckwerte am besten passende Audio-Format hat demnach die Werte 24Bit/96kHz, respektive 24Bit/88.2kHz. Das heisst, dass wir damit eine Frequenz bis 48kHz und ein Dynamikumfang bis 144dB abbilden können (siehe auch unser Blog: Digital Basics). Auch psychoakustische Analysen und Experimente haben gezeigt, dass für ein lineares PCM System eine theoretische Wortlänge von 18.2 Bit und eine Samplingfrequenz von 58kHz ausreichen würde um „eine völlig transparente Klangaufnahmen und Wiedergabe zu erhalten“ (J. Robert Stuart, ARA, „Coding High Quality Digital Audio“.

Beim Format können wir wieder auf die Erkenntnisse von oben zurückgreifen und sowohl das WAV- als auch das FLAC-Format wählen. Hier ist es natürlich auch abhängig von welchem Download-Portal man Musik runterlädt und welche Formate hier angeboten werden. Leider sind  bei WAV die Metadaten oft mangelhaft oder gar nicht vorhanden. Deshalb ist hier FLAC die bessere Wahl. Und wenn nötig, können ja FLAC und WAV Dateien umgewandelt werden. Macht man dies mit dem richtigen Programm (z.B. dBpoweamp), dann kommen auch alle Metadaten mit.

DSD-Format

Auf einigen Downloadplattformen wird auch das DSD Format angeboten, ein kontrovers diskutiertes Thema. Dazu muss man etwas ausholen. Das1-Bit-Format wurde Anfang der 90er Jahre entwickelt, mit dem Ziel kostengünstige D/A-Wandler zu produzieren. Mitte der 90er Jahre suchte Sony eine Möglichkeit, vom Zerfall bedrohte Studiomaster-Bänder möglichst einfach und kostengünstig digitalisieren und so aufbewahren zu können. Bei der Evaluation fiel dann der Entscheid auf dieses 1-Bit-System. Dieses hatte den Vorteil, dass daraus jedes Distributionsformat abgeleitet werden konnte und man somit flexibel war für zukünftige Medien. Ein Nachteil hat dieses System allerdings, es konnte nicht editiert werden. Dies war zur Speicherung der Masterbänder auch nicht nötig, denn diese waren bereits fertig editiert.

Im Jahr 1999 adaptierte Sony und Philips daraus die SACD als Konkurrenzformat zur neu aufkommenden DVD-Audio. Von den Marketing Abteilungen und der Presse wird dieses Format teilweise suggestiv als etwas neues angepriesen, was aber – wie wir jetzt gesehen haben – nicht der Fall ist. Audiophile Kreise und ein Teil der Fachpresse schreiben diesem 1-Bit-System klangliche Vorteile zu. Es existiert aber kein Nachweis, dass die von Entwicklern und Anwendern behauptete Klangverbesserung von DSD gegenüber PCM tatsächlich existiert. In einer Studie der Hochschule für Musik in Detmold konnten die Teilnehmer bei entsprechenden Blindtests keine statistisch relevanten Unterschiede zwischen den Datenformaten hören. Der Autor der Studie zieht das Fazit, „dass selbst mit hochwertigstem Equipment unter optimalen Abhörbedingungen und unterschiedlichsten Hörfokussierungen bzw. Hörerfahrungen der Probanden in der Regel keine signifikanten Unterschiede zwischen DSD und High Resolution PCM (24 Bit/176.4 kHz) hörbar sind“ – weitere Details.

Da muss man dann schon überlegen, ob man für dieses Format wirklich auch den Mehrpreis, welcher DSD auf den Downloadportalen immer hat, auch wirklich ausgeben will. Im Weiteren kann das DSD-DFF Format keine Metadaten speichern, da dies ein Produktionsformat für SACDs ist und kein Distributionsformat. Wenn DSD Dateien, dann sollten Sie unbedingt das DSD-DSF Format nehmen, welches Metadaten speichern kann. Meine Empfehlung ist die, wenn das gewünschte Musikstück in dieser Einspielung nur als DSD angeboten wird, dann kann es Sinn machen. Ansonsten ist man mit der günstigeren Variante als FLAC mit 24Bit/96kHz ebenso gut bedient. Native DSD Dateien als PCM192 machen überhaupt keinen Sinn. Da DSD mit 1 Bit nur 6 dB Dynamikumfang hat (CD = 96dB), wird mittels Noise Shaping dem System ein Dynamikumfang von 120dB abgetrotzt. Das Rauschspektum wird in höhere, nicht hörbare Frequenzebreiche umgelagert. Jeder SCAD Spieler hat daher ein Filter, welches das nach ca.35kHz stark ansteigende Rauschspektrum am Ausgang unterdrückt. Diese bei DSD notwendige Filterung ist in der Spektralanalyse deutlich sichtbar.

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Bild 3. Spektralanalyse einer ins PCM Format konvertierten DSD Datei. Zum vergrössern – auf Bild klicken

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Bild 4. Beispiel von Channel Classics: DSD-Fils signifikant teurer als die FLAC-Files.

Migration der Musik-Datenfiles

Zum Schluss noch ein Wort über die Zukunft: Vergessen Sie eine mögliche Migration auf ein neues System nicht. Jedes elektronische Gerät, dazu zählt auch ein Musikserver, unterliegt einer Alterung und muss irgendwann ersetzt werden. Sei es, weil etwas defekt ist oder weil das Gerät technisch nicht mehr dem Stand der Zeit entspricht. Dann muss man möglicherweise Dateiformate konvertieren, damit das neue Gerät damit zu Recht kommt. Mit den von mir vorgeschlagenen Formaten haben Sie diese Möglichkeiten und deshalb rate ich von allen proprietären Formaten und Systemen ab.

Fazit:

Heutige Musikserver – wie zum Beispiel die Aria Musikserver – sind in der Regel Multitalente was Dateiformate anbelangt. Speicherplatz auf Harddisks kostet auch nicht mehr das grosse Geld. Somit muss auch nicht unbedingt auf die Dateigrösse geachtet werden. CDs können getrost im WAV-Format gerippt werden. Beim Download ist es wichtig, dass die Metadaten in den Datenfiles enthalten sind, damit ein manuelles nachpflegen nicht notwendig wird. Da ist das FLAC-Format angesagt, bevorzugt als High-Res im 24Bit/96kHz Format.