MP3 - Know-How, Grundlagen und Infos zu MP3 - Teil 1: Grundlagen und Hintergrundinformationen zu MP3

update: 10.12.2003; Autor: Detlev Schnick


Inhalt Teil 1:

 

Inhalt Teil 2:

MP3 ist mittlerweile schon fast zum Synonym einer neuen Generation des Musikkonsums geworden. Der Begriff MP3 ist heute so fest in den allgemeinen Sprachgebrauch integriert, dass kaum noch jemand hinterfragt, was genau sich eigentlich hinter diesen drei Zeichen verbirgt. Wer mit MP3 überhaupt nichts anzufangen weiß, dem ist es schon fast peinlich, grundsätzliche Fragen zu stellen, so selbstverständlich scheint MP3 für alle Welt zu sein. Ein Grund für uns, unseren Kunden und Besuchern ein MP3-Special anzubieten und die Sache mal von A bis Z aus der Sicht eines blutigen Laien zu erklären ...

Grundsätzliches zum Verständnis digitaler Audio-Dateien

Musik, wie wir sie hören oder wie sie z.B. vom Plattenspieler oder vom Tonband kommt, ist "analog". D.h. sie besteht aus theoretisch unendlich vielen feinen Schwingungen. Der erste Schritt, um aus analogen Musik-Schwingungen digitale Audiodaten zu produzieren, ist die Digitalisierung. Dazu wird die Schwingung abgegriffen, und zu einem bestimmten Zeitpunkt wird die Amplitude der Schwingung festgehalten, in Werte, bestehend aus Nullen und Einsen, umgerechnet und gespeichert. Diese digitalisierte Form des Klangs - eine diskrete Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer Schwingung - bildet die digitalen Audio-Dateien. Die Qualität dieser Daten hängt im Wesentlichen von zwei Kennwerten ab:

  • Die Sampling-Rate sagt aus, wie oft der Klang abgetastet wird, gemessen in kHz. Je höher die Samplingrate, desto besser das digitale Klangergebnis. Bei der Audio-CD beträgt die Samplingrate 44,1 kHz, d.h. in einer Sekunde wird das analoge Signal 44.100-mal abgegriffen.
  • Die Quantisierung gibt die Anzahl der Bits pro Sample an und bezeichnet den Wertebereich, den die Amplitude ausmacht. Bei der Audio-CD sind dies 16 Bit, d.h. es lassen sich 65.556 unterschiedliche Zustände der Amplitude darstellen. Bei SACD sind dies bereits 24 Bit, was dem 256-fachen entspricht.

Wie man aus diesen Grundlagen bereits unschwer erkennen kann, handelt es sich strenggenommen bei jeder Digitalisierung auch um eine Kompression, nämlich um eine Kompression der analogen Ursprungsdaten. Wenn wir hier im Zusammenhang mit MP3 von Kompression sprechen, so bedeutet dies bezogen auf die o.g. Standard-Werte der Audio-CD eine weitere Komprimierung. Hingegen gehen Techniken wie DVD Audio und SACD den entgegengesetzten Weg und versuchen mit höheren Samplingraten und höherer Quantisierung eine weitaus bessere Klangqualität zu erzeugen. Im Grunde haben wir es also mit unterschiedlichen Audiocodierungsverfahren zu tun, die unterschiedliche Ziele verfolgen, womit wir nun zum Thema MP3 überleiten ...

Was genau ist eigentlich MP3?

MP3 ist ein Audiocodierungsverfahren, das von Wissenschaftlern am Fraunhofer Institut Erlangen in Zusammenarbeit mit der Universität Erlangen entwickelt wurde. Mittels hochinnovativer Digitaltechnik komprimiert MP3 (Abkürzung für MPEG Audio Layer-3) Audiodaten bis auf ein Zwölftel ihrer Größe - und das nahezu in CD-Qualität und ohne hörbaren Qualitätsverlust. Dabei wird je Minute nur etwa 1 MB Speicherkapazität verbraucht. Zum Vergleich: Eine WAV-Datei benötigt bei vergleichbarer Qualität ca. 10 bis 12 MB Kapazität. Übrigens sollte man in diesem Zusammenhang vielleicht drei Namen erwähnen: Dr. Karlheinz Brandenburg, Bernhard Grill und Harald Popp wurden im Jahr 2000 für ihre herausragende Forschungsleistung - die "Erfindung" von MP3 - für den "Deutschen Zukunftspreis" nominiert. Heute hat MP3 zwar einige Konkurrenten bekommen, doch ist MP3 unbestritten der Defacto-Standard im Internet, wenn es um Musikübertragung geht. Auch im digitalen Rundfunk wird MP3 eingesetzt, so nutzt das US-Unternehmen WorldSpace MP3, um Afrika, Asien und Südamerika per Satellit mit digitalem Rundfunk zu versorgen.

Wie funktioniert MP3?

MP3 macht sich ein Phänomen zunutze, das man der Psychoakustik zuordnet: Der Mensch hört nicht alles, was es zu hören gibt - jedenfalls nicht bewusst. Ausgehend von den Eigenschaften des Gehörs haben die MP3-Erfinder eine wahrnehmungsangepasste Audiocodierung entwickelt. Dabei wird ein Teil der CD-üblichen digitalen Toninformationen schlicht weggelassen. Dies sind Töne, die die meisten Menschen ohnehin nicht (bewusst) wahrnehmen, und solche Anteile der Schallsignale, die für den Klangeindruck unbedeutend sind. So gelang es, ganz erhebliche Mengen an Digitaldaten einzusparen. Erst die Einführung dieser Technik verhalf der Datenreduktion im Musikbereich zum Durchbruch.

Ein entscheidender Faktor für die Musik-Qualität einer MP3-Datei ist die Datenübertragungs-Geschwindigkeit - kurz Bitrate genannt. Die Bitrate wird bei MP3 in Kilobit pro Sekunde gemessen. Je höher die Bitrate, desto höher die Qualität im Ergebnis. Allerdings wird damit auch die zu speichernde Datenmenge größer. Fast alle DVD-Player unterstützen das Feature VBR (Variable Bitrate), mit dem die Datenrate entsprechend der Musik eingestellt wird und so anhängig von der Qualität Speicherplatz eingespart werden kann.

Ein weiterer Faktor ist der verwendete Codec. Als Codec (Codec steht für "Encoder/Decoder") wird das Verfahren bezeichnet, das mittels komplexer Algorithmen die Datenreduzierung bewerkstelligt und bei der Wiedergabe die ursprünglichen Toninformationen wiederherstellt. So gibt es nicht nur den Original-Codec des Fraunhofer Instituts, sondern z.B. auch den sogenannten "Lame-Codec", den man über dieses Link kostenlos downloaden kann. Welcher der Codecs besser klingt, darüber streiten sich die Test-Redakteure so begeistert wie über die Klangqualitäten von Lautsprechern. Und ebenso subjektiv ist das Ergebnis dann auch.

Wie kommt man an MP3-Daten?

Eine Möglichkeit ist, von CDs, dem Radio oder der Schallplatte über PC oder per CD-Recorder aufgenommene Musikdateien mittels eines Komprimierungsprogramms am PC in MP3-Dateien umzuwandeln. Gute Programme dieser Art beherrschen alternativ zu MP3 auch die Umwandlung in WMA- oder OGG-Dateien. Eines der bekanntesten Programme dieser Art ist z.B. der Magix MP3 Maker 2003 Diamond.

Eine andere Möglichkeit, an MP3-Dateien zu kommen, ist der Download aus dem Internet. Dabei muss man allerdings höllisch aufpassen, sich nicht in den Fallstricken des seit 01.10.2003 geltenden neuen Urheberrechts zu verstricken. Da die meist in Amerika beheimateten Musikstudios international operieren und "Big Brother" in den USA längst Realität ist, wird es wohl nicht lange dauern, bis auch hierzulande die Strafverfolgung einsetzt. Hochinteressant ist in diesem Zusammenhang auch ein Bericht der Welt am Sonntag vom 05.10.2003. Unter der Headline "Das Imperium schlägt zurück" wird darüber berichtet, dass die Studios ein ganzes Arsenal von Computerviren entwickelt haben und einsetzen, um Raubkopierer zu bekämpfen. Wir werden in Kürze ein Special zum Thema Urheberrecht veröffentlichen.

Rippen von CDs

Wie oben schon gesagt: Wenn kein Kopierschutz "geknackt" werden muss, ist das umwandeln von eigenen Audio-CDs in MP3-Files zum eigenen Gebrauch auch nach neuem Urheberrecht legal. Neben dem Internet dürften Audio-CDs zur Zeit sogar die wichtigste Musikquelle für MP3-Liebhaber sein. Für den Vorgang des Überspielens und Komprimierens von der Audio-CD hin zu MP3-Dateien hat sich der Begriff "Rippen" eingebürgert. Zum Überspielen der Audio-CD braucht man zunächst einmal ein gutes CD- oder DVD-ROM-Laufwerk in seinem Computer. Aktuell sind dabei Lesegeschwindigkeiten von 10- bis 40-facher Geschwindigkeit (d.h. eine 90-Minuten CD wird mit dem theoretischen Wert von 1/40 von 90 Minuten überspielt.). Liest das Laufwerk zu schnell, können Knackgeräusche entstehen. In diesem Fall empfiehlt es sich, die Geschwindigkeit etwas herunterzusetzen. Weiterhin brauchen Sie einÜberspielprogramm. Diese Software ist regelmäßig bereits im Lieferumfang guter FlMP3-Makerash- oder Festplatten-MP3-Player enthalten. Es gibt aber auch eigenständige Software wie z.B. das Programm Magix MP3 Maker, dafür dann aber auch WMA oder OGG-Dateien erzeugen kann. Unser Tipp: Melden Sie sich vor dem ersten Überspielen bei der kostenlosen Internet-Datenbank CDDB an. In dieser Datenbank sind fast alle existierenden CDs (nur wenige "Exoten" ausgenommen) mit CD-Titel, Einzeltitel, Interpreten und Genres enthalten. Nach dem Einlegen der CD erkennt CDDB die CD und lädt die entsprechenden Daten herunter und speichert sie als als ID3-Tags ab. Sogar Speicherplatz und Verzeichnisse werden automatisch geordnet.

Nachbearbeitung von MP3-Files

Hat man die MP3-Dateien vorliegen, so gibt es ein paar Feinheiten, um die Nutzbarkeit der MP3-Dateien zu verbesssern: Die Nachbearbeitung der MP3-Files:

ID3-Tags
In MP3-Dateien können über ID3-Tags Informationen über Titel des Musikstücks oder des Albums, Interpret, Erscheinungsjahr, Musikgenre oder sogar Kommentare gespeichert werden. Diese ID3-Tags können nachträglich in MP3-Dateien eingefügt oder geändert werden. Ein Programm, das Sie beim Generieren und Editieren von ID3-Tags unterstützt, ist Mp3tag. Das kostenlos downloadbare Mp3tag beschränkt sich nicht nur auf übliche Funktionen zum Speichern und Entfernen von ID3-Tags, sondern bietet darüber hinaus umfangreiche Möglichkeiten, ID3-Tags zu importieren und zu exportieren.

ID3-Tags gibt es als Version 1 (ID3 V1) oder als Version 2 (ID3v2). V1 ist 128 Bytes groß und am Ende der MP3-Datei angehängt. ID3 V1 enthält alle o.g. Informationen und wird von allen neueren MP3-Playern gelesen. ID3v2 stellt eine erhebliche Erweiterung der Version 1 dar. Bei einer Größe des Tags von bis zu 256 MB können sogar Bilder des Interpreten oder Komponisten eingebettet und bei MP3-Playern mit entsprechendem Display angezeigt werden. Näheres zu IP3v2 erfahren Sie unter www.id3.org.

MP3-Normalisierung
Hat man MP3-Dateien aus verschiedenen Quellen zusammengestellt, so ist häufig bei jedem Titel die Lautstärke unterschiedlich. Das kann natürlich sehr störend sein. Abhilfe schafft ein "Normalisierungsprogramm" wie z.B. MP3Gain, das es ebenfalls als kostenloses Download gibt. Mit MP3Gain können Sie für jeden Titel eine einheitliche Lautstärke festlegen. MP3Gain nutzt für diese Funktion auch die ID3-Tags.

MP3-Schnittprogramme
Wurden MP3-Files aus analogen Quellen wie Radio oder Schallplatte generiert, so werden meistMP§-Schnittprogrammmehrere Musikstücke in einer Datei ohne Trennung aneinandergereiht sein. Mit einem MP3-Schnittprogramm lässt sich eine lange Datei in mehrere kleine Dateien mit jeweils einem Titel aufteilen. Auch dazu gibt es - wie sollte es anders sein - ein kostenloses Programm zum downloaden. Dieses finden Sie unter MP3 Direct Cut ...
Weitere Beispiele für interessante Tools (Werkzeugprogramme) zur Bearbeitung von MP3-Files: mpegx.com, DailyMP3, Audiotools.

Wie kommen die MP3-Files auf den MP3-Player?

Wenn Sie einen PC mit CD-Brenner und einen MP3-Player mit CD-Laufwerk haben, brennen Sie einfach die MP3-Files auf eine bespielbare CD-R. Die zum Brennen erforderliche Software ist i.d.R. Bestandteil des CD-Brenners. Beim Flash- oder Festplattenplayern schließen Sie die MP3-Player über USB 1.1 (veraltet) oder USB 2.0 oder über Firewire an Ihren PC an und kopieren die Dateien wie von einem Verzeichnis zum anderen. Mit USB 2.0 geht das blitzschnell: Eine Stunde Musik ist bei 128 Kbit/sec in 7 Sekunden transferiert.

Wie spiele ich MP3-Dateien ab?

Natürlich mit einem MP3-Player! Das sind in erster Linie sehr kompakte tragbare Player, ähnlich wie der aus der Kassettenzeit bekannte Walkman. Die Fähigkeit, MP3-Dateien wiederzugeben gehört mittlerweile aber auch zu den Standard-Features moderner DVD-Player / DVD-Recorder oder CD-Player / CD-Recorder. Auch auf dem PC kann MP3 abgespielt werden. Dazu ist eine Software erforderlich, die quasi als "MP3-Abspielprogramm" dient. Auf Windows-Computern ist mit dem Windows Media Player bereits ein MP3-fähiges Musik-Abspielprogramm von Haus aus als Bestandteil des Betriebssystems installiert. Im Internet gibt es eine ganze Reihe kostenlos downloadbare Programme, die jede Menge zusätzliche Features und erweiterte Abspielqualitäten bringen. Beispiele: Thomson mp3PRO Player/Encoder oder Winamp 3.00. Doch es waren die kleinen portablen Player, die den MP3-Konsum erst so richtig angeheizt haben. Im wesentlichen unterscheidet man in diesem Bereich der MP3-Player drei Hauptgruppen:

  • MP3-Player mit Chip-Speicher - sogenannte Flash-Player. Bei diesem Player-Typ werden die Daten auf einen Microchip mit Langzeitspeicher geladen. Vorteile: Flash-MP3-Player kommen ganz ohne bewegliche Bauteile aus und sind damit besonders unempfindlich gegen Erschütterungen. Zudem erlauben die Microchip-Speicher ein hochkompaktes Design - manche Fash-MP3-Player sind kaum größer als eine Streichholzschachtel. Ideal zum Joggen und für andere Sportarten. Prinzipielle Nachteile: begrenzter Speicherplatz und relativ hohe Kosten für den Speicher. Während die meisten Flash-Player auf fest eingebauten Speicher setzen, bieten einige neuere Typen bereits Speicherkarten [Smart Media Card (SM), Compact Flash Card (CF) oder Secure Digital Card (SD)] oder USB-Sticks. Am verbreitesten ist wohl die Multi Media Card. Speicherkarten bieten bereits ganz ordentliche Kapazitäten. CF Karten gibt es heute mit 2 GB (SanDisc 2GB), in Kürze soll es schon 4GB-CF-Karten geben. Die Kosten für die Speicherkarte schlagen dann allerdings leicht mit dem 3- bis 4-fachen des MP3-Players zu Buche. Die zur Zeit beliebtesten und im Test bestbewertetn MP3-Flash-Player sind die iRiver-Player iRiver IFP-390T (256 MB) und iRiver IFP-395T (512 MB).
     
  • Besonders preisgünstig: MP3-Player mit CD-Laufwerk. Bei diesen Player-Typen unterscheidet man zwischen denen, die CDs im Normalformat von 12 cm abspielen und solchen, die die MiniCD mit 8 cm fassen. "Normal-CD-Player" haben den Vorteil, bis zu 13 Stunden MP3-Musik je CD (auf einem 700-MB-Rohling) zu reproduzieren und wahlweise auch ganz normale Audio-CDs abzuspielen. Meist sind sie auch insgesamt besser ausgestattet. MiniCD-Player überzeugen durch ihre kompakten Abmessungen und sind so auch zum Joggen besser geeignet. Allerdings geht die Größe zu Lasten der Kapazität. Bei 128 Kbit/sec. passen etwa 3 Stunden oder 40 durchschnittlich lange Songs auf eine MiniCD. Zwar gibt es vorbespielte MP3-CDs, doch meist wird man sich CD-R Rohlinge kaufen und die Musik am eigenen PC brennen. Dabei bieten die 8-cm-Scheiben keine Preisvorteile gegenüber Rohlingen im Standard CD-Format. Wegen der geringen Stückzahlen sind sie oftmals sogar teurer. Entscheidend bei der Auswahl eines CD-MP3-Players sind Features wie die Anzeige der ID3-Tags und die Größe des Chip-Speichers. Ein großer Zwischenspeicher schont die energiefressende Antriebs- und Lasermechanik und verlängert so die Akku-Laufzeit. Zudem ist ein großer Zwischenspeicher wichtig für die Anti-Shock-Mechanik und hilft, durch Erschütterungen bedingte Aussetzer zu vermeiden. Besonders wichtig ist, dass der CD-Player auch AudioCds mit aktuellem Kopierschutz spielt. Vorsicht ist bei klangbeeinflussenden Features wie z.B. Equalizern geboten. Gerade bei Schwächen im Bassbereich geht nichts über einen hervorragenden Kopfhörer. Dafür ist besonders der iRiver IMP-550 bekannt geworden. Wer einen externen Zusatzkopfhörer wie z.B. den Koss Sporta Pro einsetzt, kann nochmals eine erstaunliche Klangsteigerung erzielen.
  • MP3-Player mit Festplatten sind der Renner im Markt der MP3-Player und setzen sich gerade im hochwertigen Segment immer stärker durch. Heute sind 20 GB HDD (Hard Disc Drives) im platzsparenden 1,8"-Format der Standard. Damit lassen sich locker 330 Stunden Musik bei 128 Kbit/sec Bitrate speichern. Bei 192 Kbit/sec., einer Datenrate, die praktisch keinen Unterschied zur CD mehr hören lässt, sind es immerhin noch rund 220 Stunden. Die neuen hochkapazitiven Festplatten der MP3-Player lassen sich bequem zum Spiegelbild der Platte im PC einsetzen, Datensicherung inklusive. Clevere Nachbearbeitungssoftware synchronisiert die Dateien auf beiden Platten und sorgt für perfekte Ordnung in den Musikdatenbanken. Eigenaufnahmen sind zwar technisch kein Problem, die meisten Player haben diese Recording-Funktion jedoch nicht freigeschaltet. Die Musik-Industrie hat dies durchgesetzt, da man dem unbeschränkten Tauschen von Musikdateien einen Riegel vorschieben wollte. Doch die neuesten P3-Player ignorieren diese Beschränkung und lassen umfassende Eigenaufnahnmen zu. Ist der MP3-Player neben Aufnahmefunktionen über analoge Eingänge (Line-In) oder Micro auch noch mit einem digitalen Eingang ausgestattet, dann bleibt fast kein Wunsch mehr offen. Gute MP3-Player bieten bei der Aufnahme die Option, variable Bitraten einzustellen, etwa von 40 bis 320 Kbit/sec. und so die HiFi-Qualität der MP3-Musik selbst zu bestimmen. Kompatibilität zu den gängigen anderen Formaten wie WMA, WAV und ASF ist mittlerweile ebenso Standard, wie die USB 2.0 Schnittstelle. USB 2.0 bietet im Gegensatz zu USB 1.1 eine 40-fach schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeit. Übertragungszeit mit USB 2.0 für eine Stunde Musik bei 128 Kbit/sec: ca. 7 Sekunden. Wichtig ist auch die Akku-Standzeit: ca. 12 Stunden ist ein guter Wert. Die meisten Player liegen in dieser Disziplin bei ca. 10-11 Stunden. Der z.Zt. mit Abstand beliebteste MP3-Player mit Festplatte ist der iRiver IHP-120.

MP3 auf der HiFi-Anlage spielen

Wer plant, seinen MP3-Player öfter an seine HiFi-Anlage anzuschließen, sollte schon beim Rippen (der Erstellung) seiner MP3-Dateien eine möglichst hohe Bitrate wählen. Bei 192 Kbit/sec wird zwar rund ein Drittel mehr Platz benötigt als bei im Internet üblichen 128 Kbit/sec., doch hat man damit praktisch schon normale CD-Qualität erreicht, und der große Vorteil von MP3, wenig Speicherplatz zu brauchen, bleibt im wesentlichen doch erhalten. Der Anschluss an den Verstärker wird ganz einfach über ein Mini-Klinke-Cinch-Adapter-Kabel realisiert, z.B. das Hama 43412. Den 3,5 mm Mini-Klinken-Stecker am einen Ende stecken Sie in den Kopfhörerausgang am MP3-Player und die beiden Cinchstecker (rot und weiß) am anderen Ende verbinden Sie mit einem freien Eingang am Verstärker.

Noch mehr Hintergrundinformationen und Grundwissen finden Sie im 2. Teil unseres HIFI-REGLER-Specials zum Theman MP3. Dort vergleichen wir MP3 mit alternativen Komprimierungsverfahren.

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