Was ist Hi-Res-Audio und macht es einen Unterschied?

Adam Molina / Android Authority

Ihnen wurde wahrscheinlich gesagt, dass größer besser ist, mehr mehr ist und dass 24-Bit-Audio besser ist als 16-Bit-Audio. Aber was ist Hi-Res-Audio und ist es besser als andere Audioarten? Wir gehen darauf ein, was sich, wenn überhaupt, ändert, wenn Sie die Bitratenleiter erklimmen.

Was unsere Ohren hören können

Rita El Khoury / Android Authority

Mein Ohr

Fast jede Diskussion über Audio muss mit dem menschlichen Ohr beginnen. Wir wissen, dass der Frequenzbereich, den wir hören können, zwischen 20 Hz und 20 kHz liegt und mit zunehmendem Alter abnimmt. Das bedeutet, dass alles, was darüber oder darunter liegt, nicht hörbar ist, aber darüber hinaus spielen andere Faktoren eine Rolle. Es gibt auch das Konzept der auditiven Maskierung. Das bedeutet, dass laute Geräusche leise überdecken. Sie können auf einer lauten Party niemanden flüstern hören, selbst wenn er beispielsweise in der Nähe steht. An diesen Grundfakten ändert auch der schickste Kopfhörer nichts.

Infolgedessen gibt es eine Grenze dafür, was wir in einer bestimmten Aufnahme hören können. Theoretisch könnten wir einen breiteren Frequenzbereich erfassen und speichern, aber das würde uns nicht viel nützen. Tonaufzeichnungstechnologien nutzen diese Fakten dann, um qualitativ hochwertige Reproduktionen von praktisch allem zu erstellen.

Einige Grundlagen des digitalen Audios

Beim Speichern von Audio auf einem Computer, Mobiltelefon oder einem anderen Gerät muss das Gerät es von einem analogen Signal in ein digitales umwandeln. Dies geschieht mithilfe eines Analog-Digital-Wandlers (ADC), der Schallwellen nimmt und sie als eine Reihe von Zahlen darstellt. Das ist eine zu starke Vereinfachung, aber es ist die Grundidee, die wir hier brauchen.

Damit digitales Audio funktioniert, brauchen wir eine Methode, um diese Konvertierung tatsächlich durchzuführen. Wenn wir den Wert einer Schallwelle zu einem bestimmten Zeitpunkt nehmen und ihn aufschreiben, was als „Sampling“ bezeichnet wird, können wir diese Werte später verwenden, um die Welle neu zu erstellen. Aber wie oft sollten wir das tun? Welche Zeitintervalle sollten wir verwenden, um sicherzustellen, dass wir alle Details erfassen? Hier kommt etwas Mathematik ins Spiel, die als Nyquist-Shannon-Sampling-Theorem bekannt ist.

Die Berechnungen und Algorithmen hinter Nyquist-Shannon sind komplex. Dennoch wissen wir, dass das zweimalige Abtasten einer Schallwelle in einem begrenzten Frequenzbereich in einem bestimmten Zeitraum ausreicht, um sie perfekt zu reproduzieren. Gehen wir sicherheitshalber etwas über den Bereich des menschlichen Gehörs hinaus. Etwas grundlegende Mathematik zeigt uns, dass 2 x 22.000 Hz = 44.000 Hz sind. Behalten Sie diese Zahl im Hinterkopf; es kommt später wieder.

Aber denken Sie daran, dass alle digitale Zauberei der Welt nicht ändern kann, wozu das menschliche Ohr fähig ist.

Das andere Teil dieses Puzzles ist die Bitrate. Es sind die Zahlen, die Sie herumschweben sehen, wobei 16-Bit oder 24-Bit am häufigsten vorkommen. Das meiste Trompeten rund um Hi-Res-Audio neigt dazu, diese Zahl zu betonen. Aber was ist ein bisschen? Im Grunde ist ein Bit (kurz für Binärziffer) das, was Computer verwenden, um zwei mögliche Werte darzustellen: 0 oder 1. Je mehr Bits Sie haben, desto mehr Daten passen hinein.

In Bezug auf Audio ist 16-Bit mehr als genug, um die Details zu erfassen und später Schallwellen zu rekonstruieren. Aufgrund einiger historischer Technologien, einschließlich früher digitaler Tonbänder und CDs, erhalten wir einen Standard von 16 Bit, 441,1 kHz. Sie werden feststellen, dass es etwas höher ist als die 44 kHz, die wir brauchen, also haben wir alle Teile, die zum Reproduzieren von Audio in hoher Qualität erforderlich sind. Wenn Sie uns nicht glauben, können Sie nachsehen, wie sehr die Aufnahmeindustrie selbst in Panik geraten ist, wenn es um digitales Audio dieser Qualität geht. Wenn die Verbraucher Audio mit solch hohen Standards aufnehmen könnten, befürchteten sie, würde die Piraterie weit verbreitet sein.

Das ist nicht wirklich passiert, aber es ist tatsächlich echtes 16-Bit, 44,1 kHz ist von hervorragender Qualität. Warum also kam es zu Hi-Res, ist es besser und wie funktioniert es?

Hi-Res-Audio sagt Hallo

Als die CD Ende der 1980er und in den 1990er Jahren ihren Siegeszug antrat, repräsentierte sie eine Spitzentechnologie. Es scheint heute trivial, aber die Komponenten und die Rechenleistung, die für die erforderliche Digital-Analog-Wandlung (DAC) in Home-Audio-Produkten benötigt werden, waren einst teuer und komplex. Es spielte jedoch keine große Rolle, da die Preise schnell fielen und die Audioqualität in der Tat hervorragend war.

Die 1990er sahen auch den Aufstieg des MP3-Audiodateiformats, und in den 2000er Jahren bekamen wir iPods und iTunes, und sogar später sorgten Audio-Streaming-Dienste wie Spotify für Furore. Aber als die Rechenleistung billiger und zugänglicher wurde, entstand auch Hi-Res-Audio von Unternehmen wie Deezer, Qobuz, Tidal und anderen. Das ist die Kurzversion dessen, wie wir zu der Medienlandschaft gekommen sind, in der wir uns heute befinden.

Hi-Res-Audio wird auch als „Ultra-HD“-Audio bezeichnet, während 16-Bit-Audio mit 44,1 kHz als „HD“- oder „CD-Qualität“ bezeichnet wird. Hochauflösende Dateien können 24 Bit und Frequenzbereiche von 192 kHz oder mehr erreichen. Was bedeutet das, wenn überhaupt, für Ihr Hörerlebnis?

Höhere Frequenzbereiche spielen keine Rolle

Beginnen wir mit den Frequenzbereichen. Wir wissen, dass das menschliche Gehör bei 20 kHz maximal ist, und der entsprechende Nyquist-Shannon-begrenzte Frequenzbereich ist daher 44 kHz, also sind 16 Bit, 44,1 kHz mehr als genug, um diesen Bereich abzudecken.

Bei 192 kHz könnten wir zum Beispiel auf 96 kHz hochgehen! Aber unsere Ohren können so hohe Frequenzen nicht hören, also bedeutet es am Ende des Tages nicht viel. Selbst wenn Sie diese Frequenzen sowieso perfekt reproduzieren, werden Sie sie nie annähernd hören.

Aber Hi-Res-Audio-Befürworter werden behaupten, dass mehr Samples mehr Datenpunkte bedeuten und weniger „Treppenstufen“ oder „glattere“ Kurven die Ergebnisse sind. Die kurze Antwort darauf ist, dass Nyquist-Shannon bereits perfekt glatte Audiokurven produziert, aber schauen wir uns diese Behauptung etwas genauer an.

Nyquist-Shannon lässt uns bereits sanfte Schallwellen nachbilden.

Ja, ein ADC erzeugt eine Reihe von Zahlen mit endlichen Werten, nicht die sanft abfallenden Kurven, die Sie in einer Schallplatte finden. Der entsprechende DAC erzeugt jedoch nichts wie ein Balkendiagramm oder eine Treppe. Wenn Sie es selbst sehen möchten, schließen Sie den Ausgang von einem an ein Oszilloskop an. Das Ergebnis: sanfte, schöne Schallwellen. Nur der billigste DAC würde eine Eins-zu-Eins-Zuordnung der diskreten Datenpunkte zu bestimmten Klangwerten vornehmen. Im Gegensatz dazu führt jeder handelsübliche DAC die Nyquist-Shannon-Mathematik aus, die erforderlich ist, um die Schallwelle so zu reproduzieren, wie sie aufgenommen wurde. Sie könnten noch mehr Datenpunkte einbeziehen, aber sie landen sowieso auf derselben nachgebildeten Schallkurve. Es wird am Ende des Tages keinen Unterschied machen.

Warum zeigen uns also so viele Hi-Res-Audiodienste Grafiken vermeintlich „besserer“ digitaler Darstellungen? Nun, zum einen ist es großartig für das Marketing. Es hat lange gedauert, alle Nuancen des digitalen Audios oben zu beschreiben. Es ist viel schneller, die Idee von mehr ist mehr zu verkaufen, als die Realität dahinter zu erklären.

Mehr Bits bedeuten nicht mehr Sound

Adam Molina / Android Authority

Fairerweise machen höhere Frequenzbereiche keinen wirklichen Unterschied, aber mehr Bits zur Verfügung zu haben, muss sicherlich gut sein, oder? Ja, aber eigentlich nein. Es ist technisch richtig, dass die Erfassung von mehr Daten pro Sample zu einem breiteren Dynamikbereich führt – der Unterschied zwischen leisen und lauten Tönen in einem bestimmten Track – aber wir müssen das lästige menschliche Ohr noch einmal berücksichtigen.

Wie bereits erwähnt, übertönen lautere Geräusche leisere, so dass selbst wenn eine Datei Daten für Geräusche mit unterschiedlichen Lautstärken enthält, nur die lautesten für unsere Ohren wahrnehmbar sind. Dies gilt umso mehr, wenn sie in der Frequenz nahe beieinander liegen.

Mehr Bits bedeuten in Ihren Ohren nicht viel, selbst wenn Sie die Lautstärke erhöhen.

Was aber, wenn wir die Lautstärke aufdrehen? Da werden sicherlich mehr Bits glänzen, oder? Wir werden die leisen Geräusche verstärken und sie werden es bis zu unseren Ohren schaffen. Außer dass die lauten Geräusche auch lauter werden. Außerdem gibt es eine Grenze dafür, wie laut wir Musik hören können, bevor wir unser Gehör buchstäblich dauerhaft schädigen. Selbst wenn Sie den Regler auf 11 hochgefahren haben, müssen Sie es irgendwie ertragen, eine volle Minute lang so laute Musik zu hören, und perfekte, mikrofonähnliche Ohren haben. Es ist auch Ihr Gehirn, das viel maskiert. Selbst wenn Ihre Ohren beispielsweise das Geräusch der Flügel einer Mücke hören würden, während eine Kanone in einem bestimmten Stück losgeht, würden Sie es am Ende nie bemerken. Und jetzt ist Ihr Gehör ruiniert.

Theoretisch könnte eine 24-Bit-Hi-Res-Datei einen größeren Dynamikbereich haben als eine 16-Bit-Datei, aber Sie werden den Unterschied nie hören.

Ist Hi-Res die hohen Kosten wert?

Trotz aller mathematischen, physikalischen und psychologischen Einschränkungen, die uns zeigen, dass Hi-Res-Audio nicht viel wert ist, warum bieten es immer mehr Streaming-Dienste an? Kurz gesagt, weil sie dafür mehr verlangen können.

Eine etwas fairere Antwort könnte sein, dass Streaming-Dienste seit einiger Zeit zu Recht unter CD-Qualität liegen. Das macht Sinn. Die Art von großen, verlustfreien Dateiformaten, die erforderlich sind, um Audio in CD-Qualität über das Internet zu senden, verbrauchen viel Bandbreite und verbrauchen eine Menge Speicherplatz. Aber da beide billiger werden, ist es einfacher, die Aufgabe zu erfüllen. Warum also nicht behaupten, besser zu sein als CDs, die sowieso alt sind?

Wie wir jedoch oben erkundet haben, ist die CD-Qualität gut genug, und die Plattenindustrie weiß das (und war schon früher deswegen in Panik). Zusammenfassend schadet Hi-Res-Audio nichts – außer vielleicht Ihrem Geldbeutel – aber es hilft nicht gerade.

Kommentare