Samplerate (Hz und kHz), Auflösung (Bit) und Bitrate (kBit/s)

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Weil es immer wieder zu Missverständnissen führt, gibt es heute mal eine kurze Erläuterung zu den wichtigsten Kennzahlen von Musik- und Audiodateien. Diese gelten grundsätzlich für alle unkomprimierten Formate (WAV und AIFF). Auf die Bitrate von komprimierten Formaten wie MP3, WMV und OGG gehe ich weiter unten ebenfalls ein.

Grundwissen: Eine Audiodatei speichert in winzigen Abständen eine Zahl – den Ausschlag oder auch Pegel. Beim Abspielen wird aus dieser Folge von Zahlen wieder der Pegelverlauf berechnet.

Eine Audiodatei kann mehrere Kanäle haben. Verbreitet sind Mono (ein Kanal), Stereo (2 Kanäle) und 5.1 bzw. 7.1 (Surround). Ein Kanal liefert jeweils die Informationen für einen der Lautsprecher und ist ein eigenständiges Audiosignal. Das heißt wir können eine Stereo-Datei aufteilen und in zwei Mono Dateien speichern.

Die Samplerate (Herz) gibt an, wie oft in einer Sekunde der Pegel abgespeichert wird. Eine Angabe von 44.100 Hz (44,1 kHz) bedeutet, dass für eine Sekunde Musik 44.100 Werte gespeichert werden. Übliche Sampleraten sind 44.1 kHz (Musik CD), 48,0 kHz (Film) und 96 kHz (Tonstudio).

Die Auflösung (Bit) gibt an, wie viel Speicher für so einen Sample-Wert genutzt wird. Zum Beispiel 16 Bit (2-hoch-16) erlauben eine Skala von 65.536 Werten für das speichern von jedem Sample-Wert. Wenn wir viel Speicher für einen Wert haben, können wir das Signal also sensibler verarbeiten. Übliche Werte sind 16 Bit (Musik CD) oder 24 Bit bzw. 32 Bit im Studio.

Die Bitrate (kBit/s) wird oft mit der Auflösung verwechselt. Sie steht für die „Bandbreite“ der Audiodatei, also welche Datenmenge in einer Sekunde verarbeitet wird. Für unkomprimierte Formate wie WAV und AIFF berechnet man die Bitrate ganz einfach, indem man die drei Werte von oben multipliziert:

Bitrate = Kanäle x Samplerate x Auflösung

Beispiel:

Eine WAV-Datei in CD-Qualität hat folgende Bitrate:
2 Kanäle x 16 Bit x 44,1 kHz = 1411,2 kBit/s

Die Bitrate für komprimierte Formate (MP3, OGG, WMV, AAC, etc.)

Bei MP3 und anderen komprimierten Formaten, funktioniert diese Formel leider nicht, denn das Signal wird platzsparend verpackt. Der Encoder verkleinert dabei die Bandbreite der Daten auf eine gewünschte Bitrate und versucht in diesem Rahmen die bestmögliche Qualität zu erhalten. Dabei kann die Bitrate konstant sein (CBR Modus) oder variabel (VBR Modus). Eine variable Bitrate macht oft Sinn, wenn das Tonsignal sehr abwechslungsreich ist (z.B. Film oder Hörspiel).

Da man beim Kodieren von MP3 und Co. eine Bitrate oder maximale Bitrate auswählt sind die Kennzahlen von oben für die Dateigröße nicht mehr interessant. Allerdings können wir berechnen, wie viel Speicherplatz beim Komprimieren eingespart wird:

Beispiel:

Eine Musik-CD (1411,2 kBit/s) wird als MP3 mit 320 kBit/s gespeichert.
320 kBit/s ÷ 1411,2 kBit/s = 0,23 (also 23%)
Die Datenmenge wird also um 77% komprimiert.

Länge (Sekunden), Bitrate (kBit/s) und Dateigröße

Diese drei Werte stehen immer in einem Verhältnis zueinander, egal ob es sich um eine komprimierte oder unkomprimierte Datei handelt.

Die Dateigröße (in kBit) = Länge (Sekunden) x Bitrate (kBit/s)

Beispiel:

Ein MP3-Datei mit 320 kBit/s und einer Länge von 3:25 Min. hat folgende Größe:
320 kBit/s x 205 Sek. =65600 Bit
65600 kBit = 8200 kByte = 8,01 MB

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