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MP3 - Geschichte und Entwicklung



MP3 ist ein Dateiformat zur Audiokompression. Es ist der Versuch, Musik so zu komprimieren, dass keine für den Menschen hörbaren Verluste entstehen.

In den vergangenen Jahren sind MP3-Musikdateien unverzichtbar geworden. Vor allem das Aufkommen kleiner, mobiler MP3-Player, angefangen mit Apples Ipod, hat dazu geführt, dass mehr und mehr Musik nur noch in digitalisierter Form abgespielt wird. Der CD-Schrank zu Hause dient oft nur noch als Backup-Archiv, während sich die MP3s auf der Festplatte beliebig kategorisieren, zu Abspiellisten zusammenfassen und überall mit hinnehmen lassen. Mit einem MP3-Player kann man heute bequem seine gesamte Musiksammlung in die Hosentasche stecken - vor einigen Jahren ein revolutionärer Gedanke!

Ermöglicht wird diese rasante Entwicklung vor allem durch zwei Faktoren: Das standardisierte, von praktisch allen Abspielgeräten und Softwaretypen erkannte Dateiformat und die hohe Kompressionsrate, die kleine, handliche Dateien erzeugt.



Geschichte

Bereits in den 1970er Jahren versucht eine Forschergruppe an der Universität Erlangen-Nürnberg, die komprimierte Übertragung von Musik über Telefonleitungen zu ermöglichen. Dazu ist es nötig, die Musik zu codieren, also zu digitalisieren. Die Idee liegt auf der Hand, die Tatsache zu nutzen, dass das menschliche Ohr nicht in der Lage ist, alle Aspekte der Musik zu hören, da gewisse Töne sich außerhalb seines Frequenzbereiches befinden. In der Folge werden verschiedene Codierverfahren entwickelt und getestet. 1987 formiert sich eine Forschungsgruppe aus Mitgliedern der Universität Erlangen-Nürnberg und des Fraunhofer Instituts für Integrierte Schaltungen (IIS). Finanziert wird das Projekt von der Europäischen Union mit dem Ziel, geeignete Formate für die Einführung von digitalem Rundfunk zu entwickeln (DAB). In den folgenden Jahren beteiligen sich auch AT&T und Thomson an der Entwicklung eines geeigneten Algorithmus zur Codierung der Musik. 1991 gibt es den ersten MPEG Audio Standard. Im darauffolgenden Jahr kommt es zur Festschreibung des Standards MPEG-1, 1995 folgt die Festlegung auf die Dateiendung .mp3.



Das Prinzip MP3

Grundlage ist die Nutzung der Unzulänglichkeit des menschlichen Hörens. Auf den üblichen Datenträgern wird bis zu diesem Zeitpunkt ungefiltert gespeichert, was aufgenommen wird, unabhängig davon, ob das jemand hört oder nicht. Hier geht es allerdings um eine effektive Nutzung von Speicherplätzen. Nicht nur Töne außerhalb des Hörbereiches können rationalisiert werden, auch bei Wechseln zwischen Laut und Leise sind wir Menschen nicht die raffiniertesten Lauscher - und bei sich wiederholenden Klangsequenzen kann ebenfalls Speicherplatz eingespart werden. MP3 bedeutet allerdings nicht nur Einsparung, sondern auch Flexibilität. Wie hoch die Einsparung ist, entscheidet derjenige, der die Tonsequenz kodiert - will er eine möglichst hohe Qualität, kann er sich für eine Datenrate von bis zu 320 kBit/s entscheiden. Zum Vergleich: gewöhnlich nehmen wir bei einer Datenrate von 160 kBit/s keine Unterschiede zum Original wahr. Bei der Entscheidung für die passende Datenrate kommt es stark auf die Sequenz an, die kodiert wird. Einer Bundestagsrede langt beispielsweise eine recht niedrige Datenrate, Studioaufnahmen eines hundertköpfigen Symphonieorchesters hingegen reicht das nicht.



Der Weg

Bei der Komprimierung der Daten werden verschiedene Verfahren angewendet. Das Stereosignal läuft gewöhnlich über mehrere Kanäle, diese können aneinander gekoppelt werden. Nicht wahrnehmbare Teile werden entfernt. Je niedriger die Datenrate ist, desto weiter nähert sich das Ergebnis dem hörbaren Bereich. Bei zu starker Komprimierung kann es zu vielfältigen Störungen des Hörvergnügens kommen.

MP3 hat sich lange Zeit als wichtigstes Audio-Format in der PC-Welt durchgesetzt. Allerdings ist MP3 sicher nicht der Weisheit letzter Schluss. Zwar ist es offiziell anerkannter (ISO-) Standard - Advanced Audio Coding (AAC) (ebenfalls vom Fraunhofer-Institut) gilt beispielsweise als ein Verfahren, das effektiver ist. Außerdem gibt es immer wieder Versuche, mit noch geringeren Datenraten (weit weniger als 160 kBit/s) annehmbare Lösungen zu finden, allerdings primär auf die Einsparung setzend, als auf eine Lösung, deren Verlust nicht wahrnehmbar ist.



MP3 Surround Sound

Um generelle Qualitätsverluste beim Hören von MP3-Dateien auszugleichen, werden neue Standards entwickelt. Gerade im Bereich anspruchsvoller Musik, die in MP3 kodiert und mit inzwischen sehr ausgereiften Dekodierern und Geräten abgespielt wird, fällt auf, dass die Klangbilder bei weitem nicht den gleichen Anspruch erfüllen wie die Originalaufnahmen. Abhilfe soll neben höheren Bitraten auch neue Formate, zum Beispiel das MP3-Surround-Format vom Fraunhofer Instituts schaffen. MP3 Surround erlaubt die Wiedergabe von Surround-Sound bei geringen Bitraten. Somit wird es möglich, räumlichen Klang auch ohne fünf Lautsprecherboxen, sondern zum Beispiel ausschließlich über einen Kopfhörer zu generieren. Als Basis diente die Überlegung, dass das menschliche Gehirn den räumlichen Klang auch aus (lediglich) zwei Klangquellen - den Ohren - rekonstruieren muss. Man orientiert sich also bei der Entwicklung des Algorithmus an der räumlichen Zuordnung der Klänge im Gehirn. Die neuen Surround-Dateien sind bei gleicher Bitrate nur etwa zehn Prozent größer als herkömmliche MP3-Dateien, dafür aber nur etwa halb so groß wie herkömmlich komprimierte Surround-Formate.

Das neue Format ist zudem vollständig rückwärtskompatibel. MP3 Surround kann zum Beispiel in Internetradios eingesetzt werden, eine Reihe kommerzieller Online-Musikdienste bietet ihr Material in Stereo-MP3 an, was nahtlos zu MP3-Surround erweitert werden kann. Ebenso können Internetradios mit minimalem Mehraufwand statt Stereo- nun Multikanal-Material senden. In beiden Fällen werden Kunden mit herkömmlichen Anlagen keinen Unterschied wahrnehmen, während Hörer mit Hilfe zukünftiger MP3-Surround-Lösungen vom vollen Surround-Sound profitieren.



Anwendung

Musik beispielsweise nimmt nicht nur enorm viel Speicherplatz, auch das Versenden über das Internet wird aufwändiger, je größer die Datei ist. Es gibt - gerade weil das Versenden von Musik im Internet einen zunehmenden Stellenwert erlangt - akuten Handlungsbedarf. Die MP3-Technologie wird für so genannte MP3-Player eingesetzt, der modernen Form des Walkman. Eine tolle Erfindung, allerdings auch nicht ohne Macken. Zwischen den einzelnen Tracks gibt es winzige Pausen, die zum Teil (beispielsweise bei Konzertmitschnitten) etwas stören können. Der Grund für diese Pause liegt in der Technik der Komprimierung - es wird zwischen die komprimierten Dateien ein winziger Moment der Stille eingefügt. Hinzu kommt, dass einige MP3-Player einen ebenfalls winzigen Moment verstreichen lassen, während das folgende Lied gefunden und geladen wird. Für PC-Software gibt es Hilfen: sogenannte Cross-Fader starten das nächste Lied rechtzeitig, bevor das aktuelle beendet ist. LAME, ein Open-Source-Projekt, das sich der Verfeinerung der MP3-Technik widmet, ist auf solche Probleme spezialisiert. Das Verfahren zum lückenlosen Abspielen von MP3s wird Gapless Playback genannt.
Eine der wichtigsten Entwicklungen der letzten Jahre ist aber zweifellos das zunehmend umfassende kommerzielle Angebot. Plattformen wie iTunes bieten große Musikkataloge zum einfachen, bezahlten Download an, die vom Preis in der Regel unter dem Kauf einer normalen CD liegen. Zudem ermöglicht diese Form des Vertriebs den Käufern, einzelne Musikstücke zu erwerben, ohne gleich das ganze Album kaufen zu müssen. Weitere neue Formate sind der Kauf bzw. Download von Abspiellisten, Hörbüchern und Hörspielen.
Auch die Anzahl der oben erwähnten Podcasts explodiert förmlich. Beginnen sie zunächst vorrangig als eine Art Radio aus dem Wohnzimmer, bei denen Privatpersonen ihren eigenen Content aufnehmen und ins Internet laden, existieren mittlerweile zahlreiche professionelle und auch zunehmend kommerzielle Angebote. Viele Medienunternehmen bieten zum Beispiel Zusammenfassungen ihrer jüngsten Ausgabe als Podcast zum kostenpflichtigen Abonnement an. So können sich Hörer bequem im Auto, im Zug oder auf dem Fahrrad auf den neuesten Stand bringen.
Auch Unternehmen nutzen Podcasts - oft in Verbindung mit Blogs - zur Selbstdarstellung, für PR-Zwecke und zur Promotion neuer Produkte. Ermöglicht wird all dies durch das kleine Dateiformat und auch die immer schneller werdenden Breitband-Internetanschlüsse, die auch die Übertragung größerer MP3-Pakete oder das Live-Streaming problemlos zulassen.



Tagging

MP3-Dateien bieten die Möglichkeit, über den Namen des einzelnen Tracks hinaus, weitere Informationen zur Musik zu speichern. Bei MP3 werden dafür sogenannte ID3-Tags eingesetzt, von denen es verschiedene Versionen gibt. Eine, die auf 30 Zeichen pro Datei beschränkt ist, dafür allerdings von den meisten Abspielgeräten und fast jeder Abspielsoftware erkannt wird, eine zweite, die mit vielen Playern nicht kompatibel ist, dafür allerdings wesentlich mehr Informationen verpackt. Die zusätzlichen Informationen können unterschiedliche Zwecke erfüllen - beispielsweise Archivierungshilfen bieten oder ausufernde Informationen zum Künstler, zur Musik oder Geheimnachrichten an die ganze Welt mitliefern. Da Musikarchive auf der Festplatte immer größer werden, häufig nur aus Einzeltiteln bestehen und irgendwann die Übersichtlichkeit leidet, spielen die Tags eine wichtige Rolle, will man den vielen MP3-Dateien Herr werden. Die Abspielsoftware muss daher in der Lage sein, die Tags intelligent zu durchsuchen. Möglich ist es zum Beispiel auch, automatische Wiedergabelisten nach bestimmten Parametern wie dem Interpreten, persönlichen Vorlieben, dem Jahr oder der Häufigkeit der Abspielung zu erstellen - alles Informationen, die wiederum in den Tags gespeichert sind.



Alternative Kodizes und Audio-Formate

Einen sehr interessanten Ansatz pflegt das bereits erwähnte Projekt LAME, inzwischen mit einem eigenen Format. Auf Lösung der bekannten Probleme des MP3-Formates aufbauend, bietet LAME eine ähnliche Kernqualität, den Klang, allerdings mehr Komfort. Aktuelle Versionen von LAME liefern oft bessere Qualität als weniger ausgereifte Encoder für neuere Standards.
Eine Alternative ist das freie, auf MP2 (dem Vorgänger von MP3) basierende, Musepack (früher MPEGPlus), das bei Bitraten über 160 kbit/s wesentlich bessere Qualität bietet als das MP3-Format. Dateien im Musepack-Format haben die Endungen .mpc oder .mp+.
Ebenfalls der MP3 gegenüber überlegen gilt Ogg Vorbis - mit der Endung .ogg. Nicht nur, dass es in Vergleichstests locker gegenüber MP3 gewinnt, das Produkt selbst ist von den Entwicklern zur Weiterbearbeitung freigegeben.

 

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