WAV-Dateien sind ein weit verbreitetes Format zur Speicherung von Audiodaten auf Computern. Sie wurden von Microsoft und IBM entwickelt und basieren auf dem RIFF-Format (Resource Interchange File Format).

Das Dateiformat ist schon etwas in die Jahre gekommen, aber durch seine Flexibilität, Erweiterbarkeit und durch die breite Unterstützung ist es heute immer noch das wichtigste Audio-Format.

In diesem Artikel beschreiben wir zunächst allgemeine Eigenschaften gehen dann aber speziell auf die Belange der Messtechnik ein. Hier ist u.a. der Bezugspegel von zentraler Bedeutung.

Eigenschaften

Unkomprimiert: WAV-Dateien speichern Audiodaten meist in unkomprimierter Form. Das bedeutet, dass die Audioqualität sehr hoch ist, die Dateien aber auch relativ groß sein können.
Komprimiert: WAV-Dateien könen auch als Container für verlustbehaftete Komprimierung dienen (MP3, AAC usw.)
Vielseitig: WAV-Dateien unterstützen verschiedene Audioformate, Abtastraten und Bittiefen.
Kompatibilität: WAV-Dateien werden von den meisten Mediaplayern und Audiobearbeitungsprogrammen unterstützt.
Standard: WAV ist ein weit verbreiteter Standard für Audiodaten, besonders im professionellen Bereich.

Verwendung

Musikproduktion: WAV-Dateien werden oft in der Musikproduktion verwendet, um Audioaufnahmen in hoher Qualität zu speichern.
Audiobearbeitung: WAV-Dateien eignen sich gut für die Audiobearbeitung, da sie unkomprimiert sind und somit keine Qualitätsverluste durch Komprimierung auftreten.
Sounddesign: WAV-Dateien werden auch im Sounddesign verwendet, um Soundeffekte und andere Audioelemente zu speichern.
Videobearbeitung: WAV-Dateien können auch als Audiospur in Videos verwendet werden.

Vorteile

Hohe Audioqualität
Mehrkanalfähig
Vielseitigkeit
Gute Kompatibilität

Nachteile

Große Dateigröße
Weniger geeignet für Streaming oder mobile Geräte
Dateigröße ist auf 2GB begrenzt.

Es gibt viele alternative Audioformate, z. B.:

MP3: Komprimiertes Format, kleinere Dateigröße, aber geringere Audioqualität
AAC: Komprimiertes Format, bessere Audioqualität als MP3 bei gleicher Dateigröße
FLAC: Verlustfreies komprimiertes Format, kleinere Dateigröße bei gleicher Audioqualität wie WAV

Technische Details der .wav Dateien

RIFF-Struktur: WAV-Dateien basieren auf dem RIFF (Resource Interchange File Format), einem Containerformat, das Daten in sogenannten "Chunks" organisiert. Jeder Chunk enthält einen bestimmten Datentyp, z.B. Informationen zum Audioformat, Audiodaten oder Metadaten.
Header: Der Header einer WAV-Datei enthält wichtige Informationen über das Audiomaterial, wie z.B. die Abtastrate, die Bittiefe, die Anzahl der Kanäle und das Audioformat.

Datenformate

WAV-Dateien unterstützen verschiedene Audioformate, darunter:

PCM (Pulse Code Modulation): Das gängigste Format, bei dem die Amplitude des Audiosignals in regelmäßigen Abständen abgetastet und digitalisiert wird.
ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation): Ein komprimiertes Format, das die Dateigröße reduziert, aber auch zu einem gewissen Qualitätsverlust führen kann.
Weitere Formate: WAV-Dateien können auch andere Formate wie z.B. MP3 oder A-law enthalten, obwohl dies weniger üblich ist.

Metadaten

WAV-Dateien können Metadaten wie z.B. den Titel des Songs, den Künstlernamen oder das Album enthalten. Diese Informationen werden jedoch nicht von allen Programmen unterstützt. Speziell in der Messtechnik werden auch oft Kalibrieriniformationen untergebracht.

Das 2GB Limit von WAV Dateien

Wav Dateien stammen noch aus der 16Bit Ära und verwenden in der Datenstruktur 32Bit Zähler. Dadurch ist die Dateigröße auf 2GB begrenzt. Das entspricht -je nach Format - einer Aufnahmedauer von einigen Stunden. Theoretisch kann eine .wav Datei auch 4GB gross sein. Wegen unsauberer Implementierung in einigen Programmen (signed int vs. int) kann das jedoch zu Problemen führen. Heutige Festplatten könnten problemlos viele Monate unkomprimiertes Audio speichern. Gerade für Dauermessungen oder Mehrkanalaufnahmen wird das 2GB Limit zum Flaschenhals. In der Praxis hilft man sich, dass eine praktisch unbegrenzte Aufnahme automatisch in 2GB Dateien aufgeteilt wird.

RF64 WEiterentwicklungen des Wav Formats

Das RF64-Format ist eine Erweiterung des WAV-Formats, das durch 64-Bit Strukturen größere Dateien unterstützt (über 2 GB). Das Format ist international standardisiert (ITU-R BS.2088)

Typische Formate von .Wav Dateien

In der Praxis finden wir am häufigsten das Format Stereo, 16Bit pro Abtastwert bei einer Abtastrate von 44,1kHz. Dieses Format entspricht dem CD-Format und erreicht eine Dynamik von ca. 96dB.

Für die Bearbeitung von Audio reicht die Auflösung nicht. Jeder Mischvorgang für zu einem Verlust an Dynamik. Für die Bearbeitung haben sich 32Bit Fliesskomma etabliert. In Verbindung mit höheren abtastraten z.B129kHz lässt sich Audio für das menschliche Ohr transparent speichern.

NTI XL2

Der NTI XL2 ist eine weit verbreiteter Schallpegelmesser, der auch Audio aufnehmen kann. In der Basisversion wird jedoch nur ein ADPCM-Format unterstützt. Unkomprimiertes Audio kann nur gegen Aufpreis gespeichert werden.

Wav Dateien in der Messtechnik

Wav Dateien zur Speicherung von Aufnahmen werden von nahezu jedem "größeren" Schallpegelmesser unterstützt. Typische hochwertige Messmikrofone einen Dynamikbereich von 15dB bis 142dB. Hier reicht das klassische 16Bit Format nicht mehr aus und man sollte daher mindestens 24Bit pro Abtastwert verwenden.

Kalibrierung von Aufnahmen

Das .wav Format speichert in seiner urprünglichen Form Audio als PCM-Datenstrom. Bezugspunkt ist dabei 0-100% der Aussteuerung des ADC. Ein Format mit CD-Auflösung (16Bit) enthält damit Werte im Bereich von +/-32767. Dies sind alles relative Pegel. Es besteht kein Bezug zu dem absoluten Schallpegel in dB oder Pascal.

Aus einer .wav Datei kann nicht bestimmt werden, wie laut die Aufnahme ist.

Für die reine Wiedergabe von Audio spielt das keine Rolle, da man die Lautstärke sowieso beliebig einstellt.

Für Pegel-Messungen oder Psycho-Akustische Auswertungen ist absolute Pegel jedoch entscheidend.

Wie kann man den Pegelbezug in .wav Dateien unterbringen?

Kalibrierdatei: Eine zweite kurze .wav Datei einhält einen Kalibrierton 1kHz mit z.B. 60dB Schallpegel.
Kalibrieroffset als Faktor im Dateinamen. Das funktioniert, aber keine uns bekannte Software unterstüzt das automatisch. Man muss den Offset von Hand auslesen und in der Software eintragen.
Fliesskomma-Format mit Bezugspunkt z.B. 1Pa. Diese Variante ist nicht standardisiert, da der Bezugspunkt beliebig sein kann. Problematisch ist zudem, dass Abstastwerte größer als 1.0 sein können. Nicht jedes Programm unterstützt dies.
Kalibrieroffset in einem proprietären Datenfeld. Das Wav Format kann zusätzlich zum Audio auch beliebige Daten (Meta-Daten) speichern. Einige Formate sind standardisiert, z.B. Autor. Leider ist der Bezugspegel nicht standardisiert, da hat jeder Hersteller seine eigene Variante. In der Regel dokumentiert der Hersteller diese Erweiterungen. Solche Techniken werden u.a. von NTI und Audio Precision verwendet. Unsere Software Akulap, kann diese Erweiterungen auslesen und man erhält direkt kalibrierte Auswertungen.

Wav Format in der Messtechnik