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WAV

Allgemeine Informationen

TitelWaveform Audio File Format
KategorieAudioformate
AbkürzungWAV, WAVE, RIFF WAVE
Dateiendung.wav
Mime Typeaudio/wav, audio/x-wav, audio/wave, audio/x-wav u.a.; deprecated: audio/x-pn-wav
Pronom PUID Für audio/wav und audio/wave: fmt/6; fmt/141; fmt/142; fmt/143
VersionLetzte Update 01.06.2017 (Mehrkanal-Audiodaten und WAVE-Dateien) [1]. Vorherige Versionen: Version ohne Nummer (2007, 2001), Revision 3.0 (15.04.1994), Version 1.0 (08.1991) [2].

Beschreibung

WAV (oder Wave) ist ein Containerformat, das zur verlustfreien Speicherung und Wiedergabe von Audiodaten (akustischen Wellen) auf Computern dient. Es basiert auf dem Resource Interchange File Format (RIFF), welches von Microsoft und IBM gemeinsam zur Audiowiedergabe auf Personal Computern entwickelt wurde. [3] Es handelt sich dabei um ein proprietäres Format, für das jedoch eine frei zugängliche Dokumentation zur Verfügung steht und das mit den am weitverbreitetsten Betriebssystemen (Windows, Macintosh und Linux) kompatibel ist. WAV-Dateien enthalten sowohl Rohdaten als auch Metadaten, wie z.B. Abtastrate, Bit-Tiefe (Auflösung) und Kanalanzahl. WAV unterstützt keine id3-Tags (wie z.B. bei MP3), es besteht aber die Option, Metadaten (Künstler, Genre, Archivar etc.) in INFO-Chunks abzulegen [4] [3] [5]. Das Broadcast Wave Format BWF (audio/x-wav) sowie seine Erweiterung BW64, basierend auf der RIFF Extension RF64 [6], verfügen über zusätzliche Metadaten.

Bewertung

Offenheit: 4
Die Spezifikationen für das Wave-Format sind öffentlich verfügbar und können von Entwicklern frei implementiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass Wave-Dateien auf verschiedenen Plattformen und Systemen unterstützt werden [4] [7].

Lizenzfreiheit: 4
Zwar ist WAV ein proprietäres Format, jedoch ist es mit keinerlei Lizenz- und Patentansprüchen belegt. Diese Lizenzfreiheit erleichtert die Verwendung von Wave-Dateien in verschiedenen Anwendungen und Archivierungsszenarien [7].

Verbreitung: 3
WAV ist bereits seit 1991 im Gebrauch und gehört zu den am weitverbreitetsten Audioformaten. Es wird von vielen Audiogeräten, Softwareanwendungen, Betriebssystemen und Archivierungssystemen unterstützt [4]. [2]
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Funktionalitaet: 4
Grundsätzlich ist WAV dazu geeignet, jegliche Arten von Audiodaten zu speichern. Es ermöglicht die Aufzeichnung und Wiedergabe von Audiodaten in hoher Qualität und kann problemlos in andere Audioformate konvertiert werden, ohne signifikante Qualitätsverluste zu erleiden (4). Dateien, die auf RF64 können ebenfalls problemlos konvertiert werden.(8) Sony WAVE64-Dateien ebenfalls, jedoch benötigt es hierzu Drittsoftware.

Implementierung: 4
Es existieren verschiedene, unter anderem auch Open-Source-Implementierungen für das Format. Es gibt zahlreiche Bibliotheken und Tools zur Verarbeitung von Wave-Dateien in verschiedenen Programmiersprachen, was ihre Implementierung erleichtert. Im Falle von Sony WAVE64 ist jedoch Drittsoftware (z.B. Audacity) notwendig.

Speicherdichte: 2
Wave-Dateien haben eine geringe Speicherdichte aufgrund ihrer unkomprimierten Natur. In Situationen mit begrenztem Speicherplatz kann dies ein Nachteil sein. WAV und BWF sind auf 4GB beschränkt. Das erweiterte Sony WAVE64 oder das WAVE RF64 [6] haben diese Grössenbeschränkung nicht.

Verifizierbarkeit: 4
Für WAV existieren mehrere unabhängige Validatoren (JHOVE u.a.). Einige Validatoren decken jedoch oft die 64-Bit WAV-Implementationen oder die BWF-Implementationen nicht ab. Da WAV unkomprimierte Audiodaten speichern, können eventuelle Veränderungen oder Manipulationen an den Audiodaten leichter erkannt werden. Dies ist ein wichtiger Aspekt bei der Archivierung und Langzeitbewahrung von Audioinhalten.

Best Practice: 4
Im Archivbereich spielen digitale Audiodaten heute allgemein eine untergeordnete Rolle. WAV ist hier allerdings das meistverwendete Format. WAV kann in vielen Archivierungsszenarien als Best Practice betrachtet werden, wenn es darum geht, die ursprüngliche Audioqualität zu bewahren und die Verifizierbarkeit der Dateien zu gewährleisten. Dank seiner Einfachheit hat es sich als bevorzugtes Format für Bearbeitung und Archivierung etabliert. Bei verlustbehafteten Aufzeichnungen (z.B. MP3) soll das verlustbehaftete Format beibehalten werden.

Perspektive: 2
Der aktuelle Trend geht in Richtung verlustfrei komprimierender Audioformate wie z.B. FLAC. Mit der Verwendung solcher Formate muss auf die Vorteile von WAV nicht verzichtet werden, und gleichzeitig wird eine hohe Speicherdichte erreicht. Dennoch wird WAV zumindest mittelfristig aufgrund seiner weiten Verbreitung in den Archiven von Bedeutung bleiben.

Formatklasse: A
WAV kann als altbekanntes Format mit grosser Verbreitung gelten.

Analyse

Was ist eine RIFF-Datei, auf dem WAV basiert?
RIFF (Resource Interchange File Format) dient als Containerformat, das häufig zur Speicherung von Multimedia-Daten wie Audio- und Videoinhalten verwendet wird. RIFF wurde ursprünglich von Microsoft entwickelt und ist eine Containerdatei, die verschiedene Arten von Daten in einer hierarchischen Struktur speichern kann. Die Identifizierung des Dateiformats erfolgt anhand der zugehörigen Dateiendung. Beispielsweise basieren Formate wie Audio-Video-Interleaved (.AVI), MIDI-Dateien (.RMI), Farbpaletten-Dateien (.PAL) und das Wellenform-Audiodateiformat (.WAV) alle auf dem RIFF-Standard.
RIFF speichert Daten in mehreren Abschnitten (Chunks), die mit Tags versehen sind, um ihre Identifizierung zu ermöglichen. Da WAV auf dem RIFF-Format aufgebaut ist, verwendet es ebenfalls diese Tagging-Methode für die sogenannte Chunks [9] [10] [2] [3].
Image
Abbildung 1: WAV-Struktur. LIST ist optional; bext nur Teil des BWF-Format. Analysiert mit [3]
PCM und WAV
PCM (Puls-Code-Modulation), erfasst und speichert Audiowellenformen digital und wurde als die erste Kodierungsmethode innerhalb der Wave-Spezifikation implementiert. Auch heute ist sie die meistgenutzte Kodierungsmethode bei Wave-Dateien. Wenn PCM unverarbeitet gespeichert wird, etwa in einem WAV-Container, bezeichnet man es als verlustfreies Audio. LPCM (Linear Pulse Code Modulation) ist eine spezielle Form von PCM, welche auf linearer, gleichmässiger Quantisierung der Audiodaten basiert, was eine herausragende Klang- und Audioqualität gewährleistet [9] [4] [11].
Der WAV-Container kann im Prinzip auch komprimierte Audiodaten (z. B. ADPCM- oder auch MP3-komprimierte Signale) enthalten. Im Archivumfeld wird WAV allerdings praktisch ausschliesslich für unkomprimierte Audiodaten verwendet. Deshalb beschreibt und bewertet der KaD nur den in der Regel benutzten Audiocodec PCM (Pulse Code Modulation), welcher die Speicherung und Wiedergabe von akustischen Signalen in hoher Qualität garantiert. WAV kann mit Sampletiefen von 8, 16 und 24 Bit und Abtastraten von 44.1, 48 bis 96 kHz bei zwei oder vier Kanälen verwendet werden. Bei CD-Stereo-Qualität führt das zu einer Datenmenge von 172,2 kB pro Sekunde.
Theoretisch sind Abtastraten von 1 Hz bis 4.3 GHz, Sampletiefen von 8, 12, 16, 24 oder 32 Bit und maximal 65535 Kanäle möglich, begrenzt nur durch die Leistungsfähigkeit des eingesetzten Analog-Digital-Umsetzers (ADC). Höhere Abtastraten (grösser als 96 kHz) und Sampletiefen (grösser als 24 Bit) bei der Aufnahme erlauben eine höhere Dynamik, erzeugen aber auch eine grössere Datenmenge.
Um die Grössenbegrenzung des WAV-Containers von 4 GB (6.75 Stunden in CD-Qualität) zu umgehen, wurde Sony Wave64 (.w64) und WAVE RF64 (audio/vnd.wave; .wav, .rf64) [2] spezifiziert.
Basis und Weiterentwicklungen

Erweitert vonRIFF, Resource Interchange File Format for Windows 3.1
Erweitert aufWAVE_LPCM, WAVE Audiodateiformat mit LPCM-Audio
Modifizierte VersionenWAVE_BWF_1 und 2, Broadcast WAVE Audiodateiformat
Wave64, W64, Sony Pictures Digital Wave 64
Mögliche BestandteileLPCM, Lineare Pulscode-Modulation Audiokodierung
µ-Law, µ-Law (Mu-Law) Komprimiertes Tonformat
A-Law, A-Law Komprimiertes Tonformat
DPCM, Differential PCM-Tonformat
ADPCM, Adaptive Differential PCM-Tonformat
[1] [3] [7] [11]
Das Format war in der Vergangenheit vor allem als Windows-Standard sehr weit verbreitet. Heute werden hingegen vor allem im Consumer-Bereich mehrheitlich komprimierte Audioformate verwendet (MP3, FLAC und andere). Diese ergeben wesentlich kleinere Dateigrössen und sind dadurch einfacher zu handhaben und vielfältiger zu verwenden, vor allem im mobilen und Web-Kontext. Allerdings kann die Mehrheit der heute gängigen Player-Software-Applikationen WAV-Dateien weiterhin problemlos abspielen.
Aufgrund der bis heute weiten Verbreitung und der fehlenden Komprimierungen ist das WAV-Format zum Datenaustausch zwischen verschiedenen Programmen, Betriebssystemen und Plattformen sehr gut geeignet. Zudem ist es ein ideales Format für Tontechniker*innen, da es sämtliche Originaldaten des Quellmaterials aufbewahrt.

Fazit

Aus archivarischer Sicht kann das WAV-Format bei verlustfreien Audioaufnahmen zur Verwendung empfohlen werden. Das Format ist seit langem in Gebrauch, weit verbreitet und weitgehend von spezifischer Hardware und Betriebssystemen unabhängig. Die Formatspezifikation ist bekannt und nicht durch Lizenz- oder Patentansprüche der Urheberfirmen eingeschränkt. Die Qualität kann den Ansprüchen des jeweiligen Verwendungszwecks bzw. des Archivs angepasst werden. Der Nachteil des Formates liegt eindeutig in der Grösse der Dateien. Zudem ist darauf zu achten, dass die Audiodaten mit Pulse-Code-Modulation (PCM) kodiert, d.h. nicht komprimiert, sind.

Referenzen

Die Spezifikationen zu WAV werden heute von der kanadischen McGill University gehostet
WAVE File Specifications:
https://www-mmsp.ece.mcgill.ca/Documents/AudioFormats/WAVE/WAVE.html
Spezifikation für das RIFF-Format:
IBM Corp., Microsoft Corp. (eds), Multimedia Programming Interface and Data Specifications 1.0, 1991
https://www-mmsp.ece.mcgill.ca/Documents/AudioFormats/WAVE/Docs/riffmci.pdf
Update von 1994:
Microsoft (ed.), New Multimedia Data Types and Data Techniques, 1994
https://www-mmsp.ece.mcgill.ca/Documents/AudioFormats/WAVE/Docs/RIFFNEW.pdf
Update von 2001 (2007, 2001), das eine Erweiterung (extension) des WAVE-Formats beschreibt, welche die Verarbeitung mehrerer Audio-Kanäle ermöglicht:
Multiple Channel Audio Data and WAVE Files,
https://www-mmsp.ece.mcgill.ca/Documents/AudioFormats/WAVE/Docs/multichaudP.pdf

Literatur

[1]Microsoft, «Multiple channel audio data and WAVE files,» 1 06 2017. https://learn.microsoft.com/en-us/previous-versions/windows/hardware/design/dn653308(v=vs.85)?redirectedfrom=MSDN.
[2]M. L. E. M. U. Prof. Peter Kabal, «Wave File Specifications», McGill University, 27 09 2022. https://www-mmsp.ece.mcgill.ca/Documents/AudioFormats/WAVE/WAVE.html.
[3]«Wikipedia, RIFF WAVE,» http://de.wikipedia.org/wiki/RIFF_WAVE.
[4]W. Wäfler, «Was ist eine WAV-Datei? Alles über das .wav Format (movavi.de),» Movavi, 30 10 2023. https://www.movavi.de/learning-portal/wav-file.html.
[5]«.WAV File Meta Data» https://www.robotplanet.dk/audio/wav_meta_data/.
[6]European Broadcasting Union, «RF64: An extended File Format,» 2007.
[7]«Library of Congress, WAVE Audio File Format, Specifications,» https://www.loc.gov/preservation/digital/formats/fdd/fdd000001.shtml#specs.
[8]Wikipedia, «RF64,» 3 2022. https://en.wikipedia.org/wiki/RF64.
[9]E. d. C. Lopo, libsndfile, 2017.
[10]Microsoft Corporation und IBM Corporation , «www.tactilemedia.com,» 1991. http://www.tactilemedia.com/info/MCI_Control_Info.html.
[11]«Inside the RIFF Specification», https://www.drdobbs.com/database/inside-the-riff-specification/184409308.
[12]C. Hwung, «WAV-Dateien: Dateistruktur, Fallanalyse und PCM erklärt,» Digiarty Software, Februar 2023. https://www.videoproc.com/resource/wav-file.htm.

Katalog archivischer Dateiformate Version 7.0, Juni 2024