Так, пока с новой темой не определились, делаю серию статей по отдельным вопросам. Сегодня немного, буквально краем, затронем тему сжатых форматов, с потерей качества и без нее. За основу возьму статью с сайта doctorhead.ru и сопровожу ее своими добавками и комментариями, применительно к автозвуку.
И так, поехали!
У нас есть аналоговый звук, который при цифровой звукозаписи и/или для последующего хранения на компьютере и других электронных носителях информации оцифровывается в аудиофайл — электронный документ, состоящий из информации об амплитуде и частоте звука, с помощью которой впоследствии возможно обратное цифро-аналоговое преобразование и воспроизведение содержащегося в файле звука.
Формат звука зависит от способа квантования аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), распространение получили два вида квантования:
- импульсно-кодовая модуляция (PCM, большинство форматов от MP3 до FLAC)
- сигма-дельта-модуляция (Delta-sigma, формат DSD)
Основными параметрами цифрового звука являются разрядность квантования (бит) и частота дискретизации (кГц/МГц), которые указывают для различных устройств записи и воспроизведения как формат представления цифрового звука, например, 24 бита / 192 кГц.
Существуют аудиоформаты без сжатия (например, WAV, AIFF), но для более удобного хранения/распространения, часто используются кодеки, которые сжимают аудиоданные. Сжатие данных (data compression) производится с целью уменьшения занимаемого файлами объема и основано на устранении избыточности, содержащейся в исходных данных. Есть два типа форматов со сжатием данных:
Lossless — сжатие без потерь (FLAC, ALAC, APE)
Lossy — сжатие с потерями (MP3, Ogg, AAC)
Сжатие без потерь позволяет сделать полное восстановление исходных данных, сжатие с потерями позволяет восстановить данные с определенными искажениями.
Сжатие с потерями обладает значительно большей, чем сжатие без потерь, эффективностью и применяется, когда полное соответствие исходных и восстановленных данных не требуется, а сокращение объема является приоритетным.
Кодированный с потерями файл очень сильно отличаться от оригинала на уровне побайтного сравнения, но для неподготовленного человеческого слуха разница может быть не такой сильной, а иногда даже незаметной. Это достигается за счет того, что методы сжатия с потерями фокусируются на физических особенностях органов чувств человека, например, психоакустическая модель, которая определяет то, как сильно звук может быть сжат без ухудшения воспринимаемого человеком качества. Недостатки, причиненные сжатием с потерями, которые заметны для человеческого слуха, считаются артефактами сжатия.
Примеры распространенных Lossy-форматов:
MP3 — определен спецификацией MPEG-1, пожалуй, все еще самый распространенный формат
Ogg Vorbis — отличается отсутствием патентных ограничений и более высоким качеством при одинаковом с MP3 битрейтом
AAC, AAC+ — существует в нескольких вариантах, определённых спецификациями MPEG-2 и MPEG-4, получил широкое распространение вместе с техникой от Apple
eAAC+ — формат, предлагаемый Sony, как альтернатива AAC и AAC+
WMA — формат, разработанный Microsoft
Dolby AC-3
DTS
Ранее аудиоформаты сжатия без потерь чаще использовались для архивного хранения данных и в случаях, когда искажения недопустимы или нежелательны, а большинство обычных слушателей использовали музыку в сжатых с потерями форматах.
Но объемы памяти электронных устройств неуклонно растут, а цены на нее снижаются, поэтому все больше людей переходят на прослушивание Lossless форматов, позволяющих воспринимать музыку в первозданном виде. Кроме того, поддержка Lossless форматов сегодня появилась практически на всех потребительских устройствах, даже отдельные стриминговые сервисы начинают передавать звук в качестве без потерь, например, представленный в России Deezer или отсутствующий у нас официально Tidal.
Примеры распространенных Lossless-форматов:
Free Lossless Audio Codec — FLAC — самый распространенный свободный формат
ALAC — Apple Lossless Audio Codec — вариант от Apple
Audio Lossless Coding — также известен как MPEG-4 ALS
Direct Stream Transfer — DST
Dolby TrueHD
DTS-HD Master Audio
Meridian Lossless Packing — MLP
Monkey's Audio — Monkey’s Audio APE
WavPack — WavPack lossless
WMA Lossless — Windows Media Lossless
Нужен ли вам Lossless или можно продолжать пользоваться классическими MP3 или AAC? Здесь все не так однозначно. Конечное качество сжатого с потерями файла будет зависеть и от битрейта, и от используемого алгоритма/кодека, тогда как Lossless, вне зависимости от формата, будет соответствовать оригиналу.
Ну и, конечно, чем лучше техника, на которой воспроизводится музыка, тем очевиднее будет преимущество Lossless над Lossy. А учитывая, что объемы памяти продолжают расти, имеет ли смысл экономить на качестве?
С точки зрения автозвука все еще несколько сложнее и неоднозначнее.
Представьте, какой путь проходит сигнал в случае передачи звука с ГУ на усь через межблочник:
Цифровой транспорт - Обработка - ЦАП - усилитель
То есть, мы можем наловить косяков в каждой точке. И чем дешевле устройства, совершающие действия на исходным сигналом, тем больше шансов внести в исходный сигнал искажения.
А представьте что происходит, если мы берем сигнал на проц или процеусь с высокоуровневого выхода, например?
Цифровой транспорт - Обработка - ЦАП - усилитель - обработка уровня - АЦП - обработка - ЦАП - усилитель
А между всем этим еще какие-то провода... Адский ад, не правда ли? В каждой точке мы можем получить искажения.
Какой из этого следует вывод?
Lossless-форматы безусловно хороши, и мы их одобряем. Но если у вас простая система, в которой вы неизбежно наловите искажений звука просто в его тракте, большого смысла использовать FLAC я не вижу. Это не догма, если хотите - используйте на здоровье. Но вряд ли вы услышите большую разницу.
А если учесть, что музыку мы часто случаем еще и в дороге, то тут вообще вопросы вопросов... Шумы дороги, колес, аэродинамики и прочее прочее...
А, есть еще один момент, сложность, динамический диапазон и качество самой музыки. Если вы слушаете сложные жанры с богатым динамическим диапазоном (разница между самыми тихими и самыми громкими звуками), например симфоническую ии камерную музыку, джаз, рок, металл, то форматы без потерь вам весьма необходимы.
Если ваша музыка это рэпчик и ДЫЦ/БЫЦ, то MP3 с битрейтом повыше вам более чем достаточно.