Não pode ter falado sobre áudio e computadores em qualquer momento nos últimos 15 anos sem ouvir falar de ficheiro MP3. Ficheiros áudio MP3 e sites, como o Napster original, iniciaram mudança em onde, como e quando pessoas adquiriam música. Se está na extremidade mais velha do espetro, como muitos na indústria eletrónica móvel, comprou CDs, cassetes e talvez vinil em loja de discos. Computadores e Internet mudaram isso. Podia ir online após jantar e descarregar cópia ilegal música em minutos. Era errado, mas pessoas adquiriram dezenas de milhões músicas assim.
Nos anos 90 e início 2000, aceder Internet era lento. Começámos ligar Internet usando linhas telefónicas e modems. Cada byte informação levava tempo transferir para computador, então qualquer coisa acelerasse processo era mimo. Descarregar (roubar) música usando Internet onde popularidade ficheiro áudio MP3 encontrou vocação.
Podíamos escrever 10 artigos sobre áudio digital — e talvez escrevamos. Por agora, olhamos básicos e usamos compact disc (CD) como referência. CDs armazenam áudio digital amostrado 44,1 kHz com resolução 16 bits. Estes números significam cada amostra pode ter amplitude que é valor único dentro gama 65.536 níveis diferentes (2^16). Informação amostrada 44.100 vezes segundo. Amostragem 44,1/16 permite captar gama audível áudio (considerada 20 Hz a 20 kHz) com bom detalhe e precisão.
Para armazenar 1 segundo áudio esta resolução, precisamos armazenar 1.411.200 bits informação. Quem brincou com software transcodificação áudio pode reconhecer 1.411 kbps como taxa dados padrão. Este número calculado multiplicando bits por amostra (16) vezes amostras por segundo (44.100) vezes 2. Fator vezes-2 porque gravamos estéreo — dois canais. Música 3 minutos = 254.016.000 bits ou 31.752.000 bytes.
Arredondemos para 32 megabytes informação. Consegue imaginar quanto tempo leva descarregar com modem dial-up 14.400 baud? Resposta pelo menos 3,5 minutos — sem verificação erros, ruído linha e outros fatores que abrandam download real para ~5,5 minutos.
E se alguém encontrasse forma encolher tamanho ficheiro áudio acelerar download e reduzir uso largura banda? Aviso: áudio ainda soa essencialmente igual na maioria sistemas áudio básicos, como TV, colunas computador ou rádio carro fábrica anos 90. Em 1991, grupo empresas, incluindo Fraunhofer Institute, France Telecom, Philips, TDF e IRT, começaram trabalhar forma reduzir tamanho ficheiro mantendo informação relevante. Essa é chave como tamanho ficheiro reduzido com compressão MP3.
Formato ficheiro MP3 é algoritmo "lossy compression" (compressão com perdas). Compressão com perdas significa informação deitada fora para reduzir tamanho. Equipa desenvolvimento trabalhou método compressão chamado perceptual encoding (codificação perceptual) decidir que informação remover. Codificação perceptual baseia-se como ouvimos sons relativos a outra informação, e limites nossa audição.
Vamos analisar informação que ficheiros MP3 removem reduzir tamanho. Uma forma fácil cortar armazenamento informação é reduzir frequência mais alta reproduzida. Se analisarmos ficheiro MP3 128 kbps, vemos frequência mais alta reproduzida logo abaixo 16 kHz. Se fosse só informação removida, novo bitrate com amostras 16-bit estéreo seria ~1.004.800 kbps em vez 1.411.200 kbps para 20,05 kHz.
Próxima parte processo compressão analisa conteúdo comum a ambos canais. Comum partes gravação virtualmente mono. Processo codificação remove informação duplicada ficheiro e adiciona código copiar canal oposto. Se faixa áudio puramente mono, tamanho ficheiro dividido dois. Poucas faixas completamente mono, mas vemos mais poupança espaço deste processo.
Processamento subsequente olha informação baixo nível durante passagens alta amplitude. Usemos exemplo música com muito grave e informação harmónica médio muito quieta. Processos perceptual encoding como MP3 removem esta informação baixo nível da faixa áudio. Este processo chama-se audio masking (mascaramento áudio). Há suficiente informação áudio outras frequências para distrair de ouvir o removido.
Dúzias — não, centenas — testes compararam ficheiros MP3 a faixas áudio qualidade CD. Há diferenças? Certamente há. Uma coisa tornou-se aparente durante investigação: Como ficheiro MP3 criado é crucial para qualidade som subjetiva. Codificadores diferentes funcionam formas diferentes com resultados diferentes.
Talvez melhor forma descrever diferença entre gravação qualidade CD e ficheiro MP3 seja olhar diferença entre dois. Gostaríamos partilhar amostras para ouvir, mas violaria direitos autor. Podemos mostrar visualmente diferença.
Pegámos amostra 3 segundos "Give Life Back to Music" Daft Punk. Escolhemos faixa por esforço claro consciente Daft Punk tornar versão alta resolução álbum comercialmente disponível. Queremos agradecer! Amostra 31,5 a 34,5 segundos música.
Este Espectrograma mostra conteúdo frequência amostra. Escala horizontal tempo. Escala vertical frequência. Intensidade cor mostra amplitude.
Vê conteúdo frequência até 30 kHz, demonstrando claramente natureza alta resolução faixa. Cada banda cor vertical representa batida drum machine — mais ou menos.
Claro que informação áudio acima 16 kHz removida. Conteúdo infra-sónico claramente diferente também. Há mais informação ficheiro MP3 abaixo 30 Hz comparado original. Este aumento informação apresentar-se-á como menos gama dinâmica.
Invertemos ficheiro MP3 e adicionámos à amostra original para criar imagem que vê aqui. Resultado líquido é diferença entre duas faixas. Vê conteúdo alta frequência removido acima 16 kHz. Na verdade, informação removida em todas frequências, e essa informação segue padrão intensidade ficheiro áudio.
Ficheiro original tem amplitude pico -0,1 dB ambos canais e amplitude média ~ -14,2 dB. Informação removida tem nível pico -10,9 dB e amplitude média -37,01. Informação removida enterrada bem abaixo informação amplitude pico.
Como soa áudio removido? Descreveríamos clip como som banda marchar distante. Áudio maioritariamente alta frequência. Faixa tem textura decididamente "warbled" também: batidas drum machine claras e presentes, mas soam como pratos distorcidos.
Mesmo com pré-amplificador auscultadores high-end e auscultadores studio grade, diferença difícil perceber alternando entre faixa original e MP3. Em ambiente audição com palco sonoro maior, pode ser mais aparente.
Puristas dirão que deve ter gravações maior qualidade disponível. Não há falha nesta lógica. Por que poupar quando pode ter tudo? Ficheiros MP3 alta taxa bits, como 320 kbps, por exemplo, são excelente qualidade. Testes repetidos mostram que, criados com algoritmos compressão qualidade, diferença som entre gravação qualidade CD e MP3 320 kbps quase impossível detetar. Taxas bits mais baixas começam descartar mais informação, diferenças tornam-se maiores.
Unidades fonte mais recentes mercado capazes reproduzir ficheiros WAV e FLAC grande resolução e profundidade bits. Breve veremos unidades toquem ficheiros MQA sobre ligações digitais. Quase toda fonte lida MP3 e WMA.
Passe no seu retalhista especialista local eletrónica móvel hoje, traga música para desfrutar. Acreditamos ficará impressionado — não importa formato escolha.
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