Сохранить и прочитать потом —
Вместе с виниловыми пластинками и компакт-дисками наша фонотека всё чаще пополняется музыкальными файлами в МР3 и Flac. Многие считают эти два формата непримиримыми врагами, а кто-то уверен, что разница между ними невелика. Так ли это?
Пицца. Испечённая в настоящей дровяной печи, с лёгким запахом дымка, неповторимым вкусом двух сыров, сплавленных в единое целое. Этот ароматный хлебный блин, хрустящий по краям. Эта невероятно душистая начинка, одновременно играющая несколькими вкусами и запахами. Это праздник вкуса и сытности. Иногда так хочется пиццы, что берёшь обычный магазинный хлеб, тонко режешь, кладёшь сверху мелко порезанную ветчину, покрываешь сыром. И ставишь на пару минут в микроволновку. Конечно, этим можно наесться, но не будет того восторга, какой присутствует при поедании пиццы, приготовленной мастером.
Нет-нет, мы не собираемся печь фирменную пиццу или открывать итальянский ресторанчик. Этим наглядным примером мы показываем разницу между сжатым и несжатым форматами звука.
Что такое mp3
MP3 придуман не только для того, чтобы резать качество. Его разработкой занималось Общество Фраунхгофера — объединение институтов прикладных исследований Германии. Они же позже придумали AAC, который мог бы стать главным форматом сжатого звука… Но не получилось.
А Вы знали, что MP3 бывает с переменным (VBR) и постоянным битрейтом (CBR)? Постоянный битрейт, ввиду работы алгоритма, кодируется каждый раз как в первый. Поэтому может выдавать неровное качество, а это значит – не всякий звук в таком раскладе будет качественно записан.
Поскольку MP3 появился довольно давно, он обладает массой ограничений. Разрядность — 16–24 бита. Частота дискретизации представлена следующим набором вариантов: 8; 11,025; 12; 16; 22,05; 24; 32; 44,1; 48. Максимальный битрейт не превышает 320 кбит/с. Максимальное число каналов — 2. Но мы все-таки о музыке говорим, мультиканальные записи еще поискать надо.
А таперь давайте посмотрим, как кодируется MP3. На иллюстрации — частотно-временное распределение звука. Одна и та же запись: Audio CD, OGG-файл, хорошо закодированный MP3. Что наблюдаем — куски справа и слева совпадают практически полностью. Значит, MP3 файл звучит практически так же, как оригинальная запись на компакт-диске.
FLAC
С этим форматом постараюсь быть более кратким, чтобы не отнимать много вашего времени. Итак, аббревиатура расшифровывается как «Free Lossless Audio Codec», что в переводе — «бесплатный аудиокодек для сжатия без потерь (lossless)». Теперь вы понимаете, почему требовательные слушатели отдают ему предпочтение.
Так как данные при конвертации не теряются, то файлы с расширением FLAC весят больше, чем MP3. Давайте сравним. Допустим, оригинальный трек в формате WAV весит 60 МБ с битрейтом 1400 кБ/с.; при конвертации в МП3 его объём может сократиться в 4, 8, 12 и более раз, а в случае с FLAC — всего в 2 раза. Сей формат появился всего через 6 лет после своего конкурента, но за это время возможности скачивания и хранения данные значительно улучшились, то есть спрос родил предложение. В настоящее время и подавно с этим не возникает проблем.
Зачем нужен lossy, когда есть lossless?
Это резонный вопрос, на который я отвечу так:
- Во-первых, не всегда есть возможность для хранения объёмных данных. Например, мобильные устройства всё же ограничены в дисковом пространстве, поэтому в целях его экономии лучше использовать MP3. Более того, если слушать через динамик смартфона, вы вряд ли почувствуете какую-то разницу.
- Во-вторых, есть устройства, которые не поддерживают FLAC, например, некоторые модели телевизоров. Кстати, Apple добавила поддержку этого формата только в прошлом году, начиная с iOS 11. То же самое касается браузеров Chrome и Mozilla.
Человеческий слух и его пределы — психоакустика
Дело в том, что основная задача Общества Фраунхгофера — разработка психоакустических моделей человеческого восприятия звука. И здесь есть много тонкостей. Главная — мы не дельфины.
Во-вторых, существуют определенные ограничения на количество одновременно воспринимаемых звуков. Человек одновременно способен слышать не более 250 звуков из 24 диапазонов (причем, количество одновременных звуков в диапазоне так же довольно мало).
В-третьих, слышимый диапазон составляет от 16 Гц до 20 кГц и к 60 годам снижается почти в два раза. В идеальном случае и при тренировках (да-да, его необходимо тренировать!).
Все частоты ниже 100 Гц воспринимается не слуховыми клетками, а… кожей. Потом низкие волны переотражаются в слуховом канале – эти волны и воспринимаются как инфрабас. (Это из области костной проводимости.)
Более того — число регистрирующих акустические волны клеток у каждого различно. Да что там — у каждого отдельно взятого человека их число в правом и левом ухе отличается.
Кстати, и восприятие каждым ухом различается. Поменяйте местами каналы в любимой композиции — получите новое звучание.
Если копнуть глубже, оказывается, что каждая частота звука воспринимается только при определённой громкости. При её достижении, тишина сменяется резким и достаточно отчётливым звуком. После человек может слышать и более тихий звук этой частоты.
Другое интересное свойство слуха — чем меньше уровень громкости, тем меньше его разрешающая способность, меньше число воспринимаемых звуков. При снижении громкости лучше воспринимаются высокие частоты, при увеличении — низкие. И они не дополняют, а сменяют друг друга.
Человек не воспринимает некоторые звуки, концентрируя внимание на других. Обратите внимание — отчетливо, осознаваемо слышен обычно один инструмент, или вокал. Все прочее превращается в фон или единое созвучие. И на чем бы мы не концентрировались в композиции, увеличить число воспринимаемых основных звуков нам не под силу.
Приложение Medieval CUE Splitter
Но давайте предположим, что таких знаний у вас нет, или вы просто не хотите тратить на все эти действия драгоценное время. Как разбить CUE-файл на треки FLAC быстро и качественно? В данной ситуации проще всего воспользоваться небольшим приложением Medieval CUE Splitter.
В установленной программе необходимо всего лишь открыть карту треков (сам файл CUE обязательно должен находиться в одном каталоге с объектами FLAC или APE), после чего можно сразу же нажать кнопку нарезки. Если есть необходимость, можете немного поэкспериментировать с настройками и указать, скажем, в каких именно форматах будут сохраняться нарезанные дорожки, какая кодировка будет использоваться в тэгах и т. д.
Как создается mp3
Все эти данные, полученные при экспериментальных исследованиях, сведены воедино и представлены в виде идеальной модели человеческого слуха. Именно на нее ориентирован стандарт MP3.
Все, что человек однозначно не слышит — обрезается сразу. Дальнейшая обработка ухудшает звучание в соответствии с пониманием этой модели.
Благодаря большой проведённой работе современные психоакустические модели достаточно точно оценивают человеческий слух и не стоят на месте.
На деле, несмотря на заверения любителей музыки, музыкантов и аудиофилов, для среднестатистического, нетренированного слуха MP3 в максимальном качестве обладает практически предельными параметрами.
Исключения есть, их не может не быть. Но они не всегда легко заметны при слепом прослушивании. И следуют они уже не из механизмов работы слуха, а из алгоритмов обработки звуковой информации мозгом.
И здесь играют роль только личностные факторы. Всё это и объясняет, почему мы любим разные модели наушников и почему численные характеристики аудио не могут однозначно определить качество звука.
Домашний Hi-Fi.
Здесь всё гораздо прозаичнее. Отличить качественную фонограмму от некачественной можно на любом современном компоненте аудиосистемы. Причем, чем дороже система, тем более ярко выраженными и неприятными будут звуковые артефакты, присущие сжатым с потерями композициям. И тем ярче, выразительнее будет исполнение при воспроизведении файлов со сжатием без потерь. Если вы легко и сразу замечаете разницу между воспроизведением Flac и MP3, то компоненты домашней системы у вас хорошие. Ещё одним камнем преткновения, не позволяющим ощутить её, является проигрыватель. Файлы можно воспроизводить, напрямую подключив жёсткий диск с ними к дисковому или мультимедийному плеерам, а также к ряду ресиверов и усилителей, оборудованных встроенным USB-медиапроигрывателем. Как правило, в низкокачественном аппарате экономят на всём, поэтому элементная база там подвергается всевозможным помехам от рядом работающих блоков, а цифро-аналоговый преобразователь обрабатывает поток не на самом высоком уровне, допуская массу ошибок. Всё это сказывается на итоговом аналоговом сигнале, который после всего этого уже невозможно восстановить. Как если бы вы закрыли свои колонки полотенцем или подушкой. Кто знает, какой был бы сигнал без неё? А значит, мы опять приходим к тому, что отличить МР3 и Flac на такой системе будет невозможно. Выход? Использовать в своей домашней Hi-Fi системы только качественные компоненты – от источника и усилителя до акустики и даже кабелей.
То, что сейчас практически вся музыка хранится дома в качестве файлов, которые можно послушать либо на домашней системе, либо взять с собой и послушать в пути, в отпуске, на занятиях или где-то ещё, это отлично. Это прогресс, с которым надо считаться. Однако, не стоит забывать о том, что от музыки мы в первую очередь получаем удовольствие. Как и от хорошей пиццы. И не советуем вам отказывать себе в этих удовольствиях. Они – это показатель качества жизни и источник нашего позитивного настроения и положительных эмоций.
Эту статью прочитали 187 160 раз
Статья входит в разделы:
Интересное о звуке
В MP3 умещается все: качество аналоговых записей
Настойчивость аудиофилов, требующих FLAC, стоит просеивать через еще одно серьезное сито. Большая часть аналоговых записей не содержит достаточного количества информации для losseless-форматов.
Все компакт-диски записаны с частотой дискретизации 44,1 кГц и квантованием 16 бит. Откуда здесь возьмутся 192 кГц и 24/32 бита, которые используются при кодировании во FLAC? Их же нет, это пустышка!
Вы возразите, что для аналогового звука эти параметры выше… Но для аудиокассеты и магнитной ленты (если, конечно, это не японский мастер-тейп) характеристики AudioCD НЕДОСТИЖИМЫ. Для массового студийного оборудования возможность записи аналогового звука, соответствующего AudioCD, появилась относительно недавно.
Поэтому нет смысла оцифровывать с бешеным качеством запись из доцифровой эпохи, в особенности сделанные на магнитных носителях. Они не содержат тех спектров и того количества информации, которые могут хранить контейнеры без сжатия.
Мобильные устройства.
Для меломанов, предпочитающих прослушивание музыки на мобильных устройствах, разницы практически не будет. Современные смартфоны за редким исключениям оснащаются не самым качественным аудиотрактом. Тем более, если использовать штатные наушники-вкладыши или Bluetooth-колонку. В обоих случаях пропускная способность аудиотракта невелика, поэтому все записи будут бедны на микронюансы записи и динамику. Но! Производители постепенно изменяют эту ситуацию. Например, корейская компания LG наладила выпуск смартфона V20 со встроенным модулем Hi-Fi Quad DAC, имеющим декодеры для воспроизведения всех популярных аудиоформатов, в том числе аудиофильских и профессиональных. В комплекте со смартфоном поставляются высококачественные наушники Bang & Olufsen. Вот на этом устройстве разница между MP3 и Flac слышна достаточно хорошо. В остальных случаях меломану, желающему слушать музыку со своего телефона, пока что стоит присмотреться к внешнему специализированному ЦАП и наушникам. Например, линейка портативных усилителей для наушников FiiO со встроенным ЦАП вполне способна передать все нюансы записи во Flac, если её использовать вместе с хорошими накладными наушниками. Кстати, подойдут даже «вкладыши», но только не дешёвые, продающиеся на каждом углу, а произведённые серьёзными аудиобрендами.
Альтернатива? Да, возможна. Это не многофункциональное устройство, а высококачественный портативный аудиоплеер. В таком аппарате, как правило, установлен качественный цифро-аналоговый преобразователь, а в аудиотракте используются отборные компоненты. И вся конструкция подчинена одной цели – высококачественному воспроизведению звука. Поэтому, кроме, собственно говоря, музыкального плеера, в корпусе нет ничего, что бы помешало отличить Flac от МР3.
Методика тестирования
3.1 Кодирование
После подготовки дело остается за малым. Первый этап тестирования выглядит следующим образом:
- Закрыть в диспетчере задач все процессы, кроме необходимых.
- Запустить foobar2000 и установить для процесса foobar2000.exe максимальный приоритет.
- Добавить в плейлист файл Z:Image.wav
- Выделив файл в плейлисте, нажать кнопку конвертации, загрузить первый профиль конвертера и запустить процесс кодирования.
- По окончании конвертирования записать время и скорость кодирования (в виде N*realtime) из консоли плеера.
- Выполнить то же самое с использованием каждого из 9-ти профилей конвертера. Полученные файлы добавить в плейлист.
- Записать размер сжатого файла, степень сжатия (в %) и FBR (см. ниже) для каждого кодера.
После выполнения кодирования я получил следующий результат:
В плейлисте отображается имя файла, кодек, FBR (file-based bitrate = размер файла/продолжительность), степень сжатия в % и размер файла в мебибайтах.
3.2 Верификация
Сжатый файл должен нести все необходимые для восстановления исходного потока данные. Для проверки достоверности я произвел сравнение всех полученных файлов с исходным с помощью плагина Binary Comparator. Для того чтобы провести такое сравнение, надо выделить несжатый и тестируемый сжатый файлы в плейлисте, в контекстном меню выбрать Utilities->Bit-Compare Tracks
.
Для всех форматов, кроме LA, результат был положительным (No differences in decoded data found).
В случае с LA плеер закрывался с ошибкой. По этой причине, декодирование файла Image.la пришлось производить с помощью консольного кодера/декодера la.exe и библиотеки la-core.dll (которые использовались для кодирования). Полученный таким образом несжатый поток оказался идентичным исходному. Из этого можно сделать заключение, что декодер LA в foobar2000 работает некорректно, но при кодировании кодер информации не теряет и её можно восстановить.
3.3 Декодирование
Скорость декодирования оценивалась с помощью плагина Decoding Speed test. Декодирование происходило с высоким приоритетом, в 5-10 проходов. Буферизация в память отключена (файлы и так физически находятся в ОЗУ), количество потоков установлено в 1 (в стандартных условиях декодирование происходит именно в один поток). Окно плагина изображено ниже.
Для каждого кодера записывалось среднее время и скорость декодирования.
Примечание: для формата LA декодирование выполнялось через консоль (см. «Верификация»).
Подсказки
Настала пора дать подсказки к каждому треку – на что обращать внимание при прослушивании. Наш музыкальный автор Дмитрий Бардаш делится секретами:
KATY PERRY ‘Dark Horse – очень хорошо слышно по линии баса.
JAY Z ‘Tom Ford’ – тут по панорамной картинке слышно, секунде на 5-ой, когда томы начинают разворачиваться.
COLDPLAY ‘Speed of Sound’ – перемотай на 2/3 и услышишь как усекаются верхние частоты его голоса в низком качестве.
MURRAY PERAHIA & THE ENGLISH CHAMBER ORCHESTRA Mozart: Piano Concerto No. 17, K. 453 (II. Andante) – тут внимательно нужно слушать фортепиано. Оно -индикатор.
NEIL YOUNG ‘There’s A World’ – партия вступающего оркестра ближе к концу записи.
SUZANNE VEGA ‘Tom’s Diner’ – момент, где голос приобретает эхо.
