Cos'è un file MP3?

Non puoi aver parlato di audio e computer negli ultimi 15 anni senza aver sentito parlare di file MP3. File audio MP3 e siti come l'originale Napster iniziarono un cambiamento in dove, come e quando la gente acquisiva musica. Se sei nella fascia più anziana, come molti nell'industria elettronica mobile, compravi CD, cassette e forse vinili in negozio. Computer e Internet cambiarono tutto. Potevi andare online dopo cena e scaricare una copia illegale di una canzone in pochi minuti. Era sbagliato, ma la gente acquisì decine di milioni di brani così.

Negli anni '90 e primi 2000, accedere a Internet era lento. Si connetteva usando linee telefoniche e modem. Ogni byte richiedeva tempo per trasferirsi, quindi qualsiasi cosa velocizzasse il processo era benvenuta. Scaricare (rubare) musica via Internet è dove la popolarità del file audio MP3 trovò la sua vocazione.

Primer su audio digitale

Potremmo scrivere 10 articoli su audio digitale - e potremmo. Per ora, guardiamo le basi e usiamo il compact disc (CD) come riferimento. I CD memorizzano audio digitale campionato a 44,1 kHz con risoluzione 16 bit. Questi numeri significano che ogni campione può avere ampiezza valore singolo in un range di 65.536 livelli (2^16). L'informazione è campionata 44.100 volte al secondo. Campionare a 44,1/16 permette catturare l'udibile (20 Hz - 20 kHz) con buon dettaglio e accuratezza.

Per memorizzare 1 secondo audio a questa risoluzione, servono 1.411.200 bit. Chi ha giocato con software transcodifica può riconoscere 1.411 kbps come data rate standard. Questo numero si calcola: bit per campione (16) x campioni al secondo (44.100) x 2. Il fattore x2 è perché registriamo in stereo - due canali. Una canzone 3 minuti è 254.016.000 bit o 31.752.000 byte.

Arrotondiamo a 31 megabyte. Immagina quanto ci vuole scaricare quello con modem dial-up a 14.400 baud? Almeno 3,5 minuti - senza error checking, rumore linea e altri fattori che rallentano il download reale a ~5,5 minuti.

Compressione dati

E se qualcuno trovasse modo di ridurre la dimensione file audio per velocizzare download e ridurre banda? La clausola: l'audio suona essenzialmente uguale su sistemi base come TV, altoparlanti computer o radio auto anni '90. Nel 1991, un gruppo (Fraunhofer Institute, France Telecom, Philips, TDF, IRT) iniziò a lavorare per ridurre dimensione file mantenendo info rilevanti. Questa è la chiave di come MP3 riduce dimensione.

Il formato MP3 è algoritmo "lossy compression". Lossy significa che info viene buttata per ridurre dimensione. Il team lavorò su metodo compressione chiamato perceptual encoding per decidere cosa rimuovere. Il perceptual encoding si basa su come sentiamo suoni rispetto ad altre info, e limiti del nostro udito.

Cosa buttano fuori i file MP3

Analizziamo l'informazione che MP3 rimuove per ridurre dimensione. Uno dei modi più facili per tagliare info è ridurre la frequenza più alta riprodotta. Analizzando un MP3 128 kbps, vediamo che la frequenza più alta riprodotta è appena sotto 16 kHz. Se fosse l'unica info rimossa, il nostro nuovo bitrate con campioni 16-bit stereo sarebbe ~1.004.800 kbps invece di 1.411.200 kbps per 20,05 kHz.

La parte successiva analizza contenuto comune a entrambi canali. È comune che parti di registrazione siano virtualmente mono. Il processo encoding rimuove info duplicata e aggiunge codice per copiare il canale opposto. Se traccia fosse puramente mono, dimensione dimezzerebbe. Poche tracce sono completamente mono, ma vediamo più risparmio spazio.

Elaborazione successiva guarda info basso livello durante passaggi alta ampiezza. Usiamo esempio: canzone con molto basso e info midrange molto quieta. Processi perceptual encoding come MP3 rimuoveranno questa info basso livello. Questo processo è audio masking. C'è abbastanza info ad altre frequenze per distrarti da ciò che è rimosso.

Puoi sentire la differenza?

Decine - nay, centinaia - di test hanno confrontato MP3 con tracce audio CD-quality. Ci sono differenze? Certamente. Una cosa emerse: come un MP3 è creato è cruciale per qualità sonora soggettiva. Encoder diversi lavorano in modi diversi con risultati diversi.

Forse il modo migliore per descrivere differenza tra registrazione CD-quality e MP3 è guardare la differenza tra i due. Vorremmo condividere campioni per farti ascoltare, ma violerebbe copyright. Cosa possiamo fare è mostrarti visivamente la differenza.

Presi un campione 3 secondi da "Give Life Back to Music" dei Daft Punk. Scelsi questa traccia per lo sforzo cosciente di Daft Punk di rendere versione alta risoluzione commercialmente disponibile. Grazie! Il campione è da 31,5 a 34,5 secondi.

Questo spettrogramma mostra contenuto frequenza del campione. Scala orizzontale è tempo. Verticale è frequenza. Intensità colore mostra ampiezza.

Vedi contenuto frequenza fino a 30 kHz, dimostrando chiaramente natura alta risoluzione. Ogni banda colore verticale rappresenta un beat drum machine - più o meno.

Analisi file MP3 128 kbps

Chiaro che info audio sopra 16 kHz è rimossa. Contenuto infrasonico chiaramente diverso. C'è più info nel MP3 sotto 30 Hz vs originale. Questo aumento si presenterà come range dinamico minore.

MP3 vs File Originale

Abbiamo invertito il file MP3 e aggiunto all'originale per fare l'immagine qui. Il risultato netto è la differenza tra le due tracce. Vedi contenuto alta frequenza rimosso sopra 16 kHz. In effetti, info rimossa a tutte frequenze, e segue pattern intensità file audio.

L'originale ha picco ampiezza -0,1 dB per entrambi canali e ampiezza media ~-14,2 dB. L'info rimossa ha picco -10,9 dB e ampiezza media -37,01. L'info rimossa è sepolta profondamente sotto l'informazione picco.

Come suona l'audio rimosso? Descriveremmo il clip come suono di una banda marziale lontana. L'audio è mostly info alta frequenza. La traccia ha texture decisamente warbled: i beat drum machine sono chiari e presenti, ma suonano come colpi piatti distorti.

Anche con preamp cuffie high-end e cuffie studio grade, la differenza è difficile da percepire switchando tra originale e MP3. In ambiente ascolto con soundstage più ampio, può essere più apparente.

Conclusioni sui file MP3

I puristi diranno che dovresti avere registrazioni massima qualità. Nessuna colpa a questa logica. Perché accontentarsi quando puoi aver tutto? MP3 ad alto bitrate, come 320 kbps, sono eccellenti. Test ripetuti mostrano che creati con algoritmi compressione qualità, la differenza sonora tra registrazione CD-quality e MP3 320 kbps è quasi impossibile da rilevare. Bitrate più bassi iniziano a buttare più info, e differenze diventano maggiori.

Le ultime unità sorgente sul mercato possono riprodurre file WAV e FLAC di grande risoluzione e bit depth. Presto vedremo unità che riproducono MQA su connessioni digitali. Quasi ogni sorgente gestisce MP3 e WMA.

Passa dal tuo rivenditore specialista locale di elettronica mobile oggi, e porta un po' di musica da godere. Pensiamo rimarrai impressionato - qualunque formato scegli.