Le Basi della Compressione Audio Digitale

Abbiamo recentemente parlato di come funziona la conversione da analogico a digitale e spiegato alcuni dei termini base associati ai file audio digitali. In questo articolo, vedremo come diversi algoritmi di compressione audio digitale funzionano per ridurre la dimensione del file in modo che i file possano essere condivisi più facilmente.

Le Basi dell'Audio Digitale

Come abbiamo spiegato precedentemente, campionare una forma d'onda audio analogica a risoluzione qualità CD richiede 44.100 campioni al secondo con una risoluzione di 16 bit per un paio di canali stereo. Questo risulta in un flusso di dati che è 1.411 kilobit al secondo. Per una canzone lunga un minuto, dovresti memorizzare 84.672.000 bit di informazione. Questo è circa 50 megabyte per una canzone di cinque minuti.

Quando memorizziamo l'audio in un formato non compresso, l'informazione nel file non influenza la dimensione del file. Potremmo avere una traccia contenente una registrazione di un'orchestra sinfonica, una traccia di test audio o l'ultima, ultima, ultima performance dei Rolling Stones. La dimensione del file sarà la stessa se la lunghezza della traccia è la stessa.

Compressione Audio Lossless

Ridurre la dimensione del file è sempre stata una preoccupazione quando si tratta di trasmettere un file. Quando avevamo il servizio internet dial-up, ci volevano ore per scaricare una canzone intera in un formato non compresso. I modem acustici avevano una velocità di trasferimento ottimale di circa 300 bit al secondo. I modem analogici ad alta velocità raggiunsero un picco di 48 kilobit al secondo usando algoritmi di compressione dati. Per trasferire audio di alta qualità, ci vorrebbero circa 30 secondi per ogni secondo di musica. Vedi il problema?

Uno dei metodi di compressione file più popolari e conosciuti è zippare un file. Zippare un file analizza il contenuto del file e sostituisce stringhe ripetute di dati con un collegamento a informazioni identiche. Quando unzippi il file, ottieni l'originale indietro senza alcuna modifica.

In termini di formati di compressione audio, i formati lossless più popolari sono Free Lossless Audio Codec (FLAC), Apple Lossless Audio Codec (ALAC) e il formato Monkey's Audio (APE) in un lontano terzo posto.

In termini di compressione, convertire il nostro file audio da 70,69 megabyte in FLAC risulta in una dimensione del file di 37,5 megabyte. Questa è una riduzione di circa il 50% senza perdita di qualità del suono, accuratezza o dettaglio.

Compressione Audio Lossy

Che tu stia cercando di ridurre un file audio o una fotografia, uno dei modi più facili per ridurre la dimensione del file è buttare via alcuni dei dettagli nel file originale. Per i file audio, questo spesso significa limitare l'informazione ad alta frequenza e ridurre il dettaglio o eliminare segnali a basso livello.

Se convertiamo il nostro file audio originale in un file MP3 a 320 kbps, il file si restringe a un incredibile 16,0 megabyte. Lo facciamo buttando fuori informazioni audio che sono difficili da sentire. Per esempio, se c'è un riff di chitarra forte in un canale, l'algoritmo di compressione può ridurre drammaticamente il dettaglio dell'informazione audio a basso livello relativamente nell'altro canale senza molto cambiamento nella qualità percepita della riproduzione. Questo è chiamato codifica audio percettiva perché l'algoritmo specificamente influenza informazioni che sono più difficili da sentire (o percepire).

A un tasso di compressione di 320 kbps, la maggior parte degli ascoltatori non può dire la differenza tra il file originale e la versione compressa. Man mano che la compressione aumenta, le differenze diventano molto più appariscenti. Iniziamo a perdere informazione ad alta frequenza e dettaglio.

Se vogliamo ridurre ulteriormente il file, possiamo convertirlo in un file MP3 a 128 kbps. Il vantaggio dell'estrema compressione dati è che il nostro file audio ora ha una dimensione di 6,59 megabyte. A questa dimensione, la canzone può essere allegata a un'email senza molta preoccupazione per banda o tempo di download su una connessione broadband moderna.

I formati di compressione file lossy più popolari sono MP3 (precedentemente MPEG-1 Audio Layer III o MPEG-2 Audio Layer III), Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC), Advanced Audio Coding (AAC) e Windows Media Audio (WMA).

La Dimensione del File Importa?

Come menzionato, gli algoritmi di compressione audio furono creati per permetterci di trasmettere audio su connessioni a banda limitata. Oggi, l'archiviazione dati è incredibilmente economica. Puoi comprare una chiavetta USB da 128 GB per meno di 25€. Puoi memorizzare circa 400 ore di audio FLAC di alta qualità su una chiavetta da 128 GB. Allo stesso tempo, la velocità della banda internet è al massimo storico. La maggior parte degli smartphone con LTE può scaricare dati a 150 mbps. Questo è più veloce della maggior parte dell'internet ad alta velocità a casa delle persone. Scaricare un file da 37 megabyte su una connessione come quella richiede circa cinque secondi.

A meno che tu non sia limitato in banda, potresti anche scaricare la tua musica in almeno qualità CD FLAC o formato WAV non compresso. In questo modo, ottieni la migliore qualità del suono possibile dal tuo sistema audio. Se hai domande su quante tracce puoi memorizzare su una chiavetta o quali formati di file multimediali digitali sono compatibili con la tua radio auto, visita il tuo rivenditore locale di miglioramenti mobile. Dovrebbero essere in grado di rispondere a qualsiasi domanda tu possa avere.