на что влияет kbps в музыке
Кодирование аудио с потерями. Что к чему?
Внимание: это старая версия статьи, новая доступна на моём сайте.
Эволюция кодирования аудио
На дворе 2011-й год, с момента появления первого MP3 кодировщика прошло уже 17 лет. Но то, что большинство из нас до сих пор спокойно слушает музыку в формате MP3 — вовсе не значит, что прогресс всё это время топтался на месте. И это касается не только развития алгоритма кодирования MP3, но и эволюции кодирования аудио с потерями вообще — в виде новых, более совершенных кодеков, действительно позволяющих получить лучшее качество при меньшем размере. Такие форматы как OGG Vorbis, AAC, WMA, Musepack давно оставили позади устаревший MP3 с его многочисленными ограничениями и недостатками.
Параллельно, всё большие обороты набирает кодирование без потерь (lossless). Но из-за больших объемов данных на сегодняшний день оно всё еще непригодно для полномасштабного использования — особенно для портативных устройств с ограниченным объемом памяти, для потокового вещания в сети, и просто для быстрого обмена музыкой в интернете (надо признать, что не у всех и не всегда под рукой есть 100-мегабитный доступ в интернет).
И так, MP3 устарел, и ему определенно созрела замена. Только как быть пользователю непосвященному, но желающему добиться максимально качественного звучания с минимальными затратами объемов памяти? Ведь альтернативных кодеков довольно много (как минимум 3 из них действительно достойны внимания): Apple продвигает с помощью своего iTunes Store формат AAC (Advanced Audio Coding — позиционируется как преемник MP3), Microsoft — свой собственный лицензируемый WMA (Windows Media Audio), кроме того, всё большую известность приобретает OGG Vorbis, а особо просветленные используют даже такой формат как Musepack. Который из этих кодеков выбрать?
Однозначного ответа на этот вопрос нет — и именно поэтому я пишу сию статью.
Как определиться?
Выбор того или иного кодека зависит от конкретной задачи. А именно:
1. От оборудования и ПО, с помощью которого будет воспроизводиться звук. Т.е. от наличия поддержки того или иного формата аудио, а также качества воспроизведения (им желательно руководствоваться при выборе битрейта).
2. От объема памяти, который будет выделен под конечный материал. Соответственно подбирается больший или меньший целевой битрейт/качество.
Ну и, конечно же, необходимо кроме формата и битрейта подобрать оптимальный кодировщик и параметры кодирования. При этом надо понимать, что различные форматы/кодеры по-разному проявляют себя на разных диапазонах битрейта.
Таким образом, алгоритм примерно следующий:
1) Выяснить, какие форматы поддерживает целевое устройство.
2) Определиться, сколько места вы сможете выделить под аудио материал, а также определить суммарную продолжительность аудио предназначенного для кодирования.
3) Вычислить нужный битрейт по формуле: битрейт = дисковое_пространство(в килобитах) / суммарная_продолжительность(в секундах).
4) В соответствии с битрейтом выбрать из поддерживаемых форматов оптимальный (об этом далее).
5) Подобрать наилучший кодер и параметры к нему.
Подробнее о наших героях
OGG Vorbis
Ogg Vorbis — это относительно новый универсальный формат аудио компрессии, официально вышедший летом 2002 года. Он принадлежит к тому же типу форматов, что и МР3, AAC, VQF и WMA, то есть к форматам компрессии с потерями. Психоакустическая модель, используемая в Ogg Vorbis, по принципам действия близка к МР3 и иже с ними, но и только — математическая обработка и практическая реализация этой модели в корне отличаются, что позволяет авторам объявить свой формат совершенно независимым от всех предшественников.
Главное неоспоримое преимущество формата Ogg Vorbis — это его полная открытость и свободность. Более того, в нем использована новейшая и наиболее качественная психоакустическая модель, из-за чего соотношение битрейт/качество значительно ниже, чем у других форматов. Как результат — качество звука лучше, но размер файла меньше.
В формате имеется большое количество достоинств. Например, формат Ogg Vorbis не ограничивает пользователя только двумя аудио каналами (стерео — левый и правый). Он поддерживает до 225 отдельных каналов с частотой дискретизации до 192kHz и разрядностью до 32bit (чего не позволяет ни один формат сжатия с потерями), поэтому Ogg Vorbis великолепно подходит для кодирования 6-ти канального звука DVD-Audio. К тому же, формат OGG Vorbis — sample accurate. Это гарантирует, что звуковые данные перед кодированием и после декодирования не будут иметь смещений или дополнительных/потерянных сэмплов относительно друг друга. Это легко оценить, когда вы кодируете non-stop музыку (когда один трек постепенно входит в другой) — в итоге сохранится целостность звука.
Возможностью потокового вещания сейчас никого не удивишь, но у этого формата она заложена с самых основ. Это дает формату достаточно полезный побочный эффект — в одном файле можно хранить несколько композиций с собственными тегами. При загрузке такого файла в плеер должны отобразиться все композиции, будто их загрузили из нескольких различных файлов.
Отдельно стоит упомянуть достаточно гибкую систему тегов. Заголовок тегов легко расширяется и позволяет включать тексты любой длины и сложности (например, текст песни), перемежающиеся изображениями (например, фотография обложки альбома). Текстовые теги хранятся в UTF-8, что позволяет писать хоть на всех языках одновременно и исключает возможные проблемы с кодировками. Это значительно удобнее различных ухищрений типа id3 тегов.
Ogg Vorbis по умолчанию использует переменный битрейт, при этом значения последнего не ограничены какими-то жесткими значениями, и он может варьироваться даже на 1kbps. При этом стоит заметить, что форматом жестко не ограничен максимальный битрейт, и при максимальных настройках кодирования он может варьироваться от 400kbps до 700kbps. Такой же гибкостью обладает частота дискретизации — пользователям предоставляется любой выбор в пределах от 2000Hz до 192000Hz.
Ogg Vorbis был разработан сообществом Xiphophorus для того, чтобы заменить все платные запатентованные аудио форматы. Несмотря на то, что это самый молодой формат из всех конкурентов МР3, Ogg Vorbis имеет полную поддержку на всех известных платформах (Windows, PocketPC, Symbian, DOS, Linux, MacOS, FreeBSD, BeOS и др.), а также большое количество аппаратных реализаций. Популярность на сегодняшний день значительно превосходит все альтернативные решения.
Стоит заметить, что Ogg Vorbis является всего лишь небольшой частью мультимедиа проекта Ogg Squish, в который также входят свободные кодировщики: Speex — для сжатия голоса; FLAC — для сжатия звука без потерь; Theora — для сжатия видео.
Musepack
При этом материал должен быть предварительно преобразован в моно и ресемплирован до частоты 22050 Гц (желательно ресемплером SoX). На выходе получим обычное Low Complexity AAC с битрейтом около 25 кбит/с.
Для музыки в этом диапазоне тоже есть варианты:
1) Nero AAC. Тут никаких преобразований не нужно:
На выходе — High Efficiency AAC v2 (с параметрическим стерео и синтезом ВЧ),
35 кбит/с. Прекрасный вариант для какого-нибудь интернет-радио. Только тут надо не забывать, что декодер в плеере должен поддерживать HE-AACv2, иначе получите полное отсутствие ВЧ и монофонию.
2) OGG Vorbis AoTuV — данная модификация libvorbis включает усовершенствование алгоритма кодирования с низкими битрейтами и, даже без технологии SBR, не сильно уступает HE-AACv2. Командная строка:
Полученные таким образом файлы должны быть полностью совместимы со стандартными декодерами OGG Vorbis. Битрейт — аналогичный — около 35 кбит/с.
3) WMA 10 Pro. Для таких случаев у Microsoft тоже есть что-то наподобие SBR (синтез ВЧ), звучит не так плохо, как могло бы. Правда битрейт чуть выходит за рамки — 48 кбит/с.
Учтите, что старые (особенно «железные») декодеры не поддерживают WMA 10. Для такого случая можно использовать WMA 9.2 (кодер тот же), правда, его качество на низких битрейтах значительно хуже.
Низкий битрейт,
Изначально я думал сразу перейти к более высоким скоростям. Но так как совсем недавно на hydrogenaudio.org прошло сравнение кодеров именно на этом битрейте, грех его пропустить.
1) QuickTime AAC — победитель (если не считать новоиспеченный Opus/CELT) того самого теста. Ниже указаны настройки для кодера QAAC:
На выходе имеем HE-AAC (с SBR, но без Parametric Stereo), что должно поддерживаться различными iPod’ами и тому подобным.
2) OGG Vorbis AoTuV — хоть и оказался довольно далеко от QAAC, но всё же:
3) И на всякий случай WMA 10 Pro:
Для старых декодеров — WMA 9 Standard:
Чуть выше,
А этот битрейт я рассматриваю уже из-за Vorbis.
1) Как показали тесты, лучше всего с ним справляется кодер OGG Vorbis AoTuV:
Используемый профиль — HE-AAC.
Стандарт де-факто, 128 кбит/с
Интересный факт: многие утверждают, что для MP3 128 кбит/с — «пограничный битрейт», с которого начинается неотличимое от оригинала качество. Пожалуй, это так… для пластмассовых китайских колонок с блатняком. Реально же этот порог находится где-то около 200 кбит/с, при чем новые форматы дают на этом битрейте более стабильное качество.
Современным кодерам эту планку в 128 кбит/с удалось занизить чуть ли не в два раза (опять же, по заявлениям разработчиков). Но, тем не менее, если у вас более-менее приличная акустика (или наушники), на сложных фрагментах разницу можно уловить и при 128 кбит/с.
Профиль — обычный AAC LC.
Для старых декодеров — WMA 9 Standard:
В этом диапазоне разница межу кодерами Nero, QuickTime AAC и Vorbis практически сходит на нет. Но здесь уже на сцену выходит тот самый Musepack. Как раз на этих битрейтах начинает проявляться его преимущество (за счет необычайно гибкого VBR режима, а также принципиально другого алгоритма сжатия):
Порог прозрачности:
То, о чем я говорил. При этом битрейте практически все кодеры дают прозрачный для большинства слушателей звук. И именно этот диапазон является оптимальным в плане размер/качество.
Кстати, у LAME MP3 в этом районе тоже находится подобный порог (VBR V2), но у этого кодека очень большие проблемы с пре-эхом (искажения предшествующие резким всплескам сигнала), а на слух часто ощущается Noise Shaping (шумы от ошибок квантования таким образом переносятся в высокочастотную область).
У таких же кодеков, как Vorbis, AAC и MPC на этом пороге начинается четкая прорисовка в композициях даже фоновых шумов.
WMA 9 Standard, максимальный битрейт воспринимаемый старыми декодерами:
Разумный максимум:
225 кбит/с повышение битрейта чаще всего уже не дает слышимого прироста качества, а размер файлов, естественно увеличивается. Но всё же, для особенно сложных композиций (и хорошей аппаратуры/ушей) существуют более высокие настройки качества. На этих битрейтах для таких кодеров как Museppack и Vorbis мне даже не удалось найти киллер-семплов (проблемные семплы, на которых явно проявляются недостатки алгоритма кодирования). И так:
Опережая ваши вопросы: да, для некоторых из этих кодеров существуют и более высокие настройки качества, но дальнейшее их повышение уже не имеет никакого смысла. Разве что вам действительно не важен объем занимаемый музыкой памяти, а поддержкой lossless ваше устройство не располагает.
Вот, собственно, и всё, чем я хотел с вами поделиться. Пробуйте, комментируйте, задавайте вопросы.
Разница между mp3 128 kbps, 320 kbps и flac
Добрый день, уважаемые читатели!
А вы когда-нибудь задумывались, что именно теряется при сжатии из lossless в mp3 128 kbps или 320 kbps?
Я проверил и результат показался интересным. В первую очередь предлагаю пройти опрос, чтобы понять для себя слышите ли вообще разницу. Если не уверены, что слышите или уверены, что не слышите, то предлагаю к вашему вниманию простую и изящную идею: надо взять и столкнуть лбом две звуковые волны одна из которых будет находиться в противофазе, соответственно при сведении двух треков будет преимущественно слышно то, что не погасилось. Интересные графики пока не обещаю, но зато вы сможете сами на своей системе услышать какие именно звуки потерялись при сжатии из flac в mp3 128\320 kbps, архив с примерами в конце статьи.
Опрос
Исходные данные
The Black Keys — Everlasting Light (flac, 44100 Hz, 24-Bit, 1613 kbps), ознакомиться можно на Youtube.
Ludovico Einaudi — Drop (flac, 96000 Hz, 24-Bit, 2354 kbps), ознакомиться можно на Яндекс Музыка.
CC Coletti — Rock and Roll (flac, 192000 Hz, 24-Bit, 4845 kbps), ознакомиться можно на Youtube.
Annihilator — Ultra-motion (flac, 44100 Hz, 16-bit, 1022 kbps), ознакомиться можно на Youtube.
Параметры конвертации в mp3
44.1kHz, stereo, 128 kbps или 320 kbps
Описание эксперемента
Исходные файлы режутся на куски длительностью по 10 секунд, каждый из кусочков экспортируется в wav. После импортирования полученных треков в начало каждого добавляется 2 секунды тишины и секундный тоновый сигнал, затем конвертируются в mp3. После импортирования mp3 файлов выясняется, что относительно оригинала, полученный файл «ушел вперед». Это не баг, это фича. Производим синхронизацию относительно заданного тонового сигнала у оригинального (я пробовал для каждого файла mp3 несколько значений, которые впоследствии уточнял до наилучшего результата), избавляемся от тонового сигнала, тишины и полученные треки экспортируем в wav. Теперь осталось инвертировать треки, чтобы получились разнонаправленные пики, и свести с оригиналом.
Результат
57Мб). В данном архиве содержатся треки с звуками, которые потерялись при сжатии.
Статьи
Аудио-кодирование: секреты раскрыты
Настройка аудио для видеозахвата и трансляции.
Как люди, непосредственно связанные с AV сферой, мы постоянно говорим об аудио-кодировании и аудиокодеках, а что же это такое? Аудиокодек – это, по сути, устройство или алгоритм, способный кодировать и декодировать цифровой аудиосигнал.
На практике аудиоволны, которые передаются по воздуху, являются продолжительными аналоговыми сигналами. Сигналы преобразуются в цифровой формат устройством, которое называется аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а устройство обратного преобразования – цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Кодек находится между этими двумя функциями и именно он позволяет откорректировать некоторые важные параметры для успешного захвата, записи и трансляции звукового сигнала: алгоритм кодека, частота дискретизации, разрядность и скорость передачи данных.
Три наиболее популярных аудиокодека: Pulse-Code Modulation ( PCM), MP3 и Advanced Audio Coding ( AAC ). Выбор кодека определяет степень сжатия и качество записи. PCM – кодек, который используется компьютерами, CD-дисками, цифровыми телефонами и иногда SACD-дисками. Источник сигнала для PCM сэмплируется через равные интервалы, и каждый сэмпл представляет собой амплитуду аналогового сигнала в цифровом значении. PCM – это наиболее простой вариант для оцифровки аналогового сигнала.
При наличии правильных параметров этот оцифрованный сигнал может быть полностью реконструирован обратно в аналоговый без каких-либо потерь. Но этот кодек, обеспечивающий практически полную идентичность оригинальному аудио, к сожалению, не очень экономичен, что выражается в очень больших объемах файлов, а такие файлы не подходят для потокового вещания. Мы рекомендуем использовать PCM для записи цифровых образов для ваших источников или когда вы занимаетесь постобработкой аудио.
К счастью, у нас всегда есть возможность выбрать другой кодек, который может сжимать цифровые данные (по сравнению с PCM) на основании некоторых полезных наблюдений о поведении звуковых волн. Но в этом случае приходится идти на компромисс: все альтернативные алгоритмы сопряжены с «потерями», так как невозможно полностью восстановить исходный сигнал, но, тем не менее, результат всё равно хорош настолько, что большинство пользователей не смогут уловить разницу.
MP3 – это формат аудио-кодирования с использованием как раз такого алгоритма сжатия цифровых данных, который позволяет сохранять аудиосигнал в меньшие по объему файлы. Кодек MP3 чаще всего используется пользователями для записи и хранения музыкальных файлов. Мы рекомендуем применять MP3 для трансляций аудио-контента, так как ему требуется меньшая пропускная способность сети.
AAC – это более новый алгоритм кодирования аудиосигнала, ставший «преемником» MP3. AAC стал стандартом для форматов MPEG-2 и MPEG-4. По сути это тоже кодек сжатия цифровых данных, но с меньшей, чем у MP3, потерей качества при кодировании с одинаковыми битрейтами. Мы рекомендуем использовать этот кодек для онлайн трансляций.
Частота дискретизации (кГц, kHz)
Измеряется в герцах (Гц, Hz) или килогерцах (кГц, kHz,) 1 кГц равен 1000 Гц. Например, 44 100 сэмплов в секунду можно обозначить как 44 100 Гц или 44,1 кГц. Выбранная частота дискретизации будет определять максимальную частоту воспроизведения, и, как следует из теоремы Котельникова, для того, чтобы полностью восстановить исходный сигнал, частота дискретизации должна в два раза превышать наибольшую частоту в спектре сигнала.
Как известно, человеческое ухо способно улавливать частоты между 20 Гц и 20 кГц. Учитывая эти параметры и значения, показанные в таблице ниже, можно понять, почему именно частота 44,1 кГц была выбрана в качестве частоты дискретизации для CD и до сих пор считается очень хорошей частотой для записи.
Есть ряд причин для выбора более высокой частоты дискретизации, хотя может показаться, что воспроизводить звук вне диапазона человеческого слуха – пустая трата сил и времени. При этом среднестатистическому слушателю будет вполне достаточно 44,1 – 48 кГц для качественного решения большинства задач.
Разрядность
Наряду с частотой дискретизации есть такое понятие как разрядность или глубина звука. Разрядность – это количество бит цифровой информации для кодирования каждого сэмпла. Проще говоря, разрядность определяет «точность» измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. С минимальной возможной разрядностью есть только два варианта измерения точности звука: 0 для полной тишины и 1 для звучания в полном объеме. Если разрядность равна 8 (16), то при измерении входного сигнала может быть получено 2 8 = 256 (2 16 = 65 536) различных значений.
Разрядность закреплена в кодеке PCM, но для кодеков, которые предполагают сжатие (например, MP3 и AAC) этот параметр рассчитывается при кодировании и может меняться от сэмпла к сэмплу.
Битрейт
битрейт = частота дискретизации × разрядность × каналы
Для таких систем как Epiphan Pearl Mini, которые кодируют линейный PCM 16-бит (разрядность 16), этот расчет может быть использован для определения, сколько дополнительных полос пропускания может потребоваться для PCM аудио. Например, для стерео (два канала) оцифровка сигнала производится с частотой 44,1 кГц на 16-бит, а битрейт при этом рассчитывается таким образом:
44,1 кГц × 16 бит × 2 = 1 411,2 кбит/с
Между тем алгоритмы сжатия аудиосигнала, такие как AAC и MP3, имеют меньшее количество бит для передачи сигнала (в этом и заключается их цель), поэтому они используют небольшие битрейты. Обычно значения находятся в диапазоне от 96 кбит/с до 320 кбит/с. Для этих кодеков чем выше битрейт вы выбираете, тем больше аудио бит вы получаете на сэмпл, и тем выше будет качество звучания.
Частота дискретизации, разрядность и битрейты в реальной жизни.
Аудио CD-диски, одни из первых наиболее популярных изобретений для простых пользователей для хранения цифрового аудио, использовали частоту 44,1 кГц (20 Гц – 20 кГц, диапазон человеческого уха) и разрядность 16-бит. Данные значения были выбраны, чтобы при хорошем качестве звука иметь возможность сохранять как можно больше аудио на диске.
Когда к аудио добавилось видео и появились DVD, а позднее Blu-Ray диски, был создан новый стандарт. Записи для DVD и Blu-Rays обычно используют линейный формат PCM с частотой 48 кГц (стерео) или 96 кГц (звук 5.1 Surround) и разрядность 24. Эти значения были выбраны в качестве идеального варианта, чтобы сохранять аудио с синхронизацией с видео и при этом получать максимально возможное качество с использованием дополнительного доступного дискового пространства.
Наши рекомендации
CD, DVD и Blu-Ray диски преследовали одну цель – дать потребителю высококачественный механизм воспроизведения. Задачей всех разработок было предоставить высокое качество аудио и видео, не заботясь о величине файла (лишь бы он умещался на диск). Такое качество мог обеспечить линейный PCM.
Напротив, у мобильных средств информации и потокового медиа совсем другая цель – использовать максимально низкий битрейт, при этом достаточный для поддержания приемлемого для слушателя качества. Для этой задачи лучше всего подходят алгоритмы сжатия. Теми же принципами вы можете руководствоваться для своих записей.
При записи аудио с видео…
При потоковой передаче аудио с видео…
При потоковой передаче или записи для последующей трансляции можно получить хорошее звучание аудио при меньшей полосе пропускания, используя кодеки AAC или MP3 с частотой 44,1 кГц и битрейт 128 кбит/с или выше. Такие параметры гарантируют, что звук будет достаточно хорош и не скажется на качестве трансляции.
Hi-Fi и High-End техника или энциклопедия звука и видео
ЗВУКОМАНИЯ
Hi-Fi и High-End техника или энциклопедия звука и видео
Что такое битрейт в музыке
Что такое битрейт в музыке
I wanna rock&roll all night или что такое битрейт в музыке?
Битрейт — скорость бита (bit rate). «В каком смысле?», — спросите вы. А вот в прямом. Битрейт — это некая часть передаваемой информации за определенный промежуток времени с определенной скоростью. Указывается он в kbps/s (килобит/сек).
Что такое битрейт в музыке
Битрейт бывает двух типов:
Внутренний — то количество бит, передающееся в секунду;
Внешний — скорость потока данных и его величина для передачи в реальном времени (чтобы смотреть фильм или слушать музыку).
Напомню, что обычно высокий битрейт обозначает лучшее качество, однако, это может зависит от исходного файла.
Как узнать битрейт определенного файла?
Обычно его можно найти прямо в проигрывателе. 
или (если не получается найти в проигрывателе) открыв Свойства (композиции) — Подробно.
А в чем разница-то, давайте разберемся, что такое битрейт в музыке?
Поговаривают, что особой разницы не ощущается. 🙂 На мой взгляд)) (слух), музыку нужно слушать не через колонки за 100 рублей и уж тем более не через динамик ноутбука. С солидным усилителем и колонками все сразу встает на свои места — не звук, а какофония, если битрейт ниже 120 kbps.
Различны битрейты для людей, работающих со звуком. Ну а для домашнего прослушивания подойдет любой битрейт, даже самый низкий. Тут уж, как говорят, на любителя.
Raspberry Pi 4 + клон Зил
Не забывайте сохранять нас в закладках! (CTRL+SHiFT+D)
Подписывайтесь, комментируйте, делитесь в соц.сетях. Желаю удачи в поиске именно своего звука!
На нашем сайте Звукомания есть полезная информация по звуку и видео, которая пригодится для каждого, причем на каждый день, мы обновляем сайт «Звукомания» постоянно и стараемся искать и писать только отличную, проверенную и нужную информацию.
Мобильный Hi-Fi: разбираемся в форматах музыки
Последние несколько лет тема качественного звука «на ходу» актуальна как никогда. Цифровые плееры возвращаются на рынок, технологии DAC, ранее доступные только для дорогих аудиофильских систем, теперь помещаются в карман, а стриминговые сервисы начинают вещание в Hi-Res-качестве. Самое время разобраться, нужны ли вам наушники по цене автомобиля и что на самом деле влияет на качество звука.
История
Первым по-настоящему мобильным плеером стал Sony Walkman в 1979 году. Тогда он произвел революцию в музыке. Сам факт того, что музыка могла играть из кармана, казался фантастикой. Кассетные записи имели достаточно много шумов, пленку могло зажевать, и, чтобы сэкономить заряд, ее можно было забавно перематывать с помощью карандаша. Тем не менее Walkman стал прорывным продуктом, который оставался чрезвычайно успешным в коммерческом плане на протяжении аж 20 лет!
Буквально через несколько лет, в 1983-м, появился Sony Discman, который проигрывал CD — суперсовременный на то время формат, до сих пор не утративший своей актуальности. Звук был намного лучше кассетного, но при каждом сотрясении музыка замирала, так как головка лазерного считывателя не могла удержаться на оптической дорожке. Однако главной проблемой портативных CD-плееров были размеры: эти проигрыватели оказались намного больше кассетных. Следующий формат Sony, который должен был решить проблему размеров, — MiniDisc — c треском провалился.
Первые MP3-плееры появились в конце 90-х годов. Они проигрывали сильно сжатые MP3-файлы, которые с трудом помещались во встроенной памяти на 32 МБ. Настоящую революцию в портативной цифровой музыке совершил Apple iPod, представленный Стивом Джобсом как «1000 песен в вашем кармане». Позже появился и первый по-настоящему популярный магазин, где можно было покупать и скачивать музыку, — iTunes Store.
Следующим этапом развития портативной музыки стали смартфоны и стриминговые сервисы в конце нулевых. А это уже «Более 30 000 000 песен в вашем кармане». Никаких больше покупок сжатой музыки по цене компакт-диска — за небольшую абонплату вы получаете почти всю музыку на планете.
Сейчас
Трендом текущего десятилетия стало качество звука. Люди устали от низкого качества музыки. Продажи виниловых пластинок (!) бьют все рекорды. В 2016 году в Великобритании было продано более 3,2 млн дисков, что на 53% больше, чем в 2015-м, в то время как покупки цифровой музыки упали на 30%.
Из профессиональной звукозаписывающей среды пришли Hi-Res-форматы звукa, которые начали появляться в стриминговых сервисах. Смартфоны научились работать с внешними DAC, которые способны выдавать Hi-End-звук прямо из вашего кармана. В портативные наушники пришли технологии от внутриканальных мониторов, которые используют музыканты во время живых концертов. И наконец, вернулись плееры, но уже не из дешевой пластмассы, а из металла, стекла и с высококачественными аудиопроцессорами внутри. Неплохое время, чтобы быть фанатом музыки!
Портативная Hi-Fi-система
Чтобы получить хороший звук, недостаточно просто воткнуть в смартфон наушники подороже. Конечно, звучание станет лучше по сравнению с теми «затычками», которые идут в комплекте с телефоном, но для по-настоящему хорошего звука понадобится ревизия всей цепочки — от студии звукозаписи до вашего уха.
Файл — это та музыка, которую мы скачиваем или стримим из музыкального сервиса. В первой части этой статьи мы остановимся на музыкальных форматах, рассмотрим преимущества Hi-Res и определимся со стриминговыми сервисами.
Обычный смартфон, выполняя роль музыкального плеера, часто выступает транспортом, DAC (ЦАП, цифро-аналоговый преобразователь) и усилителем. Основная цель производителя телефона — уменьшить его стоимость и энергопотребление, поэтому для аудиотракта выбираются простые дешевые компоненты, которых вполне хватает для копеечных наушников, идущих в комплекте, но они и близко не позволяют раскрыть потенциал хороших наушников.
Хорошая новость в том, что сейчас смартфоны могут выступать только в роли транспорта и позволяют подключать внешние портативные DAC с усилителями — они дают качество звука, ранее доступное только для дорогих стационарных систем. Компактные внутриканальные наушники, в свою очередь, научились воспроизводить звук на уровне продвинутых акустических систем, занимающих половину комнаты, всего за малую часть их цены.
Форматы музыки
Самый популярный цифровой формат записи звука сегодня — это PCM (Pulse Code Modulation). В этом формате музыка записывается и микшируется, производится ее мастеринг. На обычном компакт-диске записан поток PCM 16 бит и 44,1 кГц — эта спецификация называется Red Book. Звук представляет собой колебания воздуха, которые улавливает микрофон десятки и даже сотни тысяч раз в секунду, а записывающее устройство фиксирует уровень громкости для каждого этого момента. 16/44,1 означает, что для уровня громкости используется 16-битное значение (число уровней квантования) и фиксируется оно 44 100 раз в секунду (частота дискретизации).
Значения 16/44,1 были выбраны для CD не случайно. Считается, что человек может воспринимать звуковые частоты от 20 Гц до 20 кГц. Согласно теореме Найквиста, частота дискретизации должна быть вдвое больше максимальной записываемой частоты. Поэтому 44,1 кГц позволяют записывать весь слышимый диапазон звука с небольшим запасом, от 0 до 22 кГц. Динамический диапазон, или разница между самым тихим и самым громким звуком, в случае 16-битной записи составляет около 96 дБ. Этого более чем достаточно для любого типа музыки, особенно учитывая тот факт, что современные записи, как правило, имеют сильную компрессию динамического диапазона и фактически используют лишь малую его часть, чтобы из радио песни звучали «погромче».
PCM-поток может быть упакован в файл в lossless-форматах — таких как WAV, AIFF, m4a (ALAC), FLAC. Внутри всех этих файлов содержится все тот же PCM, только в разной «упаковке». Никакой принципиальной разницы между ними нет, за исключением того, что ALAC и FLAC используют сжатие без потери качества (аналогичное тому, если бы, к примеру, WAV-файл был сжат архиватором Zip). Стереозвук PCM 16/44,1 имеет битрейт 1411 кбит/с, и минута занимает около 10,5 МБ. Самый популярный формат — FLAC — позволяет уменьшить размер несжатого PCM-файла на 40—50% без потери качества.
Когда на смену CD пришли первые flash-плееры, iPod, а затем и мобильные телефоны со стримингом, возникли форматы, использующие сжатие звука с потерями в качестве. Наибольшую популярность получил MP3, затем появились более эффективные AAC, WMA и OGG Vorbis. Формат звука на выходе, как правило, те же 16/44,1 (как в CD), а битрейт сжатой музыки колеблется в диапазоне 96—320 кбит/с, что в 5—15 раз меньше несжатого PCM. Это существенно упрощает загрузку и хранение музыки.
Разумеется, такое сжатие не проходит даром, и качество звука деградирует. Особенно сильно разница между сжатым и несжатым звуком будет заметна на низких битрейтах 96—128 кбит/с. В аудиофильском понимании это просто мусор. Пропадает детализация, теряются высокие частоты, звук становится плоским. Во многих стриминговых сервисах, плей-листах в соцсети «ВКонтакте» это стандартный уровень качества. Помимо битрейта имеет значение также кодек, с помощью которого создавались сжатые файлы, и его настройки.
С максимальным битрейтом для сжатых файлов — 320 кбит/с — ситуация намного лучше. На низкокачественном оборудовании часто бывает сложно почувствовать разницу с CD, но хороший DAC и наушники быстро расставляют все на свои места. Этот тест позволяет самостоятельно попробовать определить, где 128, 320 и lossless-версия песни. Для DAC Chord Mojo, хороших наушников и моего не особо аудиофильского слуха результат получился отличным — уверенные 6 из 6.
Hi-Res Audio
Термин Hi-Res (High Resolution) Audio относится к музыкальным форматам и устройствам, которые могут воспроизводить музыку с качеством «лучше, чем CD» — то есть PCM-поток с битностью более 16 и частотой дискретизации более 44,1 кГц. Впервые Hi-Res появился на дисках SACD (Super Audio CD) и DVD-Audio. Ни один из этих форматов не смог закрепиться на рынке, так как к моменту возникновения этих стандартов музыка начала уходить c физических носителей в интернет.
Но, пожалуй, самой большой проблемой Hi-Res является сомнительное преимущество по сравнению с CD-качеством. Давайте рассмотрим все по порядку.
Возьмем, к примеру, запись 24/88,2. Как вы помните, битность отвечает за динамический диапазон, или попросту за разницу в громкости. В случае 16 бит мы имеем 96 дБ, для 24 бит — 144 дБ. Что это дает? Ровным счетом ничего! Для некоторых типов музыки рабочий динамический диапазон не превышает 12 дБ, в самых сложных случаях (например, при записи произведений симфонического оркестра) можно встретить диапазон около 60 дБ. Кроме того, 144 дБ — это далеко за пределами возможностей систем воспроизведения и человеческого слуха.
Преимущества более высокой частоты дискретизации, например 88,2 или 176,4, не менее туманны. Единственное, на что влияет большая частота дискретизации, это верхняя граница частотного диапазона. 44,1 — это 22 кГц, 88,2 — 44 кГц, 176,4 — 88 кГц. Считается, что предел слуха — это 20 кГц, но, как правило, такие частоты могут слышать только дети, и с возрастом этот порог становится все меньше и меньше. Кроме того что эти частоты невозможно услышать, существует очень мало наушников, которые способны их воспроизвести. Несмотря на то что в спецификациях можно встретить достаточно высокие значения верхнего порога частот, без графика АЧХ они не имеют никакого смысла, так как уровень звука при пороговых значениях может быть крайне мал.
Во время студийной записи, при микшировании и мастеринге обычно используют Hi-Res-форматы, но это обусловлено больше техническими моментами. Например, используя избыточный динамический диапазон, легче исправить ошибки уровня записи. Уменьшается и вероятность того, что звук будет «обрезан». В последующем при обработке звука или компрессии динамического диапазона теряется меньше информации.
Формат DSD (Direct Stream Digital), который можно довольно часто встретить в Hi-Res-среде, пришел с SACD и использует отличный от PCM метод модуляции — дельта-сигма. Желающих подробно вникнуть в тему я бы хотел направить в «Википедию». Этот формат использует однобитное кодирование с частотой дискретизации 2,8224 МГц (DSD64) и более вплоть до DSD512. Максимальный динамический диапазон DSD — 120 дБ (в диапазоне 20—20 000 Гц), верхний диапазон частот достигает 100 кГц. Данный формат нельзя напрямую сравнивать с PCM, но многочисленные слепые тесты показывают, что разницы на слух между ними нет. В любом случае параметры записи будут существенно выше возможностей слуха. DSD не подходит для записи, редактирования и хранения мастер-копий: этот формат используется только для распространения музыки. Из его плюсов можно отметить более простую схему DAC, которая теоретически может повысить качество DAC-преобразования. Но на практике многие плееры и даже чипы DAC первым делом конвертируют все в PCM и работают уже с ним.
На торрент-трекерах можно встретить удивительную вещь — запись виниловых дисков в формате DSD. Сложно придумать нечто более странное. Преимущество записей на виниле заключается в их аналоговой природе и отсутствии DAC-преобразования. Меньше преобразований — меньше ошибок, в результате звук кажется более натуральным, тембр инструментов не искажается, да и вообще все звучит «музыкальнее». Но у винила есть ряд своих недостатков, таких как статические щелчки и пыль на пластинке, искривление от неправильного хранения, деградация записи и звукоснимателя со временем и так далее. Оцифровка пластинки удивительным образом объединяет недостатки аналоговой и цифровой записи: с одной стороны, у нас есть статика, щелчки и не такая хорошая детализация, а с другой — ADC-DAC-преобразование, которое добавляет цифровые недостатки из-за несовершенства DAC, особенно бюджетных. Бинго!
MQA (Master Quality Authenticated) — это очень интересное изобретение британской компании Meridian, которое позволяет сделать Hi-Res-файлы более компактными и в целом улучшить качество ADC- и DAC-преобразований. Кроме того, MQA-файлы имеют «цифровую подпись», которая подтверждает, что качество звука не пострадало по пути из студии к проигрывателю. Слава богу, никаких систем DRM не предусмотрено и файлы можно спокойно копировать куда угодно. MQA представляет собой РСM-поток «CD-качества» 16/44,1, который может быть упакован в любой lossless-формат, такой как FLAC, ALAC или стриминг. Хитрость состоит в том, что Hi-Res-часть, то есть частоты выше 20 кГц, упаковываются под уровень шума основной записи. Это как раз те самые децибелы динамического диапазона, которые не используются и содержат в себе шум.
Во время воспроизведения приложение-проигрыватель или внешний DAC разворачивает файл, и в итоге на выходе получается Hi-Res. Если внешний DAC поддерживает MQA, то ему можно отдать нераспакованный поток, а он самостоятельно сделает из него исходный Hi-Res, заодно исправив некоторые неточности DAC-преобразования. Если поддержки нет, то за распаковку будет отвечать приложение, которое отдаст внешнему DAC уже распакованный Hi-Res-поток.
Проигрыватели без поддержки MQA воспроизведут его как обычный файл, нераспакованная аудиоинформация проиграется вместе с естественным уровнем шума записи. Компания утверждает, что за счет оптимизации ADC качество файла будет даже выше обычного, что звучит не особо правдоподобно. Впрочем, существенного ухудшения качества быть не должно, так как основная аудиоинформация никак не затрагивается.
Есть ли смысл переходить на Hi-Res-музыку?
Это вопрос, на который нет однозначного ответа. Аудиофилы сломали не один десяток клавиатур на профильных форумах. Кто-то однозначно слышит в Hi-Res дополнительную глубину, детализацию, особенно после прогрева своих дорогостоящих серебряных кабелей, уложенных на специальных подставочках (из особой породы дерева) в правильном направлении. Когда дело доходит до слепых тестов — разница колеблется в рамках статистической погрешности. Есть различные теории о том, что ультразвуковые частоты могут каким-то образом влиять на восприятие слышимого диапазона или как-то по-другому восприниматься человеком. Суровые инженеры, в свою очередь, говорят, что при работе усилителя интермодуляционные искажения сигналов из диапазона более 20 кГц могут проникать в слышимый диапазон, ухудшая качество аудиофайла. Ну и очевидный минус — размер альбома в районе 2 ГБ и более «отъедает» приличное количество места на диске, если не используется технология MQA.
Большая часть всех представленных High-Res-релизов имеют мастер-записи в стандартном качестве или даже аналоговые записи на пленке, которые существенно хуже CD по техническим параметрам. Чаще всего это просто копии CD, которым увеличили разрешение. Если у вас есть старая пленочная фотография, то ей не особо поможет увеличение разрешения файла, в который она отсканирована. То же касается увеличенного разрешения уже готовой цифровой фотографии. Но почему тогда некоторые Hi-Res-релизы звучат так хорошо, особенно MQA? Все дело в мастеринге. Если проводить аналогию с фото, то это «ретушь» записи. Инженер, взяв мастер-запись, может убрать шумы, оставить больший динамический диапазон, применить различные фильтры, чтобы улучшить качество. Даже старые записи 50-х — 60-х годов прошлого века начинают звучать местами просто великолепно. Если сравнить такую запись с более старым релизом на CD, то разница будет очевидна, но эта разница в мастеринге, а не формате записи. Поэтому качественный мастеринг намного важнее Hi-Res. В последние годы имя инженера мастеринга можно даже встретить в описании к альбому, так как во времена улучшающегося качества систем воспроизведения музыки его работа становится особенно важна.
Среди записей, которые изначально созданы с учетом Hi-Res, в основном встречаются различные классические концерты и композиции не особо популярных исполнителей. Впрочем, с появлением MQA, который делает Hi-Res доступным для стриминга, ситуация начинает меняться. Из крупных лейблов о поддержке заявили Warner Music Group и Universal Music Group, а Tidal начал стриминг ограниченного числа альбомов в MQA-формате. И нужно отметить, качество звука просто потрясающее.
Стриминговые сервисы
Сегодня каждый уважающий себя IT-гигант имеет свой стриминговый сервис: Apple Music, Google Play Music, Amazon Prime Musiс и даже «Яндекс.Музыка». Все эти сервисы предлагают приблизительно один и тот же каталог со сжатой музыкой. Останавливаться на них подробно нет никакого смысла, так как по большей части они одинаково функциональны и одинаково унылы.
Пожалуй, только два сервиса сейчас заслуживают пристального внимания — Spotify и Tidal. Сразу отметим, что официально они пока не доступны в Беларуси, но путем нехитрых манипуляций со страной там все же можно зарегистрироваться и потом совершенно спокойно слушать музыку без каких-либо региональных ограничений. В случае со Spotify есть нюансы с оплатой, но Tidal без проблем принимает местные карточки.
Spotify родом из Швеции, и на сегодня это самый крупный и продвинутый музыкальный сервис. У него самая большая музыкальная база, где можно найти даже Макса Коржа и группу «Ляпис Трубецкой». Функция Spotify Connect позволяет с легкостью проигрывать музыку на совместимых устройствах вроде Wi-Fi-колонок, когда колонка сама «тянет» музыку из сети, а телефон используется как пульт управления. Но самое главное преимущество перед конкурентами — это рекомендации, динамические плей-листы и возможность слушать плей-листы друзей. Рекомендации работают настолько хорошо, что со временем начинаешь слушать все больше новых треков. Фактически это новый способ потребления музыки, за которым будущее. Но у Spotify есть одна проблема — качество. На сегодня это OGG Vorbis 320 кбит/с. Для Wi-Fi-колонки, которая стоит на кухне, этого вполне достаточно, но для качественной техники — уже нет.