Форматы аудио: от грампластинки к MP3

Каждый год появляются новые форматы аудио файлов, но ни один плеер на рынке не поддерживает воспроизведение всех форматов.
Фактически, термин MP3-плеер, корректно употреблять только для плееров, поддерживающих формат MP3. Давайте разберемся, что есть что в аудио форматах…

Запись звука в «цифре»

По своей природе звук — колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн. После того как стало понятно, что звук представляет собой такие колебания, появилась мысль записать их, повторив форму на твёрдом материале.

Так, в 1877 году Томас Эдисон создал фонограф — прибор для механической записи и воспроизведения звука. А в 1888 году немец Э. Берлинер изобрёл граммофон — началась эра граммофонных пластинок, которые стали первыми массовыми носителями аудиоинформации.

Изучив законы электромагнетизма, человек поставил удачные опыты по преобразованию звуковых колебаний в электромагнитные и сохранению их. Так появилась магнитная лента, получившая широкое распространение в середине ХХ столетия.

Изобретатель Томас Эдисон и его звукозаписывающее детище — фонограф

Для того чтобы цифровая техника могла хранить, обрабатывать и воспроизводить звук, его преобразовывают в цифровой вид с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), который превращает аналоговый сигнал в последовательность чисел. Это называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКП, или по-англйски PCM).

Происходит это так: АЦП много раз в секунду производит измерение амплитуды аналогового сигнала и выдает результаты в виде чисел. При этом результат измерений не является точным соответствием непрерывного электрического сигнала: это зависит от количества измерений и их точности.

Частота, с которой производятся измерения, называется частотой дискретизации, а точность измерений амплитуды указывает число бит, использующихся для показаний результата измерений. Этот параметр называется разрядностью. Например, если частота дискретизации равна 44,1 кГц, это означает, что сигнал измеряется в течении секунды 44 100 раз.

Для того, чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его отсчётам, частота дискредитации должна быть больше максимальной звуковой частоты в два раза. То есть, если аналоговый сигнал содержит частотные компоненты от 0 Гц до 20 Гц, то частота его дискредитации должна составлять не меньше 40 кГц.

Форматы цифрового аудио

Разумеется, для того чтобы оцифрованный звук можно было хранить, передавать и преобразовывать, должны существовать определённые стандарты цифрового звука — аудиоформаты. На сегодняшний день существует множество таких форматов, каждый из которых использует свой алгоритм обработки звука. Различаются они и носителями информации.

Наиболее популярными и распространенными на сегодняшний день в сфере домашнего использования являются обычные музыкальные компакт-диски — CD. Также появились относительно новые форматы записи Super Audio Compact Disk (SACD) и DVD-Audio (или просто DVD-A). Кроме того, огромное распространение получили форматы, использующие сжатие цифровых данных.

Самый популярный среди них — MPEG-1/2/2.5 Layer 3 (MP3). Не осталась в стороне от звуковой индустрии и компания Microsoft, разработав свой алгоритм сжатия — WMA, который также активно продвигается на рынке.

С переходом к цифровой музыке исчезнет необходимость в физических носителях. Каждый год появляются новые форматы аудио файлов, но ни один плеер на рынке не поддерживает воспроизведение всех форматов.

Фактически, термин MP3-плеер, корректно употреблять только для плееров, поддерживающих формат MP3. Давайте разберемся, что есть что в аудио форматах.

Прежде чем рассмотреть различные форматы аудио файлов (кодеки), рассмотрим некоторые термины.

Битрейт

Битрейт – это пространство, необходимое 1 секунде музыки. При битрейте 128 кбит/с (килобит в секунду) = 16 кбайт/с (килобайт в секунду), для 5 минут музыки необходимо около 5 мегабайт.

Чем выше битрейт, тем выше качество музыки. Но это при условии, что битрейт исходного формата выше, чем битрейт кодированного формата. При сжатии компакт-диска в MP3 с битрейтом 320 кбит/с, получается звук с лучшим качеством, чем с битрейтом 128 кбит/с, но конвертирование 128 кбит/с в 320 кбит/с не даст повышение качества, а даже может ухудшить его.

Часто битрейт в 128 кбит/с выдают за CD-качество, но в действительности это не так. Если у вас достаточно качественная аппаратура, вы это сразу услышите. Производители любят давать оценку числа песен, входящих на плеер с очень низким битрейтом, а очень многие потребители не знают, что аудио файлы различаются по размеру. Поэтому не стоит доверять числам в рекламе, в реальности на плеер может поместиться гораздо меньше песен из вашей коллекции.

Сжатие

Несжатое аудио занимает много места. Для уменьшение размера аудио файлов, в форматах, таких как MP3, программы обрезают часть диапазона частот, которые не слышны человеческим ухом.

Различные форматы используют различные методы сжатия аудио, но битрейт по прежнему играет роль показателя качества звука. Частота дискретизации также играет важную роль и число герц показывает на сколько частей в секунду разбит файл. Нижняя граница частоты дискретизации аудио файлов составляет 44.1 кГц (44100 Гц), если она ниже, то этого недостаточно.

VBR против CBR

Постоянный битрейт (CBR) и переменный битрейт (VBR) – 2 метода получения битрейта. Постоянный битрейт означает, что у вас устанавливается определенный битрейт на весь файл, а при переменном битрейте, его величина меняется на протяжении всего музыкального файла, в зависимости от необходимости.

CBR подобен упаковке чего-то в коробку с большим размером, чем необходимо, а VBR – упаковке в коробку, соответствующую контуру ее содержимого. Люди зачастую используют завышенный битрейт в 320 кбит/с, когда в этом нет необходимости, зачастую достаточно VBR 192 кбит/с. На слух вы вряд ли ощутите какую-то разницу.

DRM

DRM (Цифровое управление правами) самое страшное изобретение после ядерной бомбы и лучше с ним не сталкиваться. В основном DRM-защиту используют музыкальные магазины для защиты ее от копирования и незаконного использования.

Файлы с DRM не совместимы со всеми плеерами и с ними можно забыть про передачу файлов в режиме MSC/UMS. Музыка с DRM-защитой бывает обычно в форматах WMA или AAC. Короче говоря, использование DRM только создает людям дополнительные проблемы.

Форматы аудио

WAV

Под WAV, который также называют WAVE (волна), обычно подразумевают несжатое аудио. В то же время можно сжать WAV (например, в MP3) в результате мы получим практически то же качество с заметно меньшим размером. Большинство плееров поддерживают этот формат, но немного людей используют его, главным образом из-за большого размера файлов.

MP3

MP3 – наиболее часто используемый формат сжатия аудио и он подходит 99% основной массы потребителей. Конечно существуют меломаны, которые признают только форматы сжатия аудио без потерь (т.н. lossless-форматы) и считают MP3-формат большим злом. MP3 не совершенен, но его все используют. Надо только убедиться что у вас достаточно качественные файлы, с битрейтом свыше 128 кбит/с. Используя MP3 означает, что у вас не возникнет проблем при прослушивании файлов на плеере из-за отсутствии кодека.

Vorbis

Vorbis-ом обычно называют Ogg Vorbis или Ogg, потому что он использует контейнер Ogg. Это открытый аудио формат и многие считают, что у него лучшее качество среди форматов сжатия аудио с потерями при том же битрейте. Но опять же большинство пользователей вряд ли услышат разницу.

FLAC

FLAC – открытый аудио lossless-кодек. Lossless означает, что даже при уменьшении размера музыкального файла, качество остается то же самое, не происходит потери качества. В сравнении с WAV, полученный вами файл может занимать на 50% меньше места. Будучи открытым форматом он является бесплатным, но так как его использует относительно небольшое число людей, он не является приоритетным для производителей MP3-плееров.

AAC

AAC в сущности является теоретическим преемником MP3, превосходя его во многом. Компания Apple использует его в своем магазине iTunes, Sony также оказывает активную поддержку данному формату в своих устройствах. Если бы разработчики поддержали этот формат, он мог бы вытеснить MP3.

Apple использует AAC для своего магазина музыки не столько из-за его превосходства над MP3, сколько из-за наличия DRM-защиты в нем. Ведь MP3 не защищен от копирования. AAC размещается в различных файловых контейнерах и бывает с различным расширением: mp4, .aac, .m4a или .m4b. Большинству обычных пользователей достаточно формата MP3, при использовании которого, у них не возникнет проблем с копированием или совместимостью плеера.

WMA

WMA – музыкальный формат, используемый в основном Microsoft. Он может использовать как технологию сжатия с потерями, так и сжатие без потерь. Чаще всего используется со сжатием потерями и с DRM-защитой в интернет-магазинах, которые не продают MP3. Формат WMA второй популярности после MP3, главным образом, благодаря поддержке Microsoft.

Apple Lossless

Иногда компании создают свои проприетарные форматы, которые поддерживают только их собственные плееры. Apple Lossless был создан одноименной компанией для плеера iPod в качестве альтернативы FLAC, используемом на других плеерах. Если вы не используете iPod, то можете никогда не столкнуться с этим форматом.

Monkey's Audio (APE)

Monkey's Audio или APE – формат сжатия без потерь, который поддерживают небольшое число плееров. Если даже плеер поддерживает FLAC, не факт, что он будет воспроизводить Monkey's Audio.

---

Как из аудио-cd сделать mp3-файлы?

Очень просто, нужно воспользоваться какой-нибудь программой-граббером (или риппером). Например, вы можете скачать бесплатный audio-ripper с http://www.softwarepile.com/. При создании mp3 вы можете выбирать битрейт - количество бит, затрачиваемых на секунду проигранной музыки.

Чем больше битрейт, тем больше объем, но тем и выше качество музыки. Правда, до бесконечности битрейт повышать невозможно по спецификации, да и бессмысленно - дело в том, что каким бы ни был битрейт, качество музыки будет хуже, чем качество несжатой (применяется так называемой преобразование Фурье). Я лично предпочитаю останавливаться на 160 или 192 кбит/c.

Как сделать из mp3 аудио-cd?

Еще проще, это возможно сделать даже инструментами, встроенными в Windows. Однако следует помнить, что если вы сначала сделаете mp3 из аудио-cd, а затем обратно запишите аудио-cd, то вы не получите эквивалент исходного компакт-диска - при конвертации в mp3 данные потеряются, и обратно они уже не вернутся.

Неправильное копирование аудио-cd

А вот следующий факт уже не так хорошо известен. Многие считают, что можно сделать копию аудио диска программой типа nero или cloneCD. Так вот, это утверждение категорически неверно. Мы уже говорили про то, что audio-cd устроен особым образом, хотя физически и представляет собой обычный компакт диск; при чтении с такого диска всегда имеется шанс, что некоторые биты прочитаны не будут. Поэтому правильные программы для создания точных копий аудио-cd должны точно убедиться, что все биты считаны правильно - для этого диск прокручивается до тех пор, пока программа не станет уверена в точности совпадений.

Правильное копирование аудио-cd

Итак, для правильного копирования аудио-cd и для создания точных копий аудио-cd на своем диске нужно использовать специальные программы. Одним из наиболее распространенных и рекомендуемых форматов является FLAC - Free Lossless Audio Codec - по ссылке вы сможете ознакомиться с форматом и скачать бесплатные программы для работы с ним.

В заключение

Задачей этой статьи было познакомить обычных потребителей с форматами аудио файлов, чтобы они знали, какие бывают форматы и какие могут возникнуть проблемы с их совместимостью.

Хочется отметить в конце, что большинство не будет использовать другие форматы кроме MP3. Он не самый лучший, но большинство людей используют его и людям достаточно его качества, да и фактически все плееры поддерживают данный формат.

Lossless-форматы в основном используются аудиофилами (или для хранения мастер-копий на компьютере), и хранение музыки в таких форматах оправдано только если у вас тонкий музыкальный слух и вам не достаточно качество MP3 файлов. Но большинство людей не видят никакой разницы при использовании разных кодеков с похожим битрейтом.

Когда дело доходит до портативного аудио, главную роль играет то, какие наушники вы используете, затем то, какой у вас плеер и только в 3-ю очередь формат аудио, если конечно не использовать битрейт 128 кбит/с или меньше.