MP3 und FLAC: Wer gewinnt?


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MP3 und FLAC: Wer gewinnt?

FLAC vs MP3

Musikliebhaber aus allen Ländern streiten sich seit vielen Jahren: Ist es möglich, in einem Blindtest (FLAC, APE usw.) einen hochwertigen MP3 von einem verlustfreien zu unterscheiden? Wie stark beeinflusst der Kompressionsverlust das Musikerlebnis? Solltest du MP3 aufgeben? Versuchen wir, diese Fragen zu beantworten.

FLAC vs MP3 320 kbps

Eine kleine Geschichte

In den frühen neunziger Jahren verstanden Experten, dass die Zukunft der Musik digital war. Festplatten waren damals jedoch teuer und die Fans zogen es vor, ihre Musiksammlungen auf Kassetten und CDs zu speichern. Die Forscher standen vor einem Problem: Sie brauchten ein geeignetes Format, um Aufzeichnungen auf Computern zu speichern. Gleichzeitig wurden sie alle hundert Kilobyte gezählt – Sie können die Qualität im Vergleich zu CD-Discs leicht beeinträchtigen, aber wertvollen Festplattenspeicher sparen.

In den späten 1980er Jahren wurden die ersten funktionalen Prototypen eines neuen verlustbehafteten komprimierten Audiospeicherformats, MP3, erstellt. Der erste öffentlich verfügbare MP3-Encoder erschien 1994, und die erste Wiedergabesoftware folgte bald. Die ersten Codierungsalgorithmen ermöglichten es, Dateien mit leicht “gehackten” hohen Frequenzen zu erhalten. Die Klangqualität war nicht mit der einer CD vergleichbar, aber die Größe der Ausgabedateien war durchaus akzeptabel.

In den frühen 2000er Jahren wuchs die Größe von Festplatten schnell und andere Audioformate, die verlustfreie Komprimierung bieten, tauchten auf. Relativ gesehen kann eine Audiospur in diesem Format von einer verlustfreien CD auf ihre ursprüngliche WAV zurückgesetzt werden. Das vielleicht beliebteste verlustfreie Komprimierungsformat war FLAC, das 2001 eingeführt wurde. Es eignet sich sowohl zum Speichern von Heim-Audiosammlungen als auch zum Abspielen von Musik auf professionellen Computern. Eine FLAC-Datei kann jedoch 6-10 Mal schwerer sein als eine MP3-Datei guter Qualität (256 oder 320 kbps). Aber bedeuten Dateigröße und Verlustfreiheit eine gleichbleibend hohe Klangqualität?

Ein bisschen Anatomie: Das menschliche Ohr ist theoretisch in der Lage, Geräusche von 16 Hz bis 20 kHz zu hören. Viel hängt jedoch vom Alter und den individuellen Merkmalen des Hörers ab. Der Autor dieses Artikels kann Geräusche mit einer Frequenz von 16 kHz hören, jedoch nicht mit 17 kHz und darüber, aber es gibt Erwachsene (25 Jahre und älter), die immer noch 18 kHz wahrnehmen können. Alle diese Frequenzen werden vom MP3-Format recht erfolgreich unterstützt. Wenn Sie außergewöhnlich klar sind, können Sie einen Unterschied in den hohen Frequenzen hören, aber der Unterschied ist für die meisten Menschen fast subtil.

Selbst wenn Ihr Lieblingssong im Spektrogramm auf 20 kHz gekürzt ist, hören Sie keine Verzerrung (es sei denn, Sie sind natürlich 8 Jahre alt).

Die überwiegende Mehrheit der Menschen kann aus natürlichen anatomischen Gründen nicht zwischen hochwertigen 320 kbps MP3 und FLAC unterscheiden (solange beide digitalen Aufzeichnungen aus derselben Quelle stammen). Wenn Sie mehr MP3-Dateien komprimieren, z. B. bis zu 96 kbit / s, ist der Unterschied natürlich auch mit billigen Kopfhörern deutlich zu hören. Aber im Zeitalter von Terabyte-Laufwerken hört niemand Musik mit einer solchen Komprimierung.

Natürlich hat die zum Hören verwendete Ausrüstung einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung von Musik. Es ist unmöglich, alle hohen Frequenzen bei der Aufnahme eines Sinfonieorchesters über Kopfhörer für 300 Rubel zu hören, selbst wenn Sie ein wunderbares Gehör und eine qualitativ hochwertige Aufnahme haben. Viele Spezialisten widmen sich jedoch dem Mischen von Musik, wobei die Fähigkeiten der beliebtesten Audiogeräte bei den Verbrauchern berücksichtigt werden. Bill Ward (Black Sabbath-Schlagzeuger) sagte, dass er bei der Arbeit an seinem Soloalbum Accountable Beasts (2015) zunächst versucht habe, aus jeder Note einen klaren und eindeutigen Klang zu erzielen, dann aber erkannt habe, dass fast alle Hörer preiswerte Geräte verwenden würden. und sie würden nicht alle Töne und Halbtöne hören. Infolgedessen kaufte Bill mehrere relativ preiswerte Kopfhörer in einem nahe gelegenen Geschäft und mischte das Album darin.

Bei einer aus dem Internet erhaltenen Datei (die sogar ehrlich gekauft wurde) ist es äußerst schwierig zu verstehen, welche Eingabe die ursprüngliche Quelle war. Die Klangqualität einer Datei, die durch Digitalisieren von Vinyl oder CD (mit oder ohne Remastering) erhalten wird, unterscheidet sich von einer Qualitätsaufzeichnung von Internetradiosendungen, obwohl alle Dateien dieselbe Bitrate haben können.

Somit kommen wir zu einer offensichtlichen Schlussfolgerung: Der Unterschied zwischen qualitativ hochwertigem MP3 und qualitativ hochwertigem FLAC wird nur von einem ausgebildeten Musikliebhaber gehört (höchstwahrscheinlich jung, da nach 40 Jahren der Hörbereich eingeschränkt ist ). Darüber hinaus benötigen Sie ziemlich teure Geräte, um alle Eigenschaften des Klangs zu schätzen.


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Ist es sinnvoll, überhaupt verlustbehaftete Komprimierung zu verwenden?

Ist es sinnvoll, überhaupt verlustbehaftete Komprimierung zu verwenden?

MP3

Lassen Sie uns versuchen, die Grenzen der MP3-Nutzung zu skizzieren. Solange die Klangqualität nicht exakt mit der des Originals übereinstimmen muss und eine ernsthafte Verarbeitung gespeicherter Daten in Zukunft wahrscheinlich nicht erforderlich ist, ist die Verwendung von MP3 (oder einem anderen verlustbehafteten Komprimierungsformat) durchaus akzeptabel. . Nicht jeder möchte jede Stunde eine neue Musik-CD in ein CD-Laufwerk einlegen, wenn die Kapazität der Festplatte mehrere zehn Gigabyte beträgt. Es ist viel einfacher, MP3-Musik auf eine Festplatte oder CD-ROM zu brennen und von dort aus zu hören. Oder verwenden Sie einen tragbaren MP3-Player, einen MP3-CD-Player oder ein Autoradio mit MP3-Unterstützung. Oder Sie können einfach MP3 aus dem Internet herunterladen und auswählen.

mp3

In diesem und den folgenden Unterabschnitten werden Fälle beschrieben, in denen die Verwendung einer verlustbehafteten Komprimierung nicht akzeptabel ist, und es wird auch versucht herauszufinden, warum.

Es macht keinen Sinn, Audiodatendateien für die weitere Verarbeitung (Beispielbibliotheken, Musikbibliotheken usw.) in MP3 zu erstellen. Dies gilt auch für MiniDisk (die auch verlustbehaftete Komprimierung verwendet) und andere Formate – viele Arten der digitalen Verarbeitung sind mit hörbaren Verzerrungen verbunden. Diese Regel ist unabhängig von der verwendeten Bitrate. Wenn ich von mehr Klangverarbeitung spreche, meine ich etwas Ernsthafteres als nur Mischen oder Ein- / Ausblenden, zum Beispiel Flansch, Verzerrung, dynamische Komprimierung, Hall, Rauschfilterung und sogar die Verwendung eines Equalizers … Zum Beispiel Sie können Samples nicht in MP3 speichern (um sie zu speichern, verwenden Sie spezielle verlustfreie Komprimierungsformate, z. B. sfArk). Da es im Fall einer verlustbehafteten Codierung unmöglich ist, die in der Codierungsphase verlorenen Daten wiederherzustellen, ist es in MP3 zweckmäßig, nur die endgültigen Versionen der Tonaufnahmen zu speichern.

Noch ein Argument: Wissen Sie, wie Sie eine in MP3 konvertierte Audio-Disc auf eine Audio-CD neu brennen, damit keine zusätzlichen Pausen oder Klicks zwischen den Titeln auftreten? Ich weiß nicht? Besuchen Sie beispielsweise www.r3mix.net. Es ist immer noch ein Ärger … Wenn Sie sagen wollen: “Aber ich habe es getan, alles ist in Ordnung!” – Lassen Sie uns die Arbeit erledigen: Die Musik sollte sich nahtlos von Titel zu Titel bewegen, und eine Pause wird nicht nur als Intervall von 1 bis 2 Sekunden betrachtet, sondern auch als kleine Segmente der Stille in Einheiten von mehreren zehn Millisekunden. Theoretisch kann in diesem Fall alles perfekt zusammen gemacht werden, aber es kann sich herausstellen, dass “das Spiel es nicht wert ist”.

Wie können verlustfreie Audiodaten gespeichert werden?
Ich speichere meine Musikbibliothek in WAV-Dateien (im PCM-Format). Sie können auch CD-DA verwenden. Es zeichnet sich durch eine bessere Kompatibilität, aber eine geringere Lesegenauigkeit während der Wiedergabe aus. Es gibt noch andere Möglichkeiten: regelmäßige Archivierung (ZIP, RAR) oder spezielle Programme wie WavPack, Monkey’s Audio, RK Audio, FLAC, LPAC Archiver, Shorten … Die Arbeit mit auf diese Weise komprimierten Archiven ist jedoch mit unangenehmen Überraschungen behaftet: wav ( PCM) wird von der überwiegenden Mehrheit der Spieler gespielt, aber von exotischen Dingen wie RKA … Es ist bekannt, dass es unter WinAmp ein Plug-In für RKA gibt, aber WinAmp wurde nicht als Keil gefunden: Es gibt Leute, die nicht verwendet werden. Daher wird WinAmp allein (im weiteren Sinne) noch nicht unterstützt. Was ist mit anderen Player-Programmen? Was ist mit Hardware-Playern? Was ist mit MP3-CD-Playern? Ich weiß nichts über dich, aber für mich ist Kompatibilität im obigen Sinne sehr wichtig. Die Verwendung von nur einem Encoder / Player-Paar schränkt Ihre Freiheit erheblich ein. Damit Ihre Freunde beispielsweise eine Datei anhören können, müssen Sie sie von der Notwendigkeit überzeugen, einen neuen Player zu verwenden.

Welche Überlegungen sollten bei der Auswahl der Komprimierungsoptionen berücksichtigt werden?
Meiner Meinung nach können zwei Hauptkomprimierungsmodi unterschieden werden: “Aufrechterhaltung eines akzeptablen Qualitätsniveaus bei Erreichen der maximalen Komprimierung” (zum Beispiel für die Veröffentlichung im Internet) und “völlig subjektive Beibehaltung der Qualität des Quellmaterials ohne das Beste.” Komprimierung “(zum regelmäßigen Speichern und Abhören) … Es ist zu beachten, dass die Schwellenbitraten für beide Modi individuell sind. Für mich sind es 128 bzw. 256 kb / s. Dazwischen gibt es natürlich viele Möglichkeiten: Es gibt einen tragbaren MP3-Player mit unteren Kopfhörern, der für 160 kb / s ausreicht; Das Auto verfügt über einen Radiorecorder mit MP3-Unterstützung und besserer Akustik. hier brauchen Sie zum Beispiel 192 kb / s. Daher müssen Sie bei der Auswahl der Komprimierungsparameter zunächst die Aufgaben bestimmen, für die MP3-Dateien erstellt werden, und auf dieser Grundlage herausfinden, welches Verhältnis von Klangqualität zu Dateigröße zu Ihnen passt. Es sollte auch beachtet werden, dass das Konzept der Klangqualität von Person zu Person sehr unterschiedlich sein kann.

MP3- und FLAC-Audioformate – Wir setzen sie mit Bedacht ein

MP3- und FLAC-Audioformate – Wir setzen sie mit Bedacht ein

FLAC vs MP3

In diesem Beitrag möchte ich darüber sprechen, wie Sie die besten Ergebnisse beim Komprimieren von Musik in den Formaten FLAC und MP3 erzielen. Im Zeitalter der Massenverteilung von Audio- und Video-Streaming-Diensten scheint dieses Thema von geringer Relevanz zu sein, wie die Praxis jedoch zeigt, ist dies nicht der Fall.

FLAC vs MP3

Erstens möchte nicht jeder auf Ressourcen von Drittanbietern angewiesen sein, die sich von der Einführung verschiedener Zugriffsbeschränkungen für Inhalte bis zur vollständigen Entfernung jederzeit nach Belieben verhalten können. Zweitens gibt es viele Orte auf der Welt, an denen das Internet langsam, trostlos und mit Mittagspausen ist. Drittens ist die Klangqualität beim Online-Hören für die meisten Benutzer normalerweise akzeptabel, kann jedoch anspruchsvolle Hörer mit guter Ausrüstung in Depressionen stürzen. In Anbetracht all dessen können wir davon ausgehen

Grundlegendes Konzept

PCM (Pulscodemodulation), auch bekannt als PCM (Pulscodemodulation), ist ein Verfahren zur Darstellung eines analogen Signals in digitaler Form. Das funktioniert so: Elektrische Schwingungen werden in den Eingang eines Geräts namens ADC (Analog-Digital-Wandler) eingespeist, bei dem es sich um ein analoges Audiosignal handelt. Der ADC misst den Pegel dieses Signals mit einer bestimmten Frequenz und überträgt die erhaltenen Werte nach außen, wo sie gespeichert werden. Somit wird eine Datenmatrix gebildet, die eine Folge von Werten der Amplitude des ursprünglichen Signals ist. Der beschriebene Vorgang wird als “Digitalisierung” bezeichnet. Das Hauptproblem beim Speichern von PCM-Daten in “nackter” Form ist das ziemlich große Volumen. Für eine rationellere Nutzung des Speicherplatzes auf dem Träger werden daher verschiedene digitale Audiokomprimierungsalgorithmen verwendet.

Encoder (oder “Encoder” vom englischen “Encoder”) ist eine Software, die entwickelt wurde, um WAV in ein anderes Format zu konvertieren, um die Menge der gespeicherten Daten zu reduzieren.

Decoder – Software oder Hardware zum Abspielen von Dateien, die im entsprechenden Format komprimiert wurden, oder zum Konvertieren in unkomprimierte Formate.

Lossy ist der generische Name für eine Familie von Audioformaten, die verlustbehaftete Datenkomprimierung verwenden. Typische Familienmitglieder sind MP3, AAC, WMA, Ogg Vorbis. Das Hauptmerkmal verlustbehafteter Formate ist, dass beim Komprimieren des Materials in einem dieser Formate ein erheblicher Teil der ursprünglichen Audioinformationen unwiederbringlich verloren geht und später in keiner Weise wiederhergestellt werden kann. Aufgrund dessen wird ein hohes Maß an Kompression erreicht, während der Verlust für das Ohr kaum wahrnehmbar oder allgemein unsichtbar ist, da nur Daten verworfen werden, die für die menschliche Wahrnehmung nicht kritisch sind.

Verlustfrei ist der generische Name für eine Familie von Audioformaten, die verlustfreie Datenkomprimierung verwenden. Typische Familienmitglieder: FLAC, Monkey’s Audio (APE), ALAC, WavPack. Im Gegensatz zu verlustbehafteten Formaten gehen hier keine Informationen während der Komprimierung verloren. Alles geschieht auf die gleiche Weise wie in normalen Aktenschränken. Das Bezahlen für vollständige Datensicherheit ist im Vergleich zum Verlust ein wesentlich geringeres Komprimierungsverhältnis.

MP3 (MPEG-1 Layer 3) ist historisch gesehen das erste und am weitesten verbreitete verlustbehaftete Komprimierungsformat. Trotz der Tatsache, dass es aufgrund der Ära von MP3 heute nicht mehr mit der Effizienz der Komprimierung glänzt, bleibt seine Beliebtheit aufgrund seiner Vielseitigkeit sehr hoch: Jede Platte kann dieses Format reproduzieren. Wenn gleichzeitig ein geeigneter Encoder und Decoder verwendet wird, ist die MP3-Klangqualität auf einem sehr anständigen Niveau. Die Kombination dieser beiden Faktoren rechtfertigt die heutige Verwendung des Formats. Das MP3-Komprimierungsverhältnis bei gleichzeitig hoher Klangqualität beträgt das 6- bis 9-fache. Die durchschnittliche Bitrate eines solchen MP3 mit 16-Bit / 44,1-kHz-Stereoparametern beträgt 150 bis 240 kbit / s, die Dateigröße einer fünfminütigen Aufnahme in dieser Form beträgt 6 bis 9 MB.

FLAC (Free Lossless Audio Codec) ist derzeit das beliebteste verlustfreie Audiokomprimierungsformat. Wenn für Software oder Geräte verlustfreie Unterstützung beansprucht wird, kann diese Software / Ausrüstung mit ziemlicher Sicherheit FLAC abspielen. Das Format ist der De-facto-Standard unter Liebhabern von Klangqualität. Das FLAC-Kompressionsverhältnis beträgt das 1,3-2,8-fache. FLAC-Bitrate mit Parametern 16 Bit / 44,1 kHz / Stereo – 500-1100 kbps, die Dateigröße einer fünfminütigen Aufnahme in dieser Form beträgt 18-40 MB.

Was sind die Vor- und Nachteile von digitalem Audio?

Was sind die Vor- und Nachteile von digitalem Audio?

Pros and Cons of  Digital Audio

Die digitale Darstellung von Ton ist vor allem für die Möglichkeit der endlosen Speicherung und Wiedergabe ohne Qualitätsverlust wertvoll, aber die Umwandlung von analoger in digitale Form und umgekehrt führt zwangsläufig zu einem teilweisen Verlust.

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Die unangenehmsten Verzerrungen, die in der Digitalisierungsstufe eingeführt werden, sind das granulare Rauschen, das auftritt, wenn das Signal aufgrund der Rundung der Amplitude auf den nächsten diskreten Wert durch den Pegel quantisiert wird. Im Gegensatz zu einfachem Breitbandrauschen, das durch Quantisierungsfehler verursacht wird, ist granulares Rauschen die harmonische Verzerrung des Signals, die im oberen Teil des Spektrums am deutlichsten erkennbar ist.

Die Leistung des körnigen Rauschens ist umgekehrt proportional zur Anzahl der Quantisierungsschritte; Aufgrund der logarithmischen Charakteristik des Hörens mit linearer Quantisierung (konstanter Schrittwert) haben leise Töne weniger Quantisierungsschritte als laute Töne, und infolgedessen fällt die Hauptdichte nichtlinearer Verzerrungen in den Bereich der Töne. Leise. Dies führt zu einer Begrenzung des Dynamikbereichs, die idealerweise (ohne Berücksichtigung der harmonischen Verzerrung) dem Signal-Rausch-Verhältnis entspricht. Die Notwendigkeit, diese Verzerrung zu begrenzen, verringert jedoch den Dynamikbereich für die 16-Bit-Codierung auf 50-60 dB. Die Situation hätte durch logarithmische Quantifizierung gerettet werden können, aber ihre Implementierung in Echtzeit ist sehr schwierig und teuer.

Die durch granulares Rauschen verursachte Verzerrung kann verringert werden, indem dem Signal normales weißes Rauschen (zufälliges oder pseudozufälliges Signal) mit einer Amplitude von der Hälfte des niedrigstwertigen Bits hinzugefügt wird; Eine solche Operation wird Dithering genannt. Dies führt zu einem leichten Anstieg des Rauschpegels, schwächt jedoch die Korrelation von Quantisierungsfehlern mit den Komponenten des Hochfrequenzsignals und verbessert die subjektive Wahrnehmung. Anti-Aliasing wird auch angewendet, bevor die Samples durch Verringern ihrer Bittiefe gerundet werden. Dithering und Rauschformung sind im Wesentlichen Sonderfälle derselben Technologie, mit dem Unterschied, dass im ersten Fall weißes Rauschen mit einem flachen Spektrum und im zweiten Fall Rauschen mit einem Spektrum mit einer “Form” verwendet wird “Besondere.

Beim Wiederherstellen von Audio von digital auf analog besteht das Problem, die gestufte Wellenform zu glätten und die durch die Abtastrate eingeführten Harmonischen zu unterdrücken. Aufgrund der Unvollkommenheit des Frequenzgangs der Filter kann eine unzureichende Unterdrückung dieser Störung oder eine übermäßige Dämpfung nützlicher Hochfrequenzkomponenten auftreten. Schlecht unterdrückte Oberwellen der Abtastrate verzerren die Form des analogen Signals (insbesondere im Hochfrequenzbereich), was zu einem “rauen” und “schmutzigen” Klang führt.

Mit welchen Methoden wird digitales Audio effektiv komprimiert?

Derzeit sind Audio MPEG, PASC und ATRAC die bekanntesten. Sie alle verwenden die sogenannte “Wahrnehmungscodierung” (Perceptual Coding), bei der für das Ohr kaum wahrnehmbare Informationen aus dem Tonsignal entfernt werden. Infolgedessen bleibt Ihre Hörwahrnehmung trotz der Änderung der Form und des Spektrums des Signals praktisch unverändert, und das Kompressionsverhältnis rechtfertigt eine leichte Qualitätsminderung. Eine solche Codierung bezieht sich auf verlustbehaftete Komprimierungsverfahren, bei denen es nicht mehr möglich ist, die ursprüngliche Wellenform aus dem komprimierten Signal genau wiederherzustellen.

Techniken zum Entfernen einiger Informationen basieren auf einer Eigenschaft des menschlichen Gehörs, die als Maskierung bezeichnet wird: Wenn das Schallspektrum ausgeprägte Spitzen (dominante Harmonische) aufweist, werden die schwächsten Frequenzkomponenten in unmittelbarer Nähe praktisch nicht wahrgenommen (maskiert) nach Ohr. Während der Codierung wird der gesamte Audiostream in kleine Frames unterteilt, von denen jeder in eine Spektraldarstellung umgewandelt und in mehrere Frequenzbänder unterteilt wird. Innerhalb von Bändern werden maskierte Töne erkannt und entfernt, wonach jeder Frame direkt in spektraler Form einer adaptiven Codierung unterzogen wird. All diese Vorgänge ermöglichen es, die Datenmenge erheblich (mehrmals) zu reduzieren und gleichzeitig die für die meisten Hörer akzeptable Qualität beizubehalten.

Jedes der beschriebenen Codierungsverfahren ist durch die Bitrate gekennzeichnet, mit der die komprimierte Information in den Decodierer eintreten muss, wenn das Audiosignal wiederhergestellt wird. Der Decodierer wandelt eine Reihe komprimierter Momentansignalspektren in eine herkömmliche digitale Wellenform um.

Audio MPEG ist eine Gruppe von Audiokomprimierungstechniken, die von MPEG (Moving Pictures Experts Group) standardisiert wurden.