Wat is een audiobestandsformaat?

MP3

Als het gaat om het downloaden van muziek, regeerde het MP3-audiobestandsformaat dat werd gebruikt om oppermachtig te zijn.

In feite is dit formaat zo synoniem met mobiele muziekoplossingen dat “MP3-spelers” nu het algemene formaat zijn voor apparaten voor het afspelen van audio.

Om verschillende redenen is het tegenwoordig echter minder prominent aanwezig. Het gaat echter door. Het begrijpen van MP3-bestanden kan ons ook helpen om andere formaten gemakkelijker te begrijpen, dus daar beginnen we mee.

Een MP3-bestand is een audiobestand met verlies, wat betekent dat het gegevens weggooit die onze oren niet kunnen horen. Bijna iedereen heeft een gehoorbereik tussen 2oHz en 20kHz. De bovengrens neemt eigenlijk af met de leeftijd, maar over het algemeen is het een leugen binnen het bereik van elk geluid dat je hoort. Omdat we weten dat andere frequenties overbodig zijn, negeert MP3 alle frequenties buiten dit bereik.

Om meer ruimte te besparen, gebruiken MP3-bestanden wat meer trucs. Audio-ingenieurs gebruiken algoritmen voor geluidsmodellering op basis van de psycho-akoestische effecten van het menselijk oor en de hersenen om delen van muziek te verwijderen die we niet zouden moeten horen. De hersenen kunnen bijvoorbeeld geen onderscheid maken tussen twee frequenties die naast elkaar liggen. Ook hebben volwassen oren moeite met het herkennen van de richting van hoogfrequente geluiden. Het begint ook gevoeligheid te verliezen boven 16 kHz. Ook kunnen harde geluiden zachtere geluiden maskeren. Deze kunnen allemaal worden verwijderd, met weinig merkbaar verschil in het uiteindelijke publiek.

In feite verwijderen MP3-bestanden frequenties die we niet kunnen horen en frequenties die we afzonderlijk kunnen horen, maar niet vanwege de manier waarop ze in een bepaald nummer zijn gecombineerd.

MP3 verdeelt de track in 576 voorbeeldframes en gebruikt de Fast Fourier Transform (FFT) om frequentiegegevens van deze frames te verkrijgen. De frequentiegegevens worden vervolgens geanalyseerd om te zien of er een mogelijkheid is om compressieregels toe te passen op basis van het menselijk gehoor, zoals hierboven beschreven. Als dit het geval is, worden deze delen naar beneden afgerond (gekwantiseerd) om de bitsnelheid te verlagen, wat ruimte bespaart. Gegevens over het herstellen van elk frame naar de volledige sonische weergave worden opgeslagen in een 32-bits header.

De bitrate bepaalt de maximaal toegestane bestandsgrootte per frame. Hoe agressiever de compressie, hoe groter de kans dat het algoritme dingen verwijdert die hoorbaar zijn. Ook is dit type filteren en snijden niet perfect, en kwantisatie kan artefacten achterlaten die sommige mensen kunnen horen. Deze lossy psycho-akoestische compressie wordt gevolgd door lossless Huffman-coderingscompressie vergelijkbaar met .zip-bestanden om nog meer ruimte te besparen.

Wat is een audiobestandsformaat?

Digitale audiobestanden zijn een manier om vast te leggen hoe inhoud wordt opgeslagen op een computer, mediaspeler, smartphone of ander apparaat.

Op het meest basale niveau is digitale audio een reeks getallen die een apparaat kan gebruiken om geluidsgolven te reproduceren. Er zijn verschillende manieren om dit te bereiken en de resulterende gegevens vervolgens te comprimeren (of niet). We weten dat we het vastgelegde signaal later perfect kunnen reproduceren door de geluidsgolven tijdens de analoog-naar-digitaal conversie te samplen naar minimaal 16 bits op 44,1 kHz. Dit is te danken aan wat wiskunde die de Nyquist-Shannon-steekproefstelling wordt genoemd. We kunnen hogere bitsnelheden en frequentiebereiken bereiken, maar of iemand het verschil kan horen, zelfs met de beste koptelefoon, is op zijn best discutabel.

Als we die gegevens gewoon zouden houden zoals ze zijn (Pulse Code Modulatie of PCM genoemd), zou het bestand veel ruimte in beslag nemen. Dit is de reden waarom lossy en lossless vormen van audiocompressie zijn ontwikkeld. Lossy audio gooit audiofrequenties weg die onze oren niet kunnen horen, terwijl lossless audio ze vasthoudt. Audioformaten met verlies kunnen ook andere trucs gebruiken om de audio verder te comprimeren, wat we later zullen bespreken.

Aangezien de meeste mensen tegenwoordig toegang hebben tot hun muziek via streamingdiensten, zijn gecomprimeerde bestandsindelingen met verlies de belangrijkste manier om inhoud te distribueren. Het maakt niet uit waar je naar luistert, maar sommige mensen eisen de hoogste kwaliteit. Als gevolg hiervan zijn er nu steeds meer hoogwaardige en zelfs lossless streaming-opties beschikbaar. Zoals de onderstaande afbeelding laat zien, is het echter niet te vermijden dat formaten met verlies minder ruimte innemen en minder mobiele data verbruiken.