Теперь мы подошли к главной особенности, описывающей психоакустическую модель кодирования формата МР3, - это так называемый эффект маскирования. Во многом благодаря именно этому эффекту возможно столь сильное сжатие исходных аудиоданных. Суть маскирования заключается в следующем. Слабый сигнал одного диапазона частот, как правило, маскируется более мощным сигналом соседнего диапазона, если таковой присутствует в аудиозаписи, или, на крайний случай, мощным сигналом предыдущего фрейма. В итоге имеет место «временное оглушение», так как такой сильный сигнал вызывает временное понижение чувствительности уха к сигналу текущего фрейма. Величина маскирующего эффекта, создаваемого сигналом соседних диапазонов и сигналом предыдущего фрейма, определяется конкретно для каждого звукового диапазона. Если маскирующий сигнал превышает мощность сигнала текущего диапазона, последний не кодируется вовсе, что обеспечивает психоакустической модели возможность удалить часть данных из этого фрейма. Что же касается оставшихся данных каждого диапазона, то для них определяется количество битов на фрейм, которыми можно пожертвовать, чтобы потери от дополнительного квантования были ниже величины маскирующего эффекта. Говоря проще, звук, кодированный при низких битрейтах, отличается заметной нечеткостью и глухостью. Это происходит потому, что при потере всего одного бита информации в общее звучание добавляется шум квантования значительной величины.
Все вышеописанные ухищрения в сумме имеют свое название — адаптивное кодирование. То есть на основе того, что большая часть людей не обладает уникальным слухом, эта технология позволяет существенно уменьшить размер кодируемого файла благодаря «обрезанию» наименее значимых с точки зрения слухового восприятия деталей звучания. (Кстати, адаптивное кодирование — это отличительная черта МР3, которая не присутствует в других форматах.)
Однако же, как всегда бывает в подобных случаях, «в бочке меда не обошлось без ложки дегтя». Некоторые слушатели тонко чувствуют усечение ненужных частот в формате МР3, и усеченная музыка кажется им некачественной. Это чувство неполноценности композиции, кстати, во многом оправданно, так как «обрезание» тех или иных, даже самых незначительных, деталей ведет к изменению эмоциональной окраски звучания, придает или лишает ее таких эффектов, как ощущение «кристальной» чистоты звука (в той мере, в которой она присутствует в тех же CD). И хорошо еще, что большинство потребителей все же не различают таких изменений. Хотя на то и был ведь расчет разработчиков.
Особенности цифровой записи
Запись бывает двух видов — аналоговая и цифровая. Первая представляет собой электрический волновой сигнал, а вторая — какой-то набор цифр, хранящийся в памяти того или иного устройства. Для того чтобы преобразовать аналоговый сигнал в цифровой, используется устройство, которое так и называется — аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Основными параметрами, которые характеризуют цифровую запись, являются частота дискретизации и разрядность. Частота дискретизации — это то количество раз в секунду, с которым АЦП будет сравнивать и строить цифрокую картину описания аналогового сигнала. Чем это значение выше, тем точнее цифровая запись соответствует исходному аналоговому сигналу. Привычным значением является 44,1 кГц (то есть сравнение точности оцифровки происходит 44 100 раз в секунду).
Другой важный параметр — это разрядность. Она соответствует объему памяти, который отводится на одно сравнение в частоте дискретизации. Если это значение равняется, например, 8, то это значит, что на сравнение с аналоговым сигналом отводится 8 бит памяти. Это число соответсхвует музыкальной палитре из 256 звуков.
Популярные форматы сжатия звука
MP3 — самый популярный формат сжатия на сегодняшний день. Принцип его действия заключается в создании иллюзии качественного звучания, «обмане» человеческого уха. После некоторых исследований выяснилось, что человеческому слуху свойственно адаптироваться к появлению новых звуков, что выражается в повышении порога слышимости. Поэтому одни звуки способны делать субъективно неслышимыми другие. Вот и в этом формате часть звуков, которые, как считает соответствующая теория, делаются неслышимыми, просто убираются из общего звучания. После этого получившийся «полуфабрикат» кодируется по специальному методу. (Более подробно алгоритм кодирования этого формата рассмотрен в разделе «Кодирование музыкального файла».)
Формат ААС изначально позиционировался разработчиками в качестве преемника МР3, так как обладал по сравнению с последним рядом несомненных достоинств. Как и в МР3, в основе алгоритма ААС лежит психоакустическая модель кодирования, то есть при сжатии какая-то часть звукового спектра удаляется. При этом алгоритм ААС содержит большое количество усовершенствований, направленных именно на улучшение качества выходного аудиосигнала. В ААС используются другие алгоритмы преобразований, улучшенные обработчики шумов и новый банк фильтров. При этом ААС обладает высочайшим качеством звучания и очень хорошей степенью компрессии аудиокомпозиций. И вполне возможно, что этот формат заменил бы устаревающий МРЗ, если бы не одно но… Сразу же после окончания работ над ААС некоторые из компаний-соучредителей забрали причитающиеся им исходные коды стандарта и на их базе создали собственные форматы, коммерческие и несовместимые друг с другом. Вот таким образом и появилась та мешанина несовместимых форматов, которая называется «семейство форматов аудиосжатия ААС».
Формат WMA разработан компанией Microsoft и является серьезной альтернативой МР3. Файлы этого формата имеют расширения. wma и. asf, обладают явным преимуществом перед МР3 на низких скоростях потока данных (битрейтах) и теряют его при увеличении скорости подачи информации на кодек.
Ogg Vorbis — относительно новый универсальный формат записи звука с потерями данных. Он принадлежит к тому же типу форматов аудиосжатия, что и МРЗ и WMA, а психоакустическая модель, описывающая особенности человеческого слуха, в соответствии с которыми производится сжатие, по принципам действия близка к МР3. Радикальным же отличием этого формата стала математическая обработка и практическая реализация данной модели. В этом формате пороговая максимальная частота оцифровки не 44 кГц, как в МРЗ, а 48, что теоретически улучшает качество звука. Также следует отметить, что теоретическое число каналов не ограничено двумя, как обычно, а достигает 255. Файлы, закодированные в этом формате, меньше таких же файлов в МР3. Распространение формата долгое время сдерживалось недостаточной поддержкой со стороны производителей аппаратуры.
Ликбез по наушникам
Отдельно хотелось бы остановиться на таком немаловажном аксессуаре, как наушники, поскольку во многом именно от них, от того, какой тип и модель вы используете, зависит качество прослушиваемой музыки.
Наушники — устройства, имеющие два динамика (левый и правый соответственно), каждый из которых может подключаться на отдельный канал. То есть, в зависимости от пожеланий пользователя, наушники могут выдавать как моно-, так и стереозвук. Последний, конечно, предпочтительнее, поскольку такое решение, во-первых, улучшает и облегчает восприятие, а во-вторых, воссоздает эмоциональную атмосферу. Причиной этого является основная особенность нашего слуха его бинауральное строение. Бинауральность означает, что человек имеет два приемника звуковой информации, то есть два уха. Звуковые сигналы, воспринимаемые нашими ушами обрабатываются в периферической части слуховой системы подвергаются спектрально-временному анализу, после чего информация поступает в соответствующие отделы головного мозга. Там сигналы, поступившие с каждого слухового канала, сравниваются и осмысливаются, причем происходят эти процессы за доли секунды.
Что интересно, большинство счастливых обладателей дорогих плееров используют комплектные наушники, те, которые служат скорее для проверки работоспособности плеера чем для повседневного использования. На рыночных развалах такие наушники отгружают самосвалами по цене 10 рублей за килограмм. Необязательно покупать дорогие наушники просто подбирать их нужно «под себя». Тот результат, который можно получить от комплектных наушников, ужасает. О добротной звукоизоляции и речи быть не может — посторонние шумовые загрязнения органично вливаются в нотки любимой композиции, искажая знакомую мелодию до неузнаваемости. О какой чистоте звука может вообще идти речь, если в большинстве своем комплектные наушники отвратительно сидят в ухе, тем самым доставляя дискомфорт. С этим нельзя мириться, выход есть, и он не столь дорогой, как кажется.
