Jak kompresja mp3 wpływa na pliki dźwiękowe

Ludzie różnią się między sobą. Kolorem skóry, inteligencją, zdolnościami i wieloma jeszcze rzeczami. W zależności od tego można ich klasyfikować jako czarnych, białych, żółtych, zdolnych, mądrych, głupich itd.

Niewielu jednak ludzi wie, że istnieje specjalna rasa / gatunek człowieka zwana audiofilem. Jest on tworem, który można porównać do Supermana, X-mana, Y-mana, czy innego mana. Jego zdolnością charakterystyczną jest fakt słyszenia tego, czego normalny człowiek usłyszeć nie potrafi.
Taaaaak. Znane są przypadki, kiedy audiofil potrafił narzekać na pogorszenie jakości dźwięku wynikające z powstania supła na kablu od głośników, czy też słuchawek.

Mając na uwadze powyższe oraz wielokrotne twierdzenia, że wraz z kompresją mp3 pogarsza się jakość dźwięku, postanowiłem to sprawdzić.
Tylko nie pokazujcie tego tekstu audiofilowi, bo sama świadomość, że ktoś może słuchać empetrójek sprowadzi na niego niewyobrażalne cierpienia.

Testy przeprowadzane w dalszej części polegały na analizie kawałku Enter Sandman zespołu Metallica. W tym celu zgrałem z oryginalnej płyty ten kawałek i skompresowałem go do bezstratnego formatu Flac, aby potem, poprzez audacity, kompresować go do empetrójek ze stałym próbkowaniem:

• 320kbps,
• 190kbps,
• 128kbps.

Przy kompresji ustawiony był parametr "połączone stereo".

Zacznijmy więc ;)

Porównanie widma w programie Cyberlink AudioDirector 5

Na sam początek zobaczmy czy widać różnicę pomiędzy plikami w analizie widma. 

Poniższe screeny można powiększyć klikając na nie. 

Kompresja Flac

Kompresja Flac

Kompresja Flac jest tutaj punktem wyjściowym. Widać, że częstotliwości przekraczają poziom 20kHz, czyli teoretycznej górnej granicy słyszenia człowieka.

Kompresja mp3 320kbps

Kompresja mp3 z próbkowaniem 320kbps

Pierwsza kompresja z najwyższą powszechnie używaną przepływnością wynoszącą 320kbps. Dużej różnicy w porównaniu do kompresji Flac nie widać, ale daje się zauważyć, że górne częstotliwości zostały obcięte przy 20kHz.

Kompresja mp3 192kbps

Kompresja mp3 z próbkowaniem 192kbps

Pliki mp3 z przepływnością 192kbps uznawane są za oferujące średni poziom jakości. Tutaj już widać, że nastąpiło ścięcie górnych częstotliwości do 19kHz i zrobienie niejako "grzebienia" w zakresie od 16kHz do 19kHz.

Kompresja mp3 128kbps

Kompresja mp3 z próbkowaniem 128kbps

Ostatnim poziomem powszechnie wykorzystywanym w empetrójkach jest przepływność128kbps. Na powyższym widmie widać wyraźnie, że częstotliwości powyżej 16kHz zostały całkowicie ścięte. 

Porównanie kompresji

W celu podsumowania powyższych widm pozwoliłem je sobie połączyć w jednej grafice oraz pokolorować, tak aby łatwiej było wyłapać różnicę pomiędzy nimi. 

Gdy są obok siebie, widać jeszcze wyraźniej jak obcinane są górne partie częstotliwości. 

Porównanie analiza widm przy różnych poziomach kompresji

Porównanie częstotliwościowe w Audacity

Postanowiłem sprawdzić, czy podobne wyniki osiągnę przy pomocy darmowego programu Audacity, który oferuje analizę częstotliwościową. Być może wynik działania nie wygląda tak efektownie jak powyżej zaprezentowane widma, ale jest za to bardziej czytelny.

W Audacity analizie nie podlega cały plik, ale pierwsze 237,8 sekundy.

Analiza częstotliwościowa pliku z kompresją mp3 320kbps

Jak widzicie na powyższym screenie, jednym z przycisków można dokonać eksportu danych do pliku tekstowego. Postanowiłem, że zamiast umieszczania kolejnych wykresów jeden za drugim - jak w przypadku widma -  tutaj wyeksportuję dane do "ekscela" i tam je zwizualizuję na wykresie.

Wynik tego działania macie poniżej.

Wpływ kompresji mp3 na pliki dźwiękowe

Na powyższym wykresie widać chyba najwyraźniej jakiej zmianie częstotliwościowej ulegają pliki w zależności od stopnia kompresji. 

Zielony kolor to plik kodowany formatem Flac i jego tutaj uznajemy za wzór dla kompresji mp3. 

Żółty kolor to kodowanie mp3 z próbkowaniem 320kbps. Tak jak na widmach we wcześniejszej części tekstu tak i tutaj daje się zauważyć, że odcinanie częstotliwości zaczyna się przy 20kHz. 

Z kolei kolor pomarańczowy, tj. kodowanie mp3 192kbps to odcinanie częstotliwości w granicach 19kHz, zaś kolor czerwony to kodowanie mp3 128kbps i tutaj także wykres pokrywa się z widmami zaprezentowanymi na początku tekstu, gdzie ścinane jest praktycznie wszystko ponad 16kHz. 

Rozmiary plików w zależności od użytego kodowania

Na koniec podam jeszcze jak prezentują się rozmiary plików w zależności od zastosowanego kodowania.

Porównanie rozmiarów pliku w zależności od kompresji

Lp.	Kodowanie	Rozmiar pliku
1	Flac	37,3MB
2	mp3 320kbps	12,6MB
4	mp3 192kbps	7,58MB
5	mp3 128kbps	5,05MB

Podsumowanie

Czy powyższy tekst odpowiedział na pytanie, czy można usłyszeć supeł na kablu od słuchawek? 

Nie. Nie odpowiedział.

Za to udało nam się zobaczyć w jaki sposób kompresja wpływa na dźwięk w plikach mp3. Ewidentnie obcinane są wyższe częstotliwości, a jak to będzie słyszane przez odbiorcę zależy od predyspozycji poszczególnych osób. 

Niektórzy powiedzą, że słyszą różnicę pomiędzy flackiem, a empetrójką z 320 kilobitową przepływnością, a inni mogą powiedzieć (zwłaszcza starsi), że nie słyszą różnicy pomiędzy flackiem, a empetrójką 128kbps.

Z czystej zapobiegliwości moglibyście więc stosować wszędzie flaki, lub mp3 320kbps, ale jak pokazałem w tabelce, nie ma róży bez kolców. Lepsza jakość to dużo większa różnica w rozmiarze pliku. 

Mając świadomość różnic w kompresji możecie teraz śmiało posłuchać różnego rodzaju muzyki z różnym kodowaniem i samemu sobie odpowiedzieć na pytanie - czy słyszę różnicę? 

Jeżeli tak, to Wasz dysk będzie cierpiał przechowując wszystko we flackach, a jeżeli nie słyszycie różnicy to znajdźcie sobie odpowiedni poziom mp3 i w nim kodujcie swoją muzykę.

Mam nadzieję, że chociaż trochę udało mi się zaspokoić Waszą ciekawość w tym zakresie, bo moja troszkę została zaspokojona. 

Pozdrawiam Was serdecznie i do następnego wpisu :)