Потеря без потерь. От «говорящей бумаги» к цифровым аудиоформатам

Начать хочу с мифов. Многие считают, что в отличие от большинства, обладают идеальным слухом и т.д. Так вот…это полная чушь! Каждый человек, имея здоровые ушные раковины, обладает таким слухом. Все люди имеют одинаковое чувство ритма и это можно тренировать. Молодые люди обладают более острым слухом, чем пожилые. И ещё факт. Наши уши ограничены определённым диапазоном, который мы слышим. Частота от 16 герц до 20 килогерц полностью перекрывает весь слуховой диапазон и это доказано столетней практикой. И не важно, насколько верит человек в свою уникальность и т.д., строение внутреннего уха у всех одинаковое. Вот такие дела…

История звука и его записи имеет очень богатое прошлое. В предыдущих статьях мы касались этой темы частично. Как всегда, не буду мучить вас сложными оборотами, формулами и странными понятиями. Сейчас я коротко проведу вас по всему глубокому миру этой темы и, учитывая название статьи, расскажу про современные форматы аудиофайлов…

Итак…какие же самые первые аппараты для записи и воспроизведения музыки? Это были механические музыкальные инструменты, приводимые в действие не только человеком, но и с помощью песка в мешочках, воды, пружины и т.д. Музыка в те давние времена записывалась на специальные металлические валики, на стекло, на бумагу или на пластины и воспроизводилась удивительными машинами. Вот времена то были! И это 9 век, ребята!

Были такие братья по имени Бану Муса, которые изобрели один из самых известных ныне старинных «проигрывателей», основанный на металлических цилиндрах с небольшими выступами. По такому принципу музыка воспроизводилась вплоть до 19 века. Все шарманки, шкатулки и прочие чудеса той науки — как доказательство этому. Но голос записать люди не могли до сих пор, да и скудность ассортимента композиций шарманщика уже изрядно подзадрала…

1857 год — знатный в те времена французский аудиофил изобрёл «Фоноавтограф», который с помощью иглы, стеклянного диска и сажи позволил записать голос.
1886 год — появление механического пианино (пианола), которое позволяло записать музыкальную пьесу любой длины с помощью перфорированной бумажной ленты.
1877 — год Томаса Эдисона и его детища — Фонографа. О нём я уже писал в другой статье, так что не поленитесь и прочитайте. Закончилась эра механическо–акустической, и начался период электро–акустической аудиозаписи. Через десять лет после фонографа был изобретён граммофон и изготовлена первая в мире граммофонная пластинка. Главным отличием записи стало использование микрофона.

Современный технический век, само собой, принёс немало плодов в теме звукозаписи. Появление магнитной ленты, CD, многодорожечной записи и стерео дали мощный толчок к развитию. Ещё интересный факт. В 1931 году советский учёный, товарищ Скворцов, изобрёл «Говорящую бумагу». Прибор с помощью магнита, усилителя и чернил мог записывать музыку на обычную бумагу. Воспроизводилось всё это мощным фонарём и фотоэлементом. Чудеса!

Самой первой записи музыки в цифре предшествовали работы многих учёных по всему миру. Импульсно–кодовая модуляция. Теорема Котельникова. Код Хоффмана. Я обещал не углубляться, слово держу. В последние 30 лет появление DVD, SACD и других способов записи на электронные носители породили множество различных цифровых форматов. И появилась необходимость их записи в виде отдельных файлов. Но большой размер файлов не позволял работать с ними ввиду несовершенства компьютеров. И вот, с развитием алгоритмов кодирования и прогрессом в индустрии вычислительных машин наступил век цифры. Теперь файл можно записать и перезаписать на любой носитель без потери качества и воспроизвести на практически любом устройстве. Вот об этом сейчас подробно…

Вместе с кучей самих носителей появились и способы хранения этой информации. Но учитывая, что качественно записанный трек «весит» очень много и, по сути, нужен только узкому кругу заинтересованных лиц, придумали алгоритмы сжатия. Существует огромное количество музыкальных форматов, подформатов, модов и вариантов, которые создали для нашего с вами удобного прослушивания. Рассказать про всё я не смогу, так как это может занять целую книгу или две. Также различия форматов обусловлены разными к ним требованиями, операционными системами, фирмами и т.д. Для звукорежиссера — одно качество, а для Валеры, который любит «Бутырку» — другое. Ну, вы меня поняли, конечно!

Условно такие файлы делятся на три большие группы:

Музыкальные файлы без сжатия

Яркий пример такого формата — всем известный WAV. Файлы без каких либо изменений или сжатия. Обычно их используют в профессиональной среде, где качество превыше всего. Этот формат понимают все плееры и операционные системы, особенно Windows.

Ещё один пример данного формата — файлы с расширением AIFF Audio Interchange File Format (Apple). Чаще всего такие файлы используют на машинах Macintosh под управлением систем Mac.

Файлы сжатые, но без потери качества (lossles)

Мой любимый формат. Такие кодеки и алгоритмы, работающие со сжатием, похожи на обычные архиваторы. Сжатие происходит небольшое, до уровня 40-50%, и что примечательно, можно всегда вернуться к исходному качеству. При этом на само качество применяемый кодек почти не влияет. Самыми известными в этой среде аудиоформатами являются: APE Monkey’s Audio (обезьяна), ALAC — кодек компании Apple и, конечно же, старина FLAC. Бесспорно, у каждого из них есть свои достоинства и недостатки. И ещё. Настоящие меломаны хранят композиции именно в этих форматах. Для воспроизведения файлов используют плееры, такие как: Foobar2000, VLC или Winamp. Ещё можно, как вариант, установить пакет специальных кодеков, с которыми любой плеер станет универсальным проигрывателем. Лично я пользуюсь Jet Audio и вам советую…

Сжатые, с потерей исходного качества

Это основная группа алгоритмов, которая используется большинством. Может использовать максимальную степень сжатия файлов, но при этом процессе качество записи файла ухудшается. Причём между сжатием и качеством имеется прямая связь. Примером можно назвать — MP3, OGG или AAC. Давайте подробней тут остановимся.

Определить качество, относительно сжатия, помогает такой показатель, как битрейт.

Битрейт — это количество информации (бит), в нашем случае звук, переданное за какой-то определённый промежуток времени. В нашей теме измеряется в kbps. К примеру, 320 kbps — это 320 килобит в секунду. 1 байт — это 8 бит. Для кодирования одной секунды музыкального файла требуется 320 тысяч бит.

Mp3 всех опередил в этой битве и связано это с возможностью огромного сжатия, с удобством хранения и банальной инерцией мышления людей. Во всех файлообменниках, соцсетях и т.д. используется именно он. Очень удобный формат для тех, кто ограничен в скорости Сети или объёмах памяти компьютера. Формат был разработан группой MPEG.

Другие форматы, такие как OGG и AAC, тоже заслуживают внимания. В отличие от 2-х канального MP3, они могут иметь до 250 звуковых каналов. И что интересно, алгоритмы этих форматов намного совершеннее, чем mp3. И мне кажется, будущее сжатых алгоритмов за форматом OGG.

Более подробно про все форматы можно прочитать тут:

Комментарии