Hur ljudkomprimering fungerar, och kan du verkligen säga skillnaden?

Hur vi lyssnar på musik har förändrats avsevärt under åren. Evolutionen av musikförbrukning: Hur vi kom hit Utvecklingen av musikförbrukning: Hur vi kom hit Uppkomsten av iPod, den musikspelande mobiltelefonen och ett antal strömmande Medieplattformar pekar alla mot en enda, enkel idé: musik är viktig. Men hur kom vi hit? Läs mer . Åldern för fysiska format är över, och digitala filer dominerar nu.

Oavsett om du streamar eller laddar ner din musik 4 Anledningar till att du inte behöver vara en piratnyckel 4 Anledningar till att du inte behöver vara en piratnyckel Även om vissa människor alltid kommer att piratkopiera, för de flesta, finns det nu mindre anledning än någonsin att göra så. Läs mer, det är nästan säkert i format som MP3 eller AAC. Dessa komprimeras till små och bekväma filstorlekar, och för att uppnå att de tar bort ljud från den ursprungliga inspelningen.

I den här artikeln tar vi en titt på hur musikkomprimering fungerar, och om det har någon verklig effekt på hur musiken verkligen låter.

Hur komprimering fungerar

Digital musik är oftast tjänat till oss - genom medieaffärer och streamingtjänster - i format som använder förlustfull kompression. För att komprimera filen - för att göra den mindre - data tas bort från originalet, och det kan aldrig återställas.

Dessa data avlägsnas inte slumpmässigt. Filformat använder psykoakustik att arbeta runt gränserna för mänsklig hörsel, avlägsna saker som vi inte ens visste var där.

Mänskliga hörselverk varierar från 20 Hz till 20 kHz, så i teorin kan allt bortom det här området tas bort utan att vi märker det ens. Vårt hörselområde minskar också när vi blir äldre, så ingen hör verkligen samma sak, ändå.

Den här videon hjälper dig att identifiera vilka frekvenser du kan höra. Prova med att använda hörlurar, men se till att du vrider volymen neråt när du går igenom det för att undvika att höra din hörsel.

Utöver detta är ljud med högre frekvens svårare att höra om de är omgivna av högre, lägre frekvensljud. En uthållig trumslag kan till exempel drunkna ut några av de subtiliteter som finns i en inspelning.

Komprimering utnyttjar detta fenomen genom något som kallas “maskering”. Här är en högre, lägre frekvens täcker förlusten av en högre, tystare. Detta kan göras över hela frekvensområdet, men ljud över 15 kHz är särskilt mottagliga för det.

Så det finns tydligt mycket utrymme för att ta bort tydligt användbar data från en ljudinspelning, även om vissa ljudfiler hävdar att detta tar bort mindre konkreta egenskaper som atmosfär och utrymme och resulterar i ett mer tvådimensionellt ljud. I slutändan är målet att hitta balansen mellan filstorlek och kvalitet.

Bitrate (eller bithastighet)

Storleken på en fil bestäms av dess bitrate. Många tycker att bitrate är en indikator på kvalitet, men det är inte så enkelt som det. Bitrate berättar för vilken nivå kompression används, så det ger dig en vag idé om vad du kan förvänta dig, men det finns många andra faktorer som påverkar kvaliteten.

• Olika codecs har olika effektivitetsnivåer, så två filformat som kodas med samma bitrate kommer att vara av signifikant olika kvalitet.
• Även inom samma format, den programvara som används för kompressionsfrågor. Vissa kodare är bättre än andra, och många kommer även att erbjuda olika kvalitetsinställningar med samma bitrate. Snabbare bearbetning, till exempel, motsvarar lägre kvalitet.
• Den typ av ljud som komprimeras är avgörande. Den mänskliga rösten har en frekvens inom intervallet 85Hz till 300Hz och kan hantera mycket mer komprimering utan kvalitetsförlust än orkestermusikburk.

Bitrate mäts i kilobits per sekund (kbps). CD-ljud har en bitrate på 1411kbps, vilket innebär att det finns 1,411,000 bitar data för varje sekund av en sång. MP3-filer komprimeras nu allmänt till 320kbps, med 60% av de ursprungliga data som kastas bort. Vid 128kbps är det 90%.

Effekten av ljudutrustning

Det är inte bara våra öron som dikterar vad vi kan höra. Den ljudutrustning vi använder spelar en viktig roll.

I vissa avseenden är en uppsättning billiga öronproppar mycket mer förlåtande för komprimerat ljud eftersom de inte kan hantera det fullständiga dynamiska utbudet av okomprimerad musik. Eller för att uttrycka det på ett annat sätt, gör dålig ljudutrustning allt låter dåligt.

Och ännu dyrare hörlurar kan ibland anpassas för specifika frekvenser (t.ex. bass) som kan göra andra frekvenser - och nyans av inspelningen - ohörbart.

De bästa hörlurarna 10 Villkor du bör veta för att identifiera de bästa hörlurarna 10 Villkor du bör veta för att identifiera de bästa hörlurarna I den här guiden skar vi igenom jargongen och visar vad de viktigaste hörlursspecifikationerna betyder och varför - eller om - de spelar roll. Läs mer och högtalare kan emellertid spela inspelningen som den ursprungligen var avsedd för och är mer än kapabel att visa skillnaden mellan komprimerad och okomprimerad musik till ett krävande öra.

Vilken komprimering tar bort

En studie av Ryan Maguire på Virginia Center for Computer Music illustrerar perfekt hur komprimering fungerar.

Med hjälp av Suzanne Vega-låten Tom's Diner som ett exempel - en låt som användes i lyssningstester under utvecklingen av MP3-formatet - subtraherade Maguire effektivt en 128kbps MP3 av låten från en okomprimerad version, för att bara lämna de ljud som avlägsnades under kompression.

Detta är vad som togs bort:

Det motsätter sig snarare tanken att komprimering bara tar bort ohörbara ljud. Men i vilken utsträckning är du faktiskt medveten om att dessa ljud saknas?

Från samma studie är här den okomprimerade versionen:

Och 128 kbps-versionen:

Nu när du vet vad som har tagits bort kan du berätta skillnaden?

MP3, Ogg Vorbis och AAC

MP3 är det mest kända digitala musikformatet, som används av tjänster som Amazon MP3 och Google Play och stöds av nästan alla enheter 3 Fräscha och lätta musikspelare för att njuta av dina MP3-filer på Linux 3 Fräscha och lätta musikspelare för att njuta av dina MP3-filer på Linux Om du är en Linux-användare som älskar musik har du antagligen märkt att ljudspelare finns i alla former och storlekar, från iTunes-alternativ till lätta appar. Vilken lättviktsmusikspelare ska du välja? Läs mer, app eller molntjänst som kan spela musik.

Ogg Vorbis utvecklades som en open source-rival till MP3, och används av Spotify i tre bithastigheter: 96kbps för “Vanligt” kvalitet på mobil, 160kbps för “Standard” kvalitet på skrivbordet och “Hög” kvalitet på mobil och 320kbps för “Hög” kvalitet på skrivbordet och “Extrem” kvalitet på mobilen.

AAC är det format som blev populärt genom Apples användning av det i iTunes och används nu i Apple Music Komma igång med Apple Music - Vad du behöver veta Kom igång med Apple Music - Vad du behöver veta Efter att du köpt Beats sista Apple har äntligen släppt sin strömmande musik tjänst på världen. Läs mer också. Den används också för andra streamingtjänster, inklusive Tidal, Deezer och Pandora. Apple Music använder en bitrate på 256kbps, medan de andra tjänsterna erbjuder kvalitetsnivåer upp till 320kbps.

De tre formaten fungerar enligt samma principer, men fungerar på olika sätt och kasserar olika data. Av den anledningen bör du aldrig kryptera en fil från ett format till en annan, eftersom det kommer att leda till markant sämre kvalitet.

MP3 pre-dates de andra formaten genom flera år, och samtidigt som det gav det en början på den digitala musikmarknaden, betyder det också att det är mindre effektivt än sina konkurrenter.

Det finns många mycket tekniska skäl för detta. Ett exempel är att både Ogg Vorbis och AAC använder en genomsnittlig bitrate istället för den konstanta bithastigheten för MP3. Detta gör det möjligt för dem att producera jämförbar kvalitet vid mindre filstorlekar.

320kbps kallas ofta branschstandarden. Många beskriver också detta som CD-kvalitet, där man inte längre kan skilja skillnaden mellan komprimerad och okomprimerad.

Lossless kompression

Ljudkomprimering är inte alltid förlustfull. FLAC - främjas starkt som en unik försäljningsplats för Tidal Varför Jay Zs Tidal Music Streaming Service är dömd att misslyckas Varför Jay Zs Tidal Music Streaming Service är dömd att misslyckas Jay Z nyligen lanserades Tidal, den musikströmmande tjänst han förvärvade för 56 miljoner dollar. Tidal har 99 problem, och banan är en. Läs mer - och Apple Lossless ger förlustfri komprimering. Kvaliteten på filer i dessa format är i stort sett densamma som i en WAV-fil. Filstorleken är också betydligt mindre, om än fortfarande runt dubbelt så stor som de lossyformade formaten levererar.

Dessa format är den musikaliska motsvarigheten till en ZIP-fil. Kodaren tar bort redundans i data Hur fungerar filkomprimering? Hur fungerar filkomprimering? Filkomprimering är kärnan i hur den moderna webben fungerar, man kan argumentera för, eftersom det tillåter oss att dela filer som annars skulle ta för lång tid att överföra. Men hur fungerar det? Läs mer, och kan krympa originalfilen med så mycket som 50%. Eftersom det är förlustfritt, finns det ingen kvalitetsinställningar när du kodar en fil, men den måste också avkodas när den spelas. Detta gör det mer resursintensivt.

Kan du höra skillnaden?

Oavsett vilket komprimerat format du använder, är huvudfrågan om du ens kan märka skillnaden mellan den och ett okomprimerat alternativ.

Visst vid 128 kbps eller lägre kompression kommer artefakter (distorsion) att märkas på de flesta format. Utöver det kan din erfarenhet bero på kvaliteten på dina hörlurar eller högtalare.

Du kan testa det själv med olika blindprov på nätet. På mp3ornot.com kan du jämföra MP3-filer kodade på 128kbps och 320kbps. Tidal gör att du kan testa sitt förlustfria ljud (och ställer det som ett test av din ljudutrustning, bara om du inte kan skilja skillnaden). Och det finns ett annat roligt prov på NPR Music.

Alternativt kan du testa din egen musik med Lacinato AMX-appen för Windows, Mac eller Linux. Lägg bara till i låtar som är kodade i olika format eller bitrate och se vilka du föredrar.

Kan du berätta skillnaden mellan förlustfri och förlustfri musik? Har du ett favoritformat, och finns det som du undviker? Ljud av i kommentarerna nedan.

Bildkrediter: Grado-hörlurar via Jonathan Grado

Utforska mer om: Filkomprimering, MP3.