Bezstratne formaty audio

Kompresja stratna czy bezstratna, to z definicji pakowanie pliku do mniejszych rozmiarów. Pliki pokroju WAV (od ang. wave form audio file format) zajmowały dużo miejsca stąd rozważono takie działania. Przy plikach bezstratnych kompresja nie jest aż tak imponująca jak chociażby w wypadku formatu MP3 128 kbit/s (jedenastokrotne zmniejszenie). Tutaj mamy do czynienia, w zależności od stopnia kompresji, z dwu- do czterokrotnie mniejszymi plikami w stosunku do formatu audio wykorzystywanego na płycie CD. To i tak nieźle, mając ciągle na uwadze najważniejsze – bezstratność.

Płyta CD

Compact Disc Digital Audio (CD-DA) to cyfrowy standard audio wykorzystywany do zapisu dźwięków na płycie CD. Pierwsze płyty kompaktowe oferowano w sprzedaży w 1982 roku, a już 3 lata później mogliśmy wybierać spośród 6000 albumów z muzyką zapisaną na tych nośnikach. To, co dzisiaj najbardziej będzie nas interesować to jakość dźwięku i parametry techniczne, które często będziemy odnosić do stratnych i bezstratnych formatów audio.

Płyty CD charakteryzuje:

• Częstotliwość próbkowania 44,1 kHz,

• Rozdzielczość 16 bitów na próbkę,

• Przepustowość audio 1 411,2 kbit/s.

Przy takich parametrach możemy na standardową płytę CD nagrać 74 minuty muzyki, podzielonej na pojedyncze utwory lub w zapisanej jednym ciągu. Płyta CD miała próby ewoluowania do gęściej nagrywanych rowków, co dawało nam dodatkowe 5 minut nagrania. Nie sprawdzało się to jednak, przez wzgląd na same odtwarzacze, które często miały problemy z odczytem tak „zapchanych” płyt. Można zatem powiedzieć, że płyta CD Audio w niezmienionej formie funkcjonuje do dnia dzisiejszego, zatem już 40 lat!

Lata 90. to oczywiście szalony rozwój komputerów. Prawie każde gospodarstwo domowe kupowało wówczas komputer, a ludzie bawiąc się w piratów – wymieniali się między sobą posiadanymi grami, programami i muzyką. Najłatwiej płytę z muzyką było po prostu skopiować na drugą płytę CD. Robiło się obraz płyty w stosunku 1:1, a następnie obraz ten wypalano na czystej płycie CD. Liczba płyt CD, które chcieliśmy posiadać potęgowała jednak koszty chociażby zakupu, wówczas jeszcze drogich, czystych płyt. Zaczęliśmy traktować komputer, jako odtwarzacz i przede wszystkim magazyn naszych płyt na zawartości dysku twardego komputera. Tak narodziły się pierwsze formaty stratnego i bezstratnego kodowania plików. Zwłaszcza te ostatnie stały się niezwykle popularne wśród miłośników dobrego brzmienia.

Format WAV

WAV (od ang. waveform audio format) to format plików opracowany przez Microsoft i IBM. Zadebiutował na rynku audio w 1991 roku. Opracowany został przede wszystkim jako nieskompresowany sposób na przechowywanie muzyki z płyt CD Audio. Utwory w trybie 1:1, przy pomocy nieskomplikowanego oprogramowania, można było przenieść z płyt na dysk twardy komputera.

Pliki WAV mogą być zapisane przy użyciu różnych kodeków audio, ale zazwyczaj stosuje się nieskompresowany format PCM (od ang. Pulse Code Modulation). Format ten ma jednak jedną sporą wadę, którą jest rozmiar pliku. Pojedynczy plik WAV zajmuje ok. 25 d  nawet 40 MB, a całe płyty zawierające pliki WAV do 700 MB. Pierwsze dyski twarde uniemożliwiały skutecznie swoim rozmiarem stworzenie na tym formacie domowej biblioteczki audio. Takich płyt mogliśmy mieć co najwyżej kilka. Zmniejszenie rozmiaru plików audio było więc nieuniknione. Doczekaliśmy się wielu formatów stratnych i bezstratnych, wśród których dużą popularnością cieszy się m.in. FLAC.

Format FLAC

Free Lossless Audio Codec (FLAC) to format opracowany w 2001 roku i ciągle rozwijany. Jego ostatnia wersja weszła do powszechnego użycia w styczniu 2017 roku, wnosząc wiele poprawek i zmian. Kompresja bezstratna w tym wypadku znacząco redukuje wielkość. Możemy mieć nawet o 50 do 70 proc. mniejszy plik, który może zawierać w sobie sygnały od mono, przez stereo aż po 8 kanałów audio, zachowując przy tym wysoką jakość dźwięku.

Free Lossless Audio Codec to również kodek powszechnie, po plikach MP3 wykorzystywany do sprzedaży muzyki w sieci. Jeśli chcesz zakupić muzykę w bezstratnej jakości – wybierz ten format.

Pliki FLAC hi-res (wysokiej rozdzielczości) obsługują np.:

• komputery,

• telefony komórkowe,

• odtwarzacze przenośne,

• amplitunery stereo i kina domowego,

• odtwarzacze strumieniowe.

FLAC vs WAV

Czym różnią się pliki FLAC i pliki WAV? FLAC to przede wszystkim format kompresji bezstratnej, a WAV to nieskopresowane pliki audio. Bezstratna kompresja w wypadku formatu FLAC oznacza, że mamy do czynienia z mniejszym rozmiarem pliku (oszczędzającym miejsce na dysku twardym), aczkolwiek przy zachowaniu wszelkich niuansów brzmieniowych. Nie powinniśmy zatem odczuć różnicy odsłuchując ten sam utwór, ale zapisany w dwóch różnych formatach: WAV (pliki z rozszerzeniem .wav lub .wave) i FLAC (pliki z rozszerzeniem .flac).

Jednak pod względem kompatybilności z różnego typu odtwarzaczami, to właśnie obsługa formatu FLAC, a nie WAV może być utrudniona. Pliki w formacie WAV można odtwarzać niemal na każdym urządzeniu odtwarzającym audio, a pliki zapisane we FLAC-u już nie koniecznie.

FLAC (Free Lossless Audio Codec) vs MP3

Zanim porównamy sobie obydwa formaty plików audio należy się wyjaśnienie, czy jest format MP3. Powstał on z potrzeby zmniejszenia rozmiaru pliku audio i do dziś jest niezwykle popularnym formatem. Płyta CD zapewniała parametr przepustowości audio 1411,2 kbit/s, z kolei plik MP3 to bardzo często nawet 128 kbit/s. Nie trzeba być ekspertem by zauważyć, że to pomniejszenie jakości znaczne! Niemniej rozmiar robił swoje – taki plik zajmował 3-4MB, a to było niesamowitą ulgą dla „przestrzeni magazynowej” naszych komputerów. Około roku 1998 pojawiły się pierwsze odtwarzacze MP3, muzyka z komputerów przeniosła się z nami na ulicę, trafiając następnie do pamięci telefonów komórkowych i innych urządzeń przenośnych.

Zaczęto szukać jednak kolejnych rozwiązań i opracowywać inne formaty. Alternatywą dla MP3 stał się format AAC (od ang. Advanced Audio Coding). Konkurencyjnym dla MP3 i innych tego typu plików wykorzystujących strantne kodowanie jest także OGG Vorbis. Jest to również format stratnej kompresji, ale pozwalający uzyskać lepszą od MP3 jakość dźwięku przy zachowaniu podobnych rozmiarów pliku audio.

Po roku 2000 zmienił się zarówno rynek jak i podejście konsumentów, którzy oczekiwali od dźwięku znacznie więcej niż dotychczas. Ewoluował w pogoni za jakością również format MP3 do poziomu 320 kbit/s – te pliki zaczęto traktować jako pliki lepszej jakości. Zajmowały nieco więcej miejsca, ale pamięci przenośne i dyski twarde również powiększyły swoją zasobność. Wszystko szło w dobrym kierunku – jak najlepszej jakości dźwięku – bez utraty słyszalności niektórych dźwięków.

Nic w tym dziwnego, wszak jakość dźwięku w tym formacie jest znacznie wyższa niż w mocno skompresowanej „empetrójce”. Pliki FLAC mają wielokrotnie większy bitrate, a wykorzystywana w nich kompresja nie wprowadza dodatkowych zniekształceń. Nic więc dziwnego, że jest chętnie wybierany nawet przez melomanów, w przeciwieństwie do formatu MP3.

Jednak to, czy faktycznie usłyszymy różnice w brzmieniu między tym samym utworem zapisanym w MP3 a FLAC, zależeć będzie także od tego, na czym będziemy go odtwarzać. Na systemie wysokiej klasy i przy wykorzystaniu odpowiedniej jakości zestawów głośnikowych różnicę w jakości zauważymy natychmiast.

Format ALAC i M4A

M4A umożliwia kodowanie stratne jak i bezstratne. W wersji bezstratnej mamy styczność z oznaczeniem ALAC, czyli Apple Lossless Audio Codec. Współczynnik kompresji 2:1 umożliwia wraz z tym standardem kompresję sygnałów zarówno stereofonicznych jak i wielokanałowych w jakości 24 bit/192 kHz.

M4A to również standard, który jest dobrze znany użytkownikom urządzeń Apple. To właśnie w obrębie systemu tej firmy format zyskał popularność – materiały audio i wideo możemy zakupić i odtworzyć w oprogramowaniu iTunes. Wszystkie iPod’y również bazują na plikach z tym rozszerzeniem.

Apple zapewnia ogromną bazę płyt do zakupienia w tym standardzie, co z jednej strony jest plusem, a z drugiej niestety minusem, gdyż format ten jest bardzo mocno zintegrowany z ich systemami, nie dając aż takiej dostępności, jaką oferuje FLAC.

Format WMA Lossless (Windows Media Audio)

Algorytm doczekał się aktualizacji i już w 2003 roku powstała jego wersja bezstratna – Windows Media Audio 9 Lossless o identycznym rozszerzeniu pliku .wma ale niekompatybilna z wcześniejszym standardem.

WMA 9 Lossless tworzy duplikat oryginalnego pliku w stosunku 1:1, bit po bicie z kompresją 2:1 lub 3:1 w zależności od złożoności utworu muzycznego. Niestety format ten, bazując na licencji Microsoft kosztował swoje i nie doczekał się zbyt dużej ilości wdrożeń w sprzętach hi-fi. Był popularny jedynie wśród użytkowników systemu Windows, a nawet i ci chętniej wybierali FLAC-a przez wzgląd na jego ogólną dostępność.

Format APE

Format APE (Monkey's Audio) został opracowany przez Mathew T. Ashlanda i pozwala zmniejszyć bezstratnie rozmiar pliku audio do 40-50 proc. wartości pliku oryginalnego. To parametr nieco lepszy niż ten dostępny w formacie FLAC, jednak by to uczynić format z rozszerzeniem .ape do dekodowania sygnału mocno wykorzystuje pamięć i procesor, obciążając urządzenia. To właśnie z tego powodu nie stał się on na tyle popularny jak FLAC, gdzie użycie zasobów sprzętowych jest praktycznie żadne, a większość operacji rozwiązanych jest w oprogramowaniu.

Format APE jest ciągle rozwijany, o czym możemy poczytać na jego oficjalnej stronie. Zmiany przeprowadzane są praktycznie co kilka miesięcy, więc kto wie – może ten kodek kiedyś przegoni formaty dominujące na rynku obecnie.

Format MLP

MLP to standard opracowany przez firmę Meridian Audio początkowo do zastosowań z płytami DVD-Audio, które nie zdobyły popularności. Skupił się on na kompresji dźwięków wielokanałowych i w tym kierunku ewoluował.

Kompresja 1,5:1 pozwoliła twórcom na zapisanie 6 kanałów audio przy 96 kHz i 24 bitach przy przepustowości 9,6 Mbit/s. Nowa wersja standardu MLP poprawiła swoje wyniki dwukrotnie, osiągając przepustowość 18 Mbit/s i zwiększając liczbę dostępnych kanałów z 6 do 8. To dzięki zwiększeniu tych parametrów format ten jest obecnie wykorzystywany w bardzo popularnym standardzie Dolby TrueHD, często pojawiającym się na płytach Blu-ray.

Standard MQA

Rozwiązanie to zostało opracowane przez brytyjską firmę Meridian Audio. Po raz pierwszy MQA został zaprezentowany na konwencji AES w Los Angeles, która odbyła się w 2014 roku. Do zapisu plików zgodnie ze standardem MQA wykorzystywane są kontenery FLAC/ALAC (Free Lossless Audio Codec/Apple Lossless Audio Codec). Pliki audio obsługujące kodowanie MQA dostępne są m.in. w serwisach streamingowych. Znajdziesz je np. w Tidalu. Niezbędna jest jednak subskrypcja wersji HiFi tego serwisu, dająca dostęp do tysięcy albumów w jakości Master w desktopowej aplikacji TIDAL (są one dostępne w sekcji „Albumy w jakości Master Quality Audio”).

Obecnie MQA jest dość popularnym standardem bezstratnej kompresji używanym przez melomanów, którzy cenią go za jego jakość. MQA jest standardem często obsługiwanym przez odtwarzacze sieciowe. Zapewnia stosunkowo najlepszą jakość dźwięku przy zachowaniu możliwie najmniejszych rozmiarów plików poddawanych kompresji bezstratnej.