Document

1. Formaty kompresji stratnej: ten typ plików zapewnia najmniejszy rozmiar plików audio i jest obecnie najpopularniejszy. Specjalne algorytmy kompresujące usuwają z materiału tony najmniej słyszalne dla ludzkiego ucha. Obcinają one także częstotliwość sygnału dla tonów niskich i wysokich tuż poniżej i powyżej granicy słyszalności słyszalności. Istnieje kilka stopni kompresji. Im wyższy stopień tym niższa jakość.

mp3 – najpopularniejszy obecnie standard plików dźwiękowych. Algorytm kompresji polega na tym, że zostają usunięte te informacje o dźwięku, które są niesłyszalne lub mało istotne dla ucha człowieka. Program kodeka MP3 analizuje poszczególne pasma i na podstawie modelu psychoakustycznego określa z jaką dokładnością należy zakodować każde z nich i czy jest potrzeba uwzględnienia danego pasma. Pliki mp3 charakteryzują się dobrą jakością (przy przepływności 320kbps), małym rozmiarem, oraz największą kompatybilnością ze sprzętem wśród formatów audio. Producent: Moving Picture Experts Group

AAC – jest to usprawniony format kompresji stratnej względem mp3. Nie odniósł on jednak takiej popularności jak format mp3. Szersze grono odbiorców zyskał dzięki oparciu o ten kodek sklepu iTunes. Usprawnienia względem mp3 to między innymi:

– próbkowanie 8-96 kHz (MP3 16-48 kHz)

– do 48 kanałów (MP3 2 kanały w standardzie MPEG-1 i 5.1 w standardzie MPEG-2)

– skuteczniejszy i wydajniejszy

– lepsze przenoszenie częstotliwości ponad 15 kHz

– lepszy tryb kompresji sygnału stereofonicznego joint-stereo

WMA – Windows Media Audio. Format audio kompresji stratnej opracowany przez firmę Microsoft. Popularność zdobył dzięki rozpowszechnieniu go w systemach Windows wraz z wgranym odtwarzaczem Windows Media Player, który obsługuje odtwarzanie tego formatu. Obecnie duża część odtwarzaczy przenośnych oferuje obsługę tego typu plików. W porównaniu do mp3 cechuje się podobną jakością dźwięku przy znacznie mniejszym rozmiarze.

Ogg Vorbis – Jest to bardziej zaawansowana technicznie alternatywa dla formatu mp3. Działanie kodeka jest tak zoptymalizowane aby zajmowało jak najmniej pamięci obliczeniowej. W kodeku wykorzystywany jest zmienny stopień kompresji danych tzw. VBR wahający się w granicach 32-500kbps. W porównaniu do mp3 oferuje znacznie lepszą jakość dźwięku przy tym samym rozmiarze pliku. Nie zdobył dużej popularności.

a) Formaty kompresji bezstratnej: pliki zawierają takie same informacje o sygnale jak bliki bez kompresji, ale za pomocą specjalnych algorytmów kodowania i dekodowania możliwe jest zmniejszenie rozmiaru plików o połowę. Wraz z rosnącym miejscem użytkowym i zapotrzebowaniem na jak najwyższą jakość formaty bezstratne coraz śmielej radzą sobie na rynku plików audio.

FLAC – najpopularniejszy obecnie format kompresji bezstratnej. W porównaniu do plików mp3 oferuje taką samą informację o pliku jak formaty bez kompresji, ale za pomocą specjalnych algorytmów jego rozmiar jest mniejszy o około połowę. Kompresja FLAC wykorzystuje predykcję liniową – wartość pojedynczej próbki dźwięku jest przewidywana na podstawie wartości kilku wcześniejszych próbek, a zapisywana jest tylko różnica między wartością rzeczywistą a obliczoną. FLAC jest darmowym i otwartym kodekiem. Cechy:

-brak utraty jakości

-szybka kompresja

-dekodowanie w czasie rzeczywistym (małe wymagania sprzętowe)

-sprzętowe wsparcie odtwarzania

-strumieniowość

-metadane

-odporność na błędy

M4A / Apple Lossless – jest to kontener multimedialny który zawiera kodeki bezstratnych jak i stratnych formatów audio. Jego zaletą jest wielokanałowa bezstratna kompresja w jakości 24bit/192kHz przy zmniejszeniu rozmiaru pliku o połowę. Wadą jest silna integracja z iTunes i produktami Apple. Format rzadko używany na zewnątrz tego ekosystemu.

WMA / Windows Media Audio 9 Lossless – Format o identycznym skrócie jak stratny format audio Microsoft ale nie kompatybilny z nim. Jego możliwości to kompresja do kanałów w jakości 24bit/96kHz

APE – Darmowy format kompresji bezstratnej korzystający z innego algorytmu symetrycznego niż np. FLAC. Wymaga większej mocy obliczeniowej, ale daje lepsze rezultaty. Największą wadą tego kodeka jest niewielka ilość muzyki w tym formacie i wsparcia twórców.

MLP (PPCM) / Meridian Lossless Packing – standard bezstratnej kompresji sygnału PCM, stworzony przez firmę Meridian Audio, Ltd. Jest standardem bezstratnej kompresji dla płyt DVD-Audio. Pozwala na zapisanie do 6 kanałów audio przy 96 kHz i 24 bitach lub 2 kanałów przy 192 kHz i 24 bitach. Algorytm został wykorzystany przy zapisie formatu dźwięku Dolby TrueHD na płytach Blu-ray.

b) Formaty nieskompresowane: pliki te są oryginalnie przetworzonymi sygnałami analogowymi bez żadnej kompresji. Jakość takiego pliku zapisana jest częstotliwością próbkowania i rozdzielczością bitową a jedyne straty i zniekształcenia to wyłącznie te powstałe w wyniku kwantyzacji sygnału analogowego na cyfrowy. Największą ich wadą jest duże zapotrzebowanie na miejsce. Najważniejszym przedstawicielem jest format Wave (.WAV). Pliki te mimo dużego rozmiaru cieszą się dużą popularnością, gdyż w większości komputerów PC jest zaimplementowana ich obsługa.

Kompresja jest zniekształceniem oryginalnego sygnału polegającym na zmniejszeniu jego dynamiki. Jest to jednak zniekształcenie wprowadzane często celowo - po stronie nagrania kompresja stosowana jest w studio do dopasowania dynamiki naturalnego dźwięku do możliwości nośnika. W przypadku CD jest to maksymalnie 96 dB, podczas kiedy orkiestra symfoniczna ma dynamikę ok. 140 dB!

Najbardziej rozpowszechnionym formatem pakowania plików muzycznych jest mp3, choć istnieją bardziej wydajne i pozwalające na osiągnięcie większego upakowania bez pogorszenia jakości dźwięku. Wszystkie nowoczesne kompresory, takie jak: MP3, VQF, OGG itp., bazują na tej samej zasadzie działania.

Dźwięk jest to wrażenie słuchowe, które wywołane jest przez falę akustyczną, która rozchodzi się w ośrodku sprężystym czyli ciele stałym, cieczy oraz gazie. Wyróżnia się dźwięki nasilone oraz zmniejszone, a także te, które są słyszalne przez człowieka. Dźwięki słyszalne to określenie przypisywane brzmieniom z zakresu częstotliwości oraz natężeń, które człowiek potrafi sam zarejestrować przy odróżnieniu stopnia ich nasilenia.

Człowiek tak jak zwierzęta przyjmuje dźwięki słyszalne poprzez zmysł słuchowy. Natężenie dźwięku wyraża się za pomocą określenia postaci powierzchniowej gęstości mocy fali akustycznej. Bardziej praktykowane jest podawanie wartości natężenia dźwięku po uwzględnieniu skali logarytmicznej, której jednostką jest decybel.

Częstotliwość dźwięku słyszalnego może być odbierana w różny sposób przez jednostkę, ze względu na indywidualne uwarunkowania. Wraz z wiekiem zakres częstotliwości stopniowo zawęża się, dotyczy to szczególnie dźwięków wysokich. Problem niedosłuchu coraz częściej dotyka jednak także młodsze osoby. Zjawisko to spowodowane jest nadmiernym użytkowaniem słuchawek dousznych.

5. Wielkości charakteryzujące dźwięk (częstotliwość, wysokość, natężenie, głośność, widmo, barwa dźwięku

wysokość – związana z częstotliwością fali: wyższy dźwięk – większa częstotliwość;

głośność – związana z amplitudą fali: większa amplituda – głośniejszy dźwięk;

barwa – związana ze złożonością drgań źródła fali, pozwala rozróżniać brzmienie różnych instrumentów

Zapis na analogowym nośniku dźwięku jest dokładnie tym, co zostało odebrane przez urządzenie rejestrujące, np. mikrofon, w momencie nagrania. Dźwięk analogowy jest zapisywany na takich nośnikach jak płyta gramofonowa lub kaseta magnetofonowa. Dźwięk analogowy jest przeciwieństwem dźwięku cyfrowego.

Cyfrowy zapis dźwięku polega na zapisaniu kształtu sygnału w postaci ciągu liczb. Następuje to w procesie próbkowania. Kolejne naniesienia tych liczb na wykres pozwalają na graficzne przedstawienie przebiegu sygnału.

Układ służący do zamiany sygnału analogowego na sygnał cyfrowy. Dzięki temu możliwe jest przetwarzanie ich w urządzeniach elektronicznych opartych o architekturę zero-jedynkową oraz gromadzenie na dostosowanych do tej architektury nośnikach danych. Proces ten polega na uproszczeniu sygnału analogowego do postaci skwantowanej (dyskretnej), czyli zastąpieniu wartości zmieniających się płynnie do wartości zmieniających się skokowo w odpowiedniej skali (dokładności) odwzorowania. Przetwarzanie A/C tworzą 3 etapy: próbkowanie, kwantyzacja i kodowanie. Działanie przeciwne do wyżej wymienionego wykonuje przetwornik cyfrowo-analogowy C/A.