Ce este muzica Lossless (FLAC, WV, APE)?

Acest articol a fost tradus din limba rusă, şi dacă sesizaţi careva greşeli în terminologie vă rog să mă anunţaţi.

Parte introductivă nu este obligatorie, în plus poate părea destul de dificilă.

  Pentru început: DAC (Digit-to-Analog Converter) - este un dispozitiv care transformă semnalul digital într-o undă analogică sau invers. La noi e bineveit să-l numim ADC (Analog-to-Digital Convertor) şi/sau DAC (în corespundere de nevoile de a transforma un tip de sunet în altul).

  Aşa deci, "Lossless" în traducere din limba engleză înseamnă "fără pierderi". Din start spun că nu corespunde realităţii această afirmaţie, şi anume: toate sunetele din natură există în formă analogică, adică oscilaţii de o anumită frecvenţe. Ar fi naiv din partea noastră să credem că sunetul digitalizat va suna exact la fel ca şi cel din natură. Cauze ar fi o sumedenie: de la inexactitatea lucrului generatorilor tactici ai DAC pînă la perturbaţiile ce apar în cablurile prin care trece semnalul analogic. Aparatajul audio de performanţă (inclusiv cablurile performante) diminuează aceste perturbaţii (deşi nu le elimină complet). Dar să nu ne abatem de la temă. Vom vorbi despre sunet digital necomprimat care nu suferă din cauza cărorva perturbaţii, dar care este deformat în timpul stocării (conversieii).

  Cum putem în general stoca sunetul? Cu toţii ştim că metoda analogică de stocare a sunetului este foarte bună, dar are şi multe neajunsuri, şi anume: banda magnetică îşi pierde proprietăţile magnetice în timp, discurile de vinil îmbătrînesc şi încep a scîrţîi şi a "ţăc"ăni. De aceea este binevenit de a digitaliza sunetul (a-l transforma într-o formă binară ). Cum se face asta? Foarte simplu. Pentru reprezentarea unui semnal în formă digitală, acesta trebuie eşantionat. Prin eşationare, dintr-un semnal se extrag cadre (puncte) la intervale de T secunde. După eşantionarea unui semnal, acesta poate fi folosit de aplicaţii multimedia pentru a prelucra şi/sau stoca şirurile de biţi generate de unităţile ADC. Calitatea sunetului digital care se doreşte a fi obţinută depinde de numărul de biţi folosiţi pentru a reprezenta un cadru (un puct) şi de intervalul de timp dintre cadre (puncte). Fie că avem o undă sonoră ce poate fi definită prin graficul funcţiei f: R -> R. Calitatea sunetului este mai bună cu cît numărul de biţi este mai mare şi cu cît intervalul de timp dintre două cadre este mai mic. Funcţia noastră va avea valori concrete în acele puncte (bineînţeles rotunjite), şi dacă trasăm o curbă prin ele pe grafic vom obţine Interpolarea.

  Fiecare din noi a văzut un Audio Compact Disc (CD-DA). Pe un AudioCD avem înregistrate unde sonore de frecvenţa 44100 Hz la fiecare canal, cu toate acestea valorile funcţiei-undă vor fi numere întregi cuprinse între -32768 şi 32767. Teorema lui Shennon-Kotelnikov spune că o atare cuantizare ne permite a reda suficient oscilaţiile cu frecvenţă de pînă la 44100/2=22050 Hz. O atare discretizare  mulţumeşte majoritatea urechilor, nu însă şi a audiofililor. Audiofilii socot că frecvenţa discretizării de 44 kHz este insuficientă. Aşa şi este. Din această cauză înregistrarea şi prelucrarea sunetului se face la frecvenţe mari a discretizării pentru a micşora devierile. Mai mult ca atît, se foleseşte sunet de 24 biţi, şi nu 16 biţi cum e convenit pentru un CDDA. Dacă vă convine, putem face o analogie dintre frecvenţa discretizării şi rezoluţia unei imagini - cu cît e mai înaltă rezoluţia, cu atît mai clară va fi imaginea.


Partea principală, pe înţelesul tuturor.

  Informaţia ce se conţin într-un file WAV PCM, în principiu, nu se diferenţiază de cea înregistrată pe un AudioCD. Adică dacă am putea citi un AudioCD ca pe un Data-CD, vom vedea pe el nimic altceva decît .WAV file-uri. WAV este un file care a fost citit de pe AudioCD şi scris pe HDD (în limbaj mai uzual a fost RIP-uit). Să uităm pentru cîteva momente că procesul de citire de pe AudioCD poate decurge cu careva erori şi să analizăm o situaţie ideală. În cazul dat concluzionăm că procesul de copiere şi stocare a muzicii este lipsit de erori, deci nu se produce vreo pierdere de calitate a muzicii: ce am scris pe HDD, aia şi vom supune playback-ului. Ne întoarcem la erori: ca ele să nu apară în timpul procesului de citire, folosim soft-ul EAC (Exact Audio Copy). Îl configurăm după cum scrie aici. Atenţie: EAC neconfigurat corespunzător este egal cu ZERO.


  Dacă dorim să păstrăm muzica în formă neschimbată de pe un AudioCD e suficient sa-i facem Grab (Rip) în format WAV. Marea nenorocire este că audio-semnalul Stereo ocupă foarte mult spaţiu pe HDD: 80 minute de sunet este echivalentul a 700 MB. Din această cauză s-au inventat algoritmi de compresie a sunetului. Toţi aceşti algoritmii de compresie pot fi divizaţi în 2 grupe:
  -  Lossy (cu pierdere de calitate)
  -  Lossless (fără pierdere de calitate)
În acest caz noţiunea "Lossless" este totalmente justificată. Ce o fi înseamnînd asta? Păi iată: (1) file-urile compresate lossless vor fi identice după decompresie (dezarhivare) cu file-urile WAV (adică semnalul digital împachetat va fi recuperat totalmente pînă la ultimul bit, va fi identic cu cel incipient). Astfel nu vom vorbim de pierderi/nepierderi la nivel de transformări digital-analogic-digital a semnalului, ci la nivel de stocare şi împachetare o datelor digitale.

  (2) Atunci ce este Lossy?  MP3-ul vine în rol de cel mai popular reprezentant din această categorie. MP3 este un format de stocare a datelor sonore dar, spre deosebire de Lossless, procesul de compresie a sunetului se produce cu pierderi irecuperabile de  informaţie. Adică din spectrul unui cîntec se taie pur şi simplu frecvenţele înalte pe care omul nu le aude (dar asta nu înseamnă că nu le sesizează ). De menţionat că informaţia pierdută în timpul compresiei MP3 nu poate fi recuperată ulterior !!!

Exemplu de spectru al unui mp3 codat la 320 kbps cu LAME (este clar vizibil cum frecvenţele înalte sînt tăiate începînd cu 20 kHz):
 

This image has been resized. Click this bar to view the full image.

Şi ăsta e spectrul aceluiaşi cîntec dar în format WAV (frecvenţele urcă lin pînă la 21 kHz şi chiar mai sus):
 

This image has been resized. Click this bar to view the full image.

Diferenţele sînt evidente.

"Ce-i de făcut?" vă veţi întreba...Tot voi veţi spune că nu merită de ţinut 700 MB pe HDD doar pentru o mică diferenţă.
Explic: în primul rînd nu este o "mică" diferenţă, ci una foarte mare şi foarte sesizabilă. Ascultaţi mp3-urile voastre la o sistemă Hi-Fi preventiv spălînd urechile şi veţi sesiza diferenţa. În al doilea rînd nu-i chiar aşa gravă situaţia. Oricare utilizator de PC a întîlnit în viaţa lui arhive şi arhivatoare. Arhivînd un documet (de exemplu un fişier .DOC cu o poezie de Eminescu) cu WinRAR aţi văzut că ulterior el ocupă mai puţin spaţiu. Dar nu se opresc toate minunile aici. Dezarhivînd acel document aţi putut cu uşurinţă re-citi poezia, bineînţeles deoarece nici o informaţie nu a fost pierdută în timpul arhivării. Pe acelaşi principiu se bazează şi algoritmii de compresie Lossless. În rezultatul codării lossless calitatea rămâne identică cu cea a fişierului necompresat original.
Exemple de cei mai populari algoritmi de codare lossless:
FLAC (Free Lossless Audio Codeck)
WV (WavPack)
APE (Monkey's audio)


Pentru cei care încă n-au înţeles, explic în cel mai elementar mod:

Să presupunem că avem o foaie A4. Ea va fi cîntecul nostru în format WAV (a) direct de pe un CD muzical licenţiat (adică este de calitate superioara). Se vede că este netedă, frumoasă, dar şi ocupă mult spaţiu pe HDD. O compresăm cu un codec lossless, adică o encodăm în FLAC (b); din nou vedeţi că e destul de netedă, şi puţin mai mică. Cînd apăsăm PLAY, playerul automat decodează orice sursă în cel mai simplu format: WAV, şi anume asta e varianta care ajunge la urechile noastre: (c), şi ce minune !!! WAV-ul final (c) este identic cu WAV-ul iniţial (a), deci encodarea în FLAC nu a prejudiciat cu nimic calitatea sunetului.

This image has been resized. Click this bar to view the full image.

Acelaşi WAV calitativ (d), scos direct de pe un CD muzical licenţiat va fi encodat în mp3 de 320 kbps (e). Se vede bine că mp3-ul (e) este foarte mic, şi ne bucurăm de acest fapt...până când nu cumpărăm un sistem Hi-Fi decent, să nu zic chiar Hi-END, şi dintr-o dată ne trece bucuria-n scârbă cînd audiem la el un astfel de "cîntec" (e)... Am dat un sac de bani pe Hi-Fi şi totuşi ne pare că sună rău. Poate e defectat Hi-Fi-ul ? Sigur că nu. Defectat este "cântecul" nostru mp3 (am pus intenţionat ghilimele fiindcă eu nu socot un mp3 ca fiind un cîntec - este cel mai banal zgomot), care ajunge la urechile noastre în formă de desenul (f); şi acum comparaţi-l cu (a) sau (c). Cel care nu are probleme cu vederea va vedea cu siguranţă că (f) este boţit, ba chiar foarte boţit !!! şi nimic în lume nu-l va putea readuce la starea lui iniţială (d)...poate doar o minune. Presupun că înţelegeţi că: cu cît mai tare boţiţi foaia făcând-o mp3 (economisind spaţiu), cu atît mai boţită va fi varianta "WAV" (f), adică cea care ajunge la urecheea noastră !

This image has been resized. Click this bar to view the full image.

FAQ (cele mai frecvente întrebări):

  1. Î: Vor influenţa cumva calitatea sunetului encodările de tipul WAV --> FLAC --> WAV de n ori ?
     R: Nu ! [vezi punctul (1)]

  2. Î: Dacă transform un MP3 în FLAC, va fi cîntecul rezultat de calitate superioară?
     R: Categoric NU. Va fi calitatea mp3-ului iniţial de mărimea unui FLAC. [vezi punctul (2)]

  3. Î: Cum pot depista dacă un AudioCD e CD-DA sau MPEG (MP3)?
    R: Cel mai simplu mod este să asculţi CD-ul  dar presupun că nu toţi au un sistem Hi-Fi decent, sau dacă îl au, vine altă problemă: Ursul care a călcat pe ureche era fooaaaarte greu    În acest caz testezi CD-ul cu TAU Analyzer.
O altă alternativă este Adobe Audition.  (eu folosesc versiunea 1.5) cu plugin-urile necesare. Avantajele Adobe Audition faţă de TAU Analyzer: cântecele nu trebuiesc arse preventiv pe un AudioCD, şi se proceseaza destul de repede....DAR trebuie să ştii ce înseamnă o spectrogramă şi cum o citeşti.

  4. Î: Care algoritm de codare Lossless e mai bun din cele enumerate?
     R: Toate sînt la fel d.p.d.v. al conservării calităţii sunetului, variază doar timpul de encodare/decodare, precum şi gradul de compresie.

  5. Î: De ce un FLAC are bitrate variabil?
     R: Altfel nu poate fi. Toţi algoritmii de codare lossless folosesc tehnica Variable Bitrate. Prin această tehnică s-a ajuns la conservarea calităţii identice cu WAV într-un fişier mai mic decît WAV.

  6. Î: Un FLAC de 900 kbps e mai calitativ ca unul de 700 kbps ?
     R: Categoric NU. Ambele sînt la fel. [vezi punctul (1)]

  7. Î: Cu ce player pot deschide formatele FLAC, WV, APE?
     R: Winamp 5 prin intermediul plugin-urilor le deschide pe toate. La fel şi Foobar2000, AIMP

  8. Î: Cu ce programă pot arde pe CD formatele FLAC, WV, APE?
     R: Cu NERO + plugin-uri necesare, sau cu Burrrn, care apropo e Freeware şi are incluse toate plugin-urile pentru formatele sus-numite.


În fine, sper că v-am convins cît de rău este un MP3 şi cît de bun este Lossless (FLAC, WV, APE). Dacă nu, îmi pare rău pentru timpul meu şi al vostru pierdut în zadar. Pînă la urmă, doar calitatea va rezista timpului.