Como funciona a compactação de áudio e o que é áudio “sem perdas”?

Cum funcționează compresia audio și ce este audio „fără pierderi”?
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Ainda esta semana, o Spotify começou a testar arquivos de áudio “sem perdas”. Mas o que é áudio “sem perdas”, exatamente, e como funciona a compressão de áudio digital?

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Como Corrigir O Erro “Este Acessório Pode Não Ser Compatível” No IPhone

Como funciona a compactação de áudio?

O objetivo da compressão de áudio é reduzir o número de bits necessários para reproduzir um som analógico com precisão. O primeiro processo que veremos é chamado de “com perdas”. A compactação com perdas é uma técnica unilateral que descarta dados não críticos para economizar espaço. Essas técnicas são os métodos mais comuns usados ​​para compactar arquivos de áudio, aparecendo em arquivos MP3, AAC e WMA. Existem dois locais onde os codecs com perdas procuram para economizar bits: taxa de bits e psicoacústica.

Taxa de bits

sinal de compressão de áudio quantizado

A taxa de bits mede a quantidade de bits usados ​​para codificar um único segundo de áudio. Por exemplo, se usarmos a codificação de 8 quilobits por segundo (kbps) de baixa qualidade, nosso algoritmo se limitará a usar apenas 8 quilobits de dados para descrever cada segundo de áudio. É como tentar descrever uma fotografia colorida com apenas algumas centenas de pixels. Você pode acertar os traços amplos, mas no geral verá uma imagem gravemente degradada. Se usarmos uma taxa de bits de qualidade superior, como 192 kbps, teremos muito espaço para cobrir detalhes diferenciados. Para retornar ao nosso exemplo fotográfico, agora temos pixels suficientes para descrever as várias luzes, sombras e cores em uma imagem. Uma taxa de bits alta não determina a qualidade de uma gravação por si só, mas uma taxa de bits baixa pode limitar severamente a qualidade de saída.

Psicoacústica

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Psicoacústica é a ciência de como o cérebro entende os sons. Ao manipular peculiaridades conhecidas na maneira como os humanos percebem o som, os algoritmos de compressão podem remover habilmente detalhes que a maioria dos ouvidos humanos não deixará passar. O objetivo é “arredondar” informações que não mudem a qualidade de áudio percebida de uma faixa, removendo criteriosamente apenas informações sem importância.

Por exemplo, você pode saber a faixa típica de audição humana está entre 20Hz e 20kHz. Obviamente, sons fora dessa faixa podem ser removidos. Além disso, a faixa mais detalhada da audição humana está entre 100Hz e 4kHz, e a remoção de sons baixos fora dessas faixas de frequência causa danos mínimos à qualidade de uma gravação. Podemos fazer um truque semelhante com sons altamente contrastantes. Se um som muito alto e um som muito baixo forem reproduzidos ao mesmo tempo, o som baixo será muito mais difícil de perceber do que seria sozinho. Os codificadores aproveitam essa “máscara de som” para remover o som baixo, salvando bits no processo.

A frequência também pode afetar o quão bem percebemos os sons. Por exemplo, uma batida de bateria persistente e de baixa frequência tende a abafar os harmônicos mais delicados e de alta frequência dos instrumentos melódicos. E o mascaramento de som é especialmente eficaz acima de 15 kHz, onde a audição humana é normalmente menos sensível para começar.

Esquemas de compressão de áudio comuns, como MP3, tiram proveito de toda a gama de possibilidades de compressão enquanto tentam permanecer o mais fiel possível à gravação original. Claro, algumas pessoas acham que remover essas frequências causa sérios danos à gravação. É por isso que existem padrões de compressão sem perdas.

O que é áudio “sem perdas”?

auscultadores de compressão de áudio

O objetivo da compressão de áudio sem perdas é reduzir o tamanho do arquivo, deixando o áudio original intocado. Esses codecs não usam nenhuma das técnicas de compactação permanente acima, concentrando-se em métodos de compactação de dados totalmente reversíveis. Eles usam técnicas de compactação sem perdas emprestadas de algoritmos de compactação de arquivo como ZIP para remover dados redundantes enquanto preservam a integridade das informações subjacentes. Dois codecs populares de áudio sem perdas – FLAC e Apple Lossless (ALAC) – usam esquemas baseados em compactação ZIP.

Concentrar-se na compressão de dados significa apenas preservar muitos dos detalhes que o MP3 e outros padrões com perdas eliminariam. Se você tiver ouvidos aguçados e uma configuração de áudio de alta qualidade, a diferença pode ser palpável.

A compactação sem perdas não é boa apenas para ouvir: também é uma ótima ferramenta de armazenamento. Assim como você não gostaria que um JPG de 72dpi fosse a única cópia digital das fotografias de Ansel Adam, não queremos apenas MP3s de 128 kbps de “Kind of Blue”. Padrões sem perdas como o FLAC nos permitem armazenar áudio de forma eficiente sem jogar fora dados potencialmente valiosos. Eles também tornam a remasterização e redistribuição desse áudio mais fácil, já que começar com masters descomprometidos significa um produto final de maior qualidade.

Conclusão: você pode dizer a diferença?

Os formatos de áudio sem perdas permitem gravações com melhor som. Mas às vezes as diferenças entre um MP3 de alta qualidade e um arquivo sem perdas são quase imperceptíveis, especialmente para o ouvido não treinado. Se você quiser ver se seus fones de ouvido (e orelhas) são aguçados o suficiente para dizer a diferença, NPR tem um teste divertido; apenas tenha em mente que fones de ouvido baratos e alto-falantes de laptop não serão capazes de reproduzir as diferenças sutis entre áudio sem perdas e MP3s. Para uma análise mais séria dos codecs, confira Avaliações do codificador SoundExpert.

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