Качество звука обычно представляет собой оценку точности, достоверности или разборчивости вывода звука с электронного устройства. Качество можно измерить объективно, например, когда используются инструменты для измерения точности, с которой устройство воспроизводит исходный звук; или его можно измерить субъективно, например, когда люди-слушатели реагируют на звук или оценивают его воспринимаемое сходство с другим звуком. [1]
Качество звука при воспроизведении или записи зависит от ряда факторов, включая оборудование, использованное для его создания, [2] обработку и мастеринг записи, оборудование, используемое для ее воспроизведения, а также среду прослушивания, используемую для воспроизведения. это. [3] В некоторых случаях к записи может быть применена такая обработка, как эквалайзер , сжатие динамического диапазона или стереообработка, чтобы создать звук, который значительно отличается от оригинала, но может восприниматься слушателем как более приятный. В других случаях целью может быть воспроизведение звука как можно ближе к оригиналу.
Применительно к конкретным электронным устройствам, таким как громкоговорители , микрофоны , усилители или наушники , качество звука обычно подразумевает точность, при этом устройства более высокого качества обеспечивают более точное воспроизведение. Применительно к этапам обработки, таким как мастеринг записей, абсолютная точность может быть второстепенной по отношению к художественным или эстетическим соображениям. В других ситуациях, например, при записи живого музыкального выступления, качество звука может зависеть от правильного размещения микрофонов в комнате для оптимального использования акустики помещения .
Цифровое аудио хранится во многих форматах. Самая простая форма — это несжатый PCM , где звук хранится как серия квантованных аудиосэмплов, расположенных через равные промежутки времени. [4] Поскольку сэмплы расположены ближе друг к другу во времени, можно воспроизводить более высокие частоты. Согласно теореме выборки , любой сигнал с ограниченной полосой пропускания (который не содержит чисто синусоидальной составляющей), полоса пропускания B, может быть идеально описан более чем 2B выборками в секунду, что позволяет идеально восстановить аналоговый сигнал с ограниченной полосой пропускания. [5] Например, для полосы пропускания человеческого слуха от 0 до 20 кГц звук должен дискретизироваться с частотой выше 40 кГц. Из-за необходимости фильтрации ультразвуковых частот, возникающих в результате преобразования в аналоговый сигнал, на практике используются несколько более высокие частоты дискретизации: 44,1 кГц ( CD audio ) или 48 кГц ( DVD ).
В PCM каждый аудиосэмпл описывает звуковое давление в определенный момент времени с ограниченной точностью. Ограниченная точность приводит к ошибке квантования — форме шума, который добавляется к записи. Чтобы уменьшить ошибку квантования, при каждом измерении можно использовать большую точность за счет более крупных выборок (см. Разрядность звука ). С каждым дополнительным битом, добавляемым к выборке, ошибка квантования уменьшается примерно на 6 дБ . Например, звук компакт-диска использует 16 бит на семпл, и поэтому шум квантования будет примерно на 96 дБ ниже максимально возможного уровня звукового давления (при суммировании по всей полосе пропускания).
Объем места, необходимого для хранения PCM, зависит от количества битов на выборку, количества выборок в секунду и количества каналов. Для аудио компакт-диска это 44 100 сэмплов в секунду, 16 бит на семпл и 2 канала для стереозвука, что дает 1 411 200 бит в секунду. Однако это пространство можно значительно уменьшить с помощью сжатия звука . При сжатии звука аудиосэмплы обрабатываются с помощью аудиокодека . В кодеке без потерь аудиосэмплы обрабатываются без отбрасывания информации путем упаковки повторяющихся или избыточных сэмплов в более эффективно сохраняемую форму. Декодер без потерь затем воспроизводит исходный PCM без изменения качества. Сжатие звука без потерь обычно позволяет уменьшить размер файла на 30-50%. К распространенным аудиокодекам без потерь относятся FLAC , ALAC , Monkey's Audio и другие.
Если требуется дополнительное сжатие, можно использовать сжатие звука с потерями, такое как MP3 , Ogg Vorbis или AAC . В этих методах методы сжатия без потерь улучшаются за счет обработки звука для уменьшения точности деталей, которые маловероятно или невозможно воспринять человеческим слухом, с использованием принципов психоакустики . После удаления этих деталей к оставшейся части можно применить сжатие с потерями , чтобы значительно уменьшить размер файла. Таким образом, сжатие звука с потерями позволяет уменьшить размер файла на 75–95 %, но существует риск потенциального снижения качества звука, если важная информация будет ошибочно отброшена.
