Качество звука обычно является оценкой точности, верности или разборчивости аудиовыхода электронного устройства. Качество может быть измерено объективно, например, когда используются инструменты для оценки точности, с которой устройство воспроизводит исходный звук; или оно может быть измерено субъективно, например, когда слушатели-люди реагируют на звук или оценивают его воспринимаемое сходство с другим звуком. [1]
Качество звука воспроизведения или записи зависит от ряда факторов, включая оборудование, используемое для его создания, [2] обработку и мастеринг, выполненные для записи, оборудование, используемое для ее воспроизведения, а также среду прослушивания, используемую для ее воспроизведения. [3] В некоторых случаях обработка, такая как эквализация , сжатие динамического диапазона или стереообработка, может применяться к записи для создания звука, 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 определенным электронным устройствам, таким как громкоговорители , микрофоны , усилители или наушники, качество звука обычно относится к точности, причем более качественные устройства обеспечивают более точное воспроизведение. Применительно к этапам обработки, таким как мастеринг записей, абсолютная точность может быть вторичной по отношению к художественным или эстетическим соображениям. В других ситуациях, таких как запись живого музыкального выступления, качество звука может относиться к правильному размещению микрофонов по комнате для оптимального использования акустики помещения .
Цифровое аудио хранится во многих форматах. Простейшая форма — несжатый PCM , где аудио хранится в виде серии квантованных аудиосэмплов, разнесенных на регулярные интервалы времени. [4] По мере того, как сэмплы размещаются ближе друг к другу во времени, могут быть воспроизведены более высокие частоты. Согласно теореме о дискретизации , любой сигнал с ограниченной полосой пропускания (который не содержит чистого синусоидального компонента), полоса пропускания B, может быть идеально описан более чем 2B сэмплами в секунду, что позволяет идеально реконструировать аналоговый сигнал с ограниченной полосой пропускания. [5] Например, для полосы пропускания человеческого слуха от 0 до 20 кГц аудио должно быть дискретизировано на частоте выше 40 кГц. Из-за необходимости отфильтровывать ультразвуковые частоты, возникающие в результате преобразования в аналоговый сигнал, на практике используются немного 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, которая добавляется к записи. Чтобы уменьшить ошибку квантования, можно использовать большую точность в каждом измерении за счет более крупных сэмплов (см. глубину звука в битах ). С каждым дополнительным битом, добавленным к сэмплу, ошибка квантования уменьшается примерно на 6 дБ . Например, аудио CD использует 16 бит на сэмпл, и поэтому шум квантования будет примерно на 96 дБ ниже максимально возможного уровня звукового давления (при суммировании по всей полосе пропускания)
Объем пространства, необходимый для хранения PCM, зависит от количества бит на сэмпл, количества сэмплов в секунду и количества каналов. Для аудио CD это 44 100 сэмплов в секунду, 16 бит на сэмпл и 2 канала для стереозвука, что дает 1 411 200 бит в секунду. Однако это пространство можно значительно сократить с помощью сжатия звука . При сжатии звука сэмплы обрабатываются с помощью аудиокодека . В кодеке без потерь сэмплы обрабатываются без отбрасывания информации путем упаковки повторяющихся или избыточных сэмплов в более эффективно сохраненную форму. Затем декодер без потерь воспроизводит исходный PCM без изменения качества. Сжатие звука без потерь обычно обеспечивает уменьшение размера файла на 30–50 %. Распространенные аудиокодеки без потерь включают FLAC , ALAC , Monkey's Audio и другие.
Если требуется дополнительное сжатие, можно использовать сжатие звука с потерями , например MP3 , Ogg Vorbis или AAC . В этих методах методы сжатия без потерь улучшаются путем обработки звука для снижения точности деталей, которые маловероятно или невозможно воспринять человеческим слухом, с использованием принципов психоакустики . После удаления этих деталей к остатку можно применить сжатие с потерями , чтобы значительно уменьшить размер файла. Таким образом, сжатие звука с потерями позволяет уменьшить размер файла на 75–95%, но при этом существует риск потенциального снижения качества звука, если важная информация будет ошибочно отброшена.
