Количество высокочастотного контента в MP3 не может быть использовано для надежного прогнозирования качества файла. Поэтому мастеринг и миксинг инженеры не рекомендуют использовать частотные графики для оценки качества; «мы не слушаем глазами». Качество MP3 можно оценить только путем акустического тестирования, например, путем измерения прозрачности с помощью тестирования ABX.
Почему MP3 файлы не содержат яркие высокие частоты
MP3-кодеры, как правило, «пропускают» свой вход, обрезая самые высокие частоты. На это есть несколько причин:
- Человеческий слух имеет тенденцию резко падать где-то между 16 и 20 кГц, обычно ближе к нижней границе этого диапазона.
- На входе кодера вряд ли будет много, если таковые имеются, слышимого, музыкального (не шумоподобного) высокочастотного контента.
- Даже если источник имеет слышимый музыкальный контент выше 16 кГц, его сохранение отнимет ценное пространство, которое может быть использовано более низкими, более важными полосами частот.
- Формат MP3 имеет трудности с хранением контента выше 16 кГц, не жертвуя качеством и повышая требования к битрейту для более низких частотных диапазонов.
Пределы человеческого слуха
Человеческая слуховая чувствительность достигает пика на 1 или 2 кГц. Дети вообще не слышат выше 20 кГц, и этот верхний предел уменьшается с возрастом. Многие люди не слышат ничего выше ~ 18 кГц, даже тестовые сигналы. Это дает возможность ограничить частоты, о которых заботится MP3-кодер, только теми частотами, которые могут слышать люди.
См. также: Полная настройка LAME
Смысл форматов с потерями, таких как MP3, заключается в достижении прозрачности и экономии места, а жертвы приносятся способами, которые изменяют звук минимально слышимым образом. Удаление того, что может быть ультразвуковым, является эффективным способом достижения этой цели. Если вас не беспокоит экономия места или вы решили ошибочно считать любые жертвы аудио риском или снижением качества, то для спокойствия вам не следует использовать MP3 вообще; скорее, вы должны использовать формат без потерь.
Ограниченный высокочастотный контент в музыке
Характеристики музыки представляют дальнейшие причины для низкочастотного входа на MP3-кодировщик. Тихие звуки маскируются в пользу более динамичных и громких.
Музыкальные инструменты воспроизводят звук в диапазоне от 40 Гц до, примерно, 16 КГц. Как правило, каждый инструмент производит громкий, относительно низкочастотный основной тон, сопровождаемый многочисленными более тихими обертонами на высоких частотах. Хотя некоторые инструменты (тарелки, трубы) могут воспроизводить обертоны на высоких частотах, акустическая энергия выше 16 кГц настолько мала, что эти тона имеют тенденцию маскироваться гораздо более громкими низкочастотными звуками. Следовательно, большинство людей не могут отличить музыку, которая пропускает частоты выше 16 кГц, от музыки, у которой их нет. Когда разница заметна, она проявляется только в громких переходных процессах, таких как ударные тарелки. Соответственно, хорошо разработанные кодеры MP3 пропускают высокочастотный контент только тогда, когда он достаточно громкий или не будет маскироваться за другими звуками.
Высокочастотный шум проблематичен
По разным причинам электрические и электронные инструменты, а также аналоговое записывающее оборудование и микшерные пульты, как правило, создают электрический шум и другие «шипения», которые, будучи тихими и часто маскируемыми, хорошо распространяются на ультразвуковые частоты. Такой шум является относительно сложным сигналом, который может быть сложным и расточительным для кодирования в MP3. Низкочастотная фильтрация освобождает кодер, чтобы выделить больше места и качества для низких частот, которые вы слышите и к которым ваши уши гораздо более чувствительны. Не следует предполагать, что высокочастотный контент является музыкальным или что наличие такого контента даст слушателю почувствовать более высокое качество.
Проблема масштабного коэффициента 21 (sfb21)
Формат MP3 имеет техническое ограничение, которое вызывает компромисс: чем точнее кодируется самая высокая полоса частот (обычно 16 кГц и выше), тем больше места требуется для кодирования более низких полос частот с аналогичным качеством. Другими словами, если самые высокие частоты хорошо сохраняются, качество низких частот приносится в жертву, и битрейт должен быть значительно увеличен для данной компенсации (не всегда возможно получить полную компенсацию из-за 320 Кбит/с).
Хорошо спроектированный MP3-кодер будет разумно обращаться с sfb21, кодируя высокочастотный контент только тогда, когда это возможно, без существенного негативного влияния на качество низких частот.
