Codec e bitrate, quanto incidono sulla qualità degli MP3?

Panoramica sui codificatori più diffusi, in grado di comprimere le dimensioni di un file musicale

aprile 2004 Il mondo dell'MP3 si sta muovendo lentamente verso
l'uso di bitrate (espresso in Kbps, indica la quantità
di bit utilizzati per ogni secondo di musica) più elevati, per migliorare
la qualità.

A parità di codec (codificatore/decodificatore), la
qualità migliora all'aumentare del bitrate, ma è molto difficile
parlare di “raddoppio della qualità”, visto che la qualità
non è un fattore numerico.

Un'idea possiamo farcela consultando la tabella di corrispondenza tra
bitrate e qualità degli stessi laboratori Fraunhofer,
ideatori dell'MP3, che riportiamo più in basso: secondo questa
tabella, la qualità di un MP3 a 64 Kbit/s sarebbe pari a quella delle
trasmissioni radio FM, mentre chiunque abbia un car stereo di qualità
sa bene che le trasmissioni radiofoniche sono molto più pulite, con acuti
più chiari ed assenza di artefatti rispetto ad un MP3 a 64 Kbit/s.

Molto ottimistica è poi la definizione di “qualità
CD
” per gli MP3 da 112 a 128 Kbit/s: la stessa tabella riporta
una larghezza di banda di 15 KHz, mentre quella di un CD audio è ben
superiore e arriva a 22,05 KHz. Ricordiamo che la larghezza di banda
indica lo spettro di frequenze audio riproducibili, dai bassi agli
acuti (quella dell'orecchio umano è di circa 20 KHz),

La qualità ancora inarrivabile del CD
Il dato comunque interessante che non si evince dalla tabella è che le
frequenze riprodotte dall' MP3, anche a parità di larghezza di
banda, non sono quelle originali, ma sono state tagliate in base ai cosiddetti
modelli percettivi, ovvero una serie di complesse formule matematiche
che "tagliano" i dati audio meno significativi per la qualità
dell'ascolto.

Per cui saranno mancanti di suoni considerati poco udibili, il che porta ad
uno “svuotamento” degli strumenti che suonano in sottofondo e ad
un appiattimento dell'immagine stereofonica.

La verità è che solo un CD, o un file WAV a 16 bit/44,1 KHz (bitrate
1.440 Kbit/s), è “qualità CD”.

Nemmeno utilizzando bitrate superiori, sino al massimo di
320 Kbit/s, si ottiene la qualità CD, ma la qualità del suono
migliora, per il semplice fatto che, avendo a disposizione una maggiore quantità
di dati al secondo, gli algoritmi MP3 possono tagliare meno frequenze, lasciando
l'audio più vicino a quello originale.

Dunque ci si avvicina maggiormente alla qualità CD, pur non potendola
raggiungere (i dati sono comunque compressi e tagliati di un fattore 4,5), e
se gli audiofili sentiranno comunque sempre la differenza (ci sono orecchi talmente
allenati da trovare difetti persino nell'audio CD, tanto che sono stati
ideati nuovi formati come Super Audio CD e DVD Audio per migliorare la qualità
del suono), sempre più ascoltatori faranno fatica a distinguere l'MP3
dall'originale, e potranno ritenersi soddisfatti dell'ascolto.

Ascoltare i brani anche su diffusori adeguati
Dunque un bitrate elevato offre sempre un miglioramento reale, e a seconda dello
stile musicale e della tessitura del singolo brano il miglioramento può
essere decisivo oppure inutile, perché molti brani suonano già
bene a 128 Kbit/s.

Fondamentale è anche dove viene ascoltata la musica, se si usano casse
per PC da 1W è difficile sentire differenze qualitative, mentre su un
impianto HiFi esoterico l'MP3 rischia di essere quasi un'offesa.

L'importanza dei codec
Tutto quanto è stato scritto a proposito del bitrate è valido
“a parità di codec”, ovvero utilizzando lo stesso algoritmo
di codifica, ma la qualità degli algoritmi è molto variabile,
in quanto cambia il modello percettivo, fondamentale controllore delle fasi
di compressione.

Chi meglio riesce ad imitare la percezione naturale otterrà
i risultati migliori, in quanto le frequenze tagliate saranno effettivamente
quelle meno udibili e significative, mentre un codec con modello percettivo
poco realistico produrrà brani piatti e svuotati di frequenze importanti.

Inoltre, un cattivo codec introduce facilmente “artefatti”; ovvero
suoni non presenti nell'originale derivati da una cattiva quantizzazione
di alcune frequenze, soprattutto se l'originale non è perfetto.

Come la maggioranza delle cose nel mondo informatico i codec si evolvono, dunque
oltre al tipo di codec è importante che questo sia recente, aggiornato
in base ad algoritmi sempre più potenti.

I codec si dividono in due categorie, “veloci”
e “lenti”. Tra i principali codec veloci ci sono Blade,
QDesign e Xing
, rapidi a comprimere ma di qualità medio-bassa,
tra quelli lenti ma di alta qualità il Fraunhofer ed il Lame,
quest'ultimo gratuito e particolarmente valido per i bitrate elevati.

Con la codifica Fraunhofer si possono ottenere buoni risultati
anche a 128 Kbit/s, e a 320 Kbit/s la maggioranza degli ascoltatori non riuscirà
a distinguere l'MP3 dall'originale, mentre comprimendo con Xing
o Blade
a 128 Kbit/s si notano artefatti evidenti, e solo a 256 Kbit/s
l'audio raggiunge la qualità di un MP3 a 128 Kbit/s compresso con
Fraunhofer.

L'algoritmo Xing appena uscito aveva i vantaggi del minor costo in termini
di diritti rispetto al Fraunhofer e di una maggiore velocità di codifica
(fu anche il primo ad implementare la codifica VBR, a bitrate variabile), ma
oggi la potenza dei processori è tale da rendere meno importante questo
fattore.

L'algoritmo Lame ha i vantaggi di non dover pagare diritti
e di avere una qualità notevole soprattutto con bitrate elevati: un MP3
a 128 Kbit/s codificato con Lame è inferiore ad uno compresso con Fraunhofer,
ma nettamente superiore a Xing, e a 256 Kbit/s Lame ha una qualità pari
a Fraunhofer.

Dunque al momento Lame è la scelta migliore per chi
può permettersi file di dimensioni maggiori, mentre chi deve stare attento
alle dimensioni, magari perché deve offrire file su un sito Web amatoriale
o perché possiede un player MP3 dalla memoria limitata, fa bene a pagare
per ottenere un encoder Fraunhofer.

Xing, Blade e gli altri algoritmi più veloci non sono da consigliare se si
presta attenzione alla qualità.

Considerazioni generali su qualità e bitrate
Per avere una qualità accettabile dalla maggioranza degli ascoltatori,
usando un codec di qualità come Fraunhofer, il bitrate normalmente utilizzato
(128 Kbit/s, 1 MB al minuto) è spesso sufficiente, soprattutto se in
brani hanno una gamma di frequenze ristretta.

Per alcuni brani, o per orecchi più sensibili, è necessario un
bitrate superiore, come 256 Kbit/s, (2 MB al minuto, 1/5 del corrispondente
WAV).

Bitrate di 64 Kbit/s sono sempre insufficienti, e con codec di scarsa qualità
come Xing o Blade risultano praticamente inascoltabili.

Dobbiamo infine sfatare un falso mito: non è possibile indicare
generi musicali che necessitino un bitrate maggiore
, la musica classica
può talvolta essere resa in modo accettabile a 128 Kbit/s, perché
utilizza frequenze ristrette, mentre alcuni brani di musica rock o pop possono
soffrire perché i timbri di sintetizzatore e le voci umane subiscono
facilmente l’effetto “artefatti”.

Solo la musica lirica, da sempre la più difficile da
riprodurre, e il jazz (per l’uso dei piatti, facili a
subire artefatti) sono certamente poco adatti all’MP3 e richiedono i bitrate
più alti.

I risultati variano comunque da brano a brano, e non è
possibile dare una regola generale. Bisogna ricordare che l’audiofilo,
il musicista o il patito di alta fedeltà riescono comunque quasi sempre
a distinguere un MP3, anche a 320 Kbit/s, dall’originale su CD audio,
dunque se si ha lo spazio, i file WAV o i codec senza perdita di informazioni
come WMA9 Lossless o FLAC (Free Lossless Audio Codec) avranno sempre una qualità
superiore all’MP3, anche se con dimensioni da 2 a 4 volte superiori ad
un MP3 a 320 Kbit/s.

Qualità degli MP3 a seconda del bitrate

Qualità audio Larghezza di banda Modalità Bitrate Fattore di compressione
Telefono 2,5 kHz mono 8 kbps 96:1
Radio onde corte 4,5 kHz mono 16 kbps 48:1
Radio AM 7,5 kHz mono 32 kbps 24:1
Radio FM 11 kHz stereo 56-64 kbps 26-24:1
Quasi-CD 15 kHz stereo 96 kbps 16:1
CD >15 kHz stereo 112-128kbps 14-12:1

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