Mp3 VS flac в тракте High Fidelity

Противостояние формата сжатия с потерями Mpeg Layer 3 или Mp3 и форматов без деструктивной компрессии (flac, ape, wavepack и так далее) — это известная и очень жирная тема распаляющая споры уже много лет.
Я не вижу особого смысла в аргументах за тот или иной формат, так как любой желающий может самостоятельно послушать и flac и mp3 и вынести свое суждение, но, как я вижу, зерно спора именно в качестве аудиотракта. Владельцы компьютерных звуковых карт и мультимедийной системы чаще всего более активны в этом споре, а многие так же более активно используют, несмотря на оксюморон, именно хай-рез  аудио и хай-рез винил-рипы в таких системах.
Т.е. на самом деле, чтобы понять насколько качественно звучание MP3 и стоит ли его использовать вместо flac и идут эти споры — и так и звучит на самом деле этот вопрос.
Но почему вообще продолжаются споры, если так просто понять ответ? Очевидно по той самой причине, что далеко не у всех есть аудиотракт действительно высокой верности, чтобы оценить деструктивность изменений в аудиосигнале и все эти "священные войны" идут на самом деле между владельцами High Fidelity систем и компьютерной или кинотеатральной техники.

Sven HP-830F

Есть и еще одна причина — простая лень, когда не хочется вникать в эту мышиную возню. С одной стороны — сегодня 1 мегабайт на жестком диске стоит ничтожно мало и экономия в ущерб качеству (файлы mp3 двухкратно или более меньше по объему, чем файлы формата flac) кажется сомнительной.
Имея жесткий диск на 1 Тб стоимостью $65 вы сможете сохранить на нем примерно 3000 альбомов. Еще раз прочитайте эту строку и подумайте — неужели вам этого будет мало? Т.е. себестоимость хранения 1 альбома 2 цента (примерно 1 рубль 20 копеек).

Конечно в mp3 вы можете сохранить 6000 альбомов (320CBR) или даже 12000 (128CBR).
Но мне все равно не понятностремление подвергать даже теоретической деструкции аудиосигнал.
Я очень сомневаюсь, что кто-то из вас не знает в чем глобальное различие между mp3 и flac, но все же поясню.
Mp3 — формат сжатия с необратимыми потерями. Звук анализируется и по определенной психоакустической модели из него удаляется часть информации. Например компрессор считает, что если в какой то миг громко ударит барабан, то его звук по громкости перекроет звучание скрипки, так стоит ли хранить в фонограмме в этот момент звучание скрипки — и все что тише громкости барабанов в этот момент удаляется. Формат mp3 имеет битрейт, чем он выше, тем меньше информации выбрасывается из музыкального сигнала. Высший битрейт для mp3 равняется 320 кбпс (320 килобит в секунду). Напомню, что килобит — это не килобайт. Чтобы получит килобайт, нужно килобит разделить на 8. Т.е. битрейт 320 килобит пер секонд говорит о том, что за секунду отправляется поток  (непрерывный) размером в 40 кб. Следовательно можно посчитать, что для 5 минутной (60 секунд*5 минут=300 секунд) песни  ее размер в формате mp3 320 kbps составит 300*40=12000 кб или 12000/1024=11,7 Мб. Альбом из 14 песен будет иметь размер 11,7*14=164 мб.
В mpeg3 бывают разные методики битрейта — постоянный (CBR), переменный (VBR) и усредненный (ABR).
Постоянный битрейт, как задан, так и будет, например 320 кбпс, или 192, 128 и тд. Переменный битрейт VBR плавает — если место тихое, с малым количеством звуков, то битрейт ставится автоматически меньше и уменьшает размер сжимаемого файла.
ABR — это нечто среднее между CBR и VBR.
CBR имеет самый большой размер файла, ABR — самый маленький. CBR не имеет смысла использовать на битрейте отличном от 320 кбпс, так как он в таком битрейте даст самое лучшее качество из всех возможных в этом формате. Иначе — стоит выбрать другие методы (лучше ABR). Если же цель получить минимальный размер, то выбирается AVR.
Формат mp3 сам предполагает использовать определенные битрейты при следующих случаях:

• 32 кбит/с — как правило, приемлемо только для речи
• 96 кбит/с — как правило, используется для передачи речи или потокового звука низкого качества
• 128 или 160 кбит/с — начальный уровень кодирования музыки
• 192 кбит/с — приемлемое качество кодирования музыки
• 256 кбит/с — высокое качество кодирования музыки
• 320 кбит/с — наивысшее качество кодирования, поддерживаемое стандартом MP3

FLAC — фри лослес аудио кодек — свободный формат сжатия без потерь.
Flac не удаляет никакой информации из файла — его действия можно сравнить с архиватором умеющем хорошо запаковать именно аудио файл  с возможность его распаковать в оригинальный аутентичный вид.
Если обычный архиватор zip может сжать аудиофайл на 10-20%, то flac сожмет его на 30-50%!
Копия в формате FLAC дает гарантию того, что точный дубликат оригинальной записи может быть восстановлен в любое время.
Точное восстановление из архива с потерями MP3 невозможно.
И хотя мне в принципе не очень понятна аргументация хранения аудиозаписей в формате mp3 в 2017 году, давайте посмотрим, что теряет в звучании такой человек по сравнению с использованием формата flac.
Flac не единственный формат сжатия без потерь, например есть форматы ape, OptimFrog и другие, которые могут иметь даже лучшую компрессию (на 1-2%), но flac не требователен к мощности процессора при разжатии файла для воспроизведения и поддерживается большим числом аппаратных (реальных, железных) проигрывателей, в том числе переносных.

Для определения различий (и в какую сторону — лучше-хуже) в звучании MP3 и Flac я использовал аудиотракт довольно активно и с удовольствием используемый мной последние месяцы.
Это профессиональный усилитель Yamaha P2100 выпускавшийся с 1977 по 1979 год. В ритейле его стоимость составляла 120.000 йен.

Напольные акустические системы Diatone DS-77Z  (ВЧ — купол бор-титан 2.5 см (как в модели DS-1000Z), СЧ — титановый купол+арамид с тангенциальным подвесом — 10 см, НЧ — арамид сотовидной структуры — 31 см) выпускались в 1989 году по цене 120,000 йен за пару.

Как источник цифрыиспользовался персональный компьютер с внешней платой на чипе CM6631a (USB 2.0 High-Speed) и коаксиальный и оптический выход.

Преобразователем цифры выступал небрендовый китайский цап ($500) на двух трансформаторах на Sabre ES9018 +ОУ 2xMuses8920 + 2xAD797.

Так как вам скорее всего врятли, что-то скажет простое перечисление этого тракта, поэтому я проведу ценовые аналогии с современными изделиями, указав их стоимость, чтобы понять о каком ценовом диапазоне звука идет речь.
Усилитель Yamaha P2100 (120.000, йен 1977 год) в лоб сравнивался с современным усилителем Yamaha A-S1000 (~$1500) и его ощутимо превзошел показывая сопоставимый уровень звучания с более высокой современной моделью Yamaha A-S2100 (200.000 руб в pult.ru или 3400 долларов).  Подключение производилось по XLR.

Акустические системы Diatone DS-77Z в свое время в лоб сравнивались с напольными Tannoy DC6T revolution ($1800-2200, их более свежий аналог XT6F с аналогичной стоимостью $2200)  и их обошли во всех аспектах звучания показывая совсем иной класс.

Цап на Sabre ES9018 я могу противопоставить таким известным устройствам, как Wadia 121 и Mytek DSD192, т.е. это опять устройство стоимостью $1500-2000.

Суммирая можно сказать, что данный тракт имеет эквивалент в качестве звучания во всем аналогичный современной системе сумарной стоимостью около $7000.

Я мог бы подобрать и более дорогостоящую комплектацию, но чем она дороже, тем меньше людей владеют или слушали звук такого уровня, поэтому выбран такой самый доступный вариант, по рыночным ценам эти б/у компоненты сегодня можно купить к счастью вовсе не за 7000 долларов, а система обойдется (без учета стоимости компьютера) в 136000 рублей или $2300. Т.е. б/у система с таким же звучанием (при удачном подборе компонентов) стоит в 3 раза дешевле новой.
Я думаю вопрос о качестве теста ясен, а любителей слушать mp3 на Accuphase или McIntosh я оставлю чумиться по своему.
Я подобрал несколько композиций, преимущественно джазовых — Bill Evans, Diana Krall, Holly Cole, Sade.  Так же исследовал и более жесткие жанры — трэш и хэви метал — Metallica, Wasp, Tankard.

Использовалось самое высокое из возможных качеств mp3 — 320 kbps CBR.
Так же мне стало интересно проследить уровень деградации звучания при переходе в 192 kbps CBR.
Пережатие из flac в mp3 было произведено в программе foobar2000 посредством программы lame последней версии.
Последовательно несколько раз прослушивался вариант композиции в формате mp3 и flac и вот к каким выводам я пришел.
В музыке сжатой в формат mp3 320 килобит CBR качество достаточно высокое и узнаваемое, и для непритязательного слушателя (не аудиофила) вполне достаточное. Тут нет ситуаций, чтобы труба превратилась в писки или какие то странные модуляции, хотя и есть моменты, что меняются акценты на некоторые особенности звучания.
Главная и основная беда MP3 (и после этого никогда не говорите, что на слух нет никакой разницы между MP3 и Flac) в следующем:
НА MP3 ПОЛНОСТЬЮ ОТСУТСТВУЕТ СЦЕНА.
Звучание в формате MP3 из объемного раскатывается в тончайший плоский лист бумаги.

Почему этого не отмечали многие писавшие на эту тему? Ответ до безобразия элементарен — они не обладали аудиотрактом достаточно высокой верности. Сцена — элемент именно высокого класса High Fidelity. Искать ее на компонетах небольшой ценовой категории нереально, ее там просто не существует. Если же ваша система (источник, усиление, АС) имеют такой класс, что показывают вам без труда сцену (глубину и объемность звуков), то отсутствие сцены в mp3 — главное и первое, что вам бросается в уши.
Как в мультфильме Том и Джери, вы помните, как объемный кот Том попав под молот или кулак превращался в плоский-плоский блин — точно так же плющит объем музыкального произведения MP3 с высшим битрейтом (про малые битрейты 128 и речи уже нет, там всплывуь более глобальные проблемы).

Ну ладно, сцены нет, ну и ладно, у многих аппараты стоят в районе 1000 долларов и там этой сцены вовсе нет изначально. Вполне возможно они ничего не заметят. Но в данном случае в системе High Fidelity нормального уровня, в которой мы сегодня тестируем, это означает не только тот факт, что мир звука из объемного стал абсолютно плоским (как Земля из шара стала блином на трех китах),  а то, что потерялись все пространственные эффекты став просто звуками.

Mp3 прекрасно передает стереоэффекты — все летает и слева направо и обратно, но на самом деле у звука есть глубина и как это все звучит и действует на слушателя зависит от нее. Нет глубины — это просто звук, есть глубина — это уже не звук, а реальность — вы ощущаете откуда в глубине звук начинается и куда он последовательно раскатился (а не вдруг зазвучал в другой колонке — типа же "стерео").
Так же заметно некоторое минимальное упрощение звука, исчезает искра заставляющая вас поверить в присутствие музыкантов. Даже если на записи есть неудачные сибилянты, если есть сцена — они объемны и естественны, если сцены нет, то они превратятся в странное псыканье.
Можно ли легко отличить mp3 320 kbps от flac? Да это не стоит трудов и не нужно никакого особо слуха — во flac есть сцена (глубина, 3д-объем), mp3 — плоский в глубину как лист.
При прослушивании разных исполнителей я делал некоторые пометки о характере изменений в звучании mp3 по сравнению с flac и приведу их вам ниже:

Bill Evans
На фоне джазовой композиции щеточки из общего двухколоночного пространства просто ушли в 1 колонку, и стали громче, более явно различимы.
Вокал во flac находился в гипотетической середине имеет объем, в mp3 вокал стал как бы одновременно играть сразу из двух колонок и совершенно плоско.

Сцена на mp3 полностью отсутствует.
Есть в mp3 чуть уловимая потеря звуковой информации в чем то похожая на ленту или винил с тем отличием, что на виниле есть потерея информации по микронюансам, но нет потери сцены, а mp3 плностью теряет и сцены и микронюансы.

В этом плане mp3 худшая интерпретация винила из возможных.

Исчезли пространственные эффекты,просто играют инструменты из разных колонок не имея своего тела.

Holly Cole
Я использовал аудиофильную композицию «One-Trick Pony». Она создана потрясающе, в диком объеме, настолько глубоком, что даже в mp3 остается небольшое ощущение этого чувства.

Но в целом все так же остается плоским и из-за отсутствия пространственных эффектов в некоторые моменты вокал превратившись в плоскость одаривает сибилянтами, которые в принципе были на записи, но разбросанные в глубину сцены и оттого незаметные. В mp3 их спресовало в тончайший лист и они расцвели во всей своей сумме.

Sade
Явная потеря пространства, сцены, объемных эффектов. Все плоско, как лист бумаги.

Diana Krall
Потеря пространства/сцены, есть небольшое упрощение вокала.

Джаз отложем в сторону ибо это такой жанр, где сцена очень важна и является неотъемлемой частью музыкального произведения, но может быть mp3 найдет себе место под солнцем в более агрессивных жанрах, где давно уже используют большую динамическую компрессию для придания больше экспрессивности произведению — послушаем трэш-метал.

Metallica
Все так же mp3 теряет сцену, пространство, а соотвественно и весь кайф и искру от которой становится тяжеловато загореться.

Deep People, песня Speed King
Песня записана в изначально очень дерьмовом качестве и я подумал, что может на ней хотя бы не будет разницы с mp3, но нет.
Хотя запись — полный звиздец, но все равно, даже в ней, мп3 катком накатывает плоскоту.

ДРУГИЕ БИТРЕЙТЫ MP3
Да, а как же другие битрейты mp3? Я не стал пробовать заведомо неконкурентоспособные с 320 кбпс битрейты, а остановился на 192 кбпс.
Большой разницы в отличии от 320 кбпс я не почувствовал, да, местами потерялось чуть больше микронюансов, но вообще не принципиально. Такая же дикая плоскость, отсутствие сцены как и на всех предыдущих тестах mp3.

ИТОГО
"Итого" говорит о том, что даже если у вас сегодня нет тракта высокой верности высокого класса — это вовсе не исключает вероятности, что он у вас появится в ближайшем или не очень будущем, поэтому коверкать аудиозаписи упрощая их, лишая объема из за чуть меньшего размера, кажется мне крайне авантюрной затеей.
Это значит, что для домашнего Hi-Fi тракта и вовсе не стоит использовать mp3 с любым битрейтом.
В то же время mp3 в максимальном битрейте в целом хорошо звучат для слушателя и для прослушивания в агрессивной внешней среде (в автомобиле или переносном плеере) прекрасно себя оправдывают являя отличный вариант компактности и достаточного качества звучания.
Звучание Mp3-формата в недорогих аудиотрактах пока не исследовалось.