音樂文件格式到底是啥，有啥區別？（疑惑龍版）

音樂作爲一種連續的模擬聲波，已經以數字形式存在，這種從模擬到數字的轉換是所有數字音頻體驗的基礎。

數字音頻系統將連續的模擬波形轉化爲離散的數字數據，這個過程決定了我們存儲、傳輸和播放音樂的方式。數字化的質量及其後續存儲直接影響我們所聽到的聲音的保真度。

在數字音頻領域，採樣率、位深和比特率是決定音質的三大基石。

數字音頻的三個核心參數！

採樣率，定義了每秒從連續模擬信號中獲取樣本以創建離散數字信號的數量。它以赫茲（Hz）或千赫（kHz）爲單位測量。

可以將其類比爲高幀率會帶來流暢、逼真的運動體驗，而低幀率則會導致畫面卡頓。同樣在音頻中，更高的採樣率能夠更準確地描繪音頻信號。

更高的採樣率允許捕獲更高的頻率，從而帶來更寬的頻率響應。

雖然對於人類聽覺範圍（約20 kHz），40 kHz的採樣率足以實現完美重建可聽的頻譜。但是許多權威機構和高分辨率格式推薦使用更高的採樣率例如96 kHz或192 kHz。其核心在於提高可聽頻率範圍內的音頻準確性和純淨度。

更高的採樣率能夠精確捕獲聲音細節和瞬態響應，例如敲擊鼓時聲音的突然變化，從而帶來更細緻、更乾淨的聲音。此外增加的採樣率使得數字音頻波形更接近原始模擬信號，從而減少失真並提高信號保真度。

但更高的採樣率意味着每單位時間處理更多數據，從而增加了系統處理能力的需求，並導致更大的文件大小。對於大多數聽衆而言，特別是使用普通播放設備時，超出44.1 kHz或48 kHz的感知改進其實微乎其微。

位深指的是用於表示每個數字音頻樣本幅度（音量）的二進制位數。它直接對應着每個樣本的分辨率。

分辨率表示在範圍內可以表示的離散值數量。例如，16位音頻有2^16 = 65536個可能的幅度值，而24位音頻則有2^24 = 16777216個值。這種指數級增長爲幅度測量提供了更精細的“網格”。

a.對聽感的影響：動態範圍

更高的位深與更大的動態範圍直接相關。動態範圍是指可以捕獲和再現的最響亮和最安靜聲音之間的差異。

16位：約96 dB的動態範圍，是CD質量音頻的標準。

24位：將動態範圍擴展到約144 dB，成爲專業錄音室的事實標準。

32位浮點：更大的動態範圍（理論上爲1528 dB），實際上提供了“無限”的淨空和遠低於人耳感知範圍的底噪。

更高的位深會降低量化噪聲的底噪。從而使得音頻中更安靜的細節能夠被捕獲，而不會被數字嘶嘶聲或噪聲掩蓋。

比特率指的是音頻文件中每單位時間處理的數據量，通常以千比特每秒（Kbps）爲單位測量。

它描述了轉換爲音頻的數據量。

更高的採樣率和更高的位深都會增加音頻文件中的信息量。因此，這會增加文件大小，並且通常需要更高的比特率來保持這些細節。

對於未壓縮的PCM音頻，比特率等於採樣率（Hz）× 位深（bit）× 聲道數。

例如CD質量（44.1 kHz，16位立體聲）的比特率爲44100 Hz × 16 位 × 2 聲道 = 1411.2 Kbps

比特率最常在壓縮音頻格式的背景下討論，其中算法通過刪除數據來減小文件大小。

比特率主要有兩種類型：

恆定比特率： 確保整個文件的數據速率一致，使得文件大小可預測，對於流媒體或存儲有利。但在聲音複雜的音頻部分可能會導致音質下降。
可變比特率： 每秒處理的數據量在整個音頻文件中變化，複雜部分使用更多數據，簡單部分使用更少數據。所以通常提供更好的音質，因爲它能更準確地表示原始聲音，但會導致文件大小不可預測。

a.對聽感的影響

更高的比特率通常意味着更好的音質。因爲每秒處理的數據更多，從而更準確地再現原始聲音。

相反，較低的比特率，尤其是在有損格式中，意味着更多數據被丟棄，導致細節、深度和清晰度明顯下降。

雖然比特率越高通常越好，但回報會遞減，尤其對於有損格式。

對於MP3，128 Kbps通常被認爲是休閒聆聽可接受的，192 Kbps提供不錯的清晰度，而256-320 Kbps則提供增強的豐富度和接近CD的音質。低於約90 Kbps時，人耳會注意到音質的顯著下降。

比特率體現了音質和文件大小之間的權衡。更高的比特率導致更大的文件，這對於存儲容量和互聯網帶寬使用來說是一個重要的考慮因素。

MP3
- 比特率： 支持廣泛範圍，通常從32 Kbps到320 Kbps。常見比特率包括128 Kbps（可接受）、192 Kbps（更高質量）和320 Kbps（接近CD質量）。
- 採樣率： 支持16 kHz至48 kHz。
- 位深： 最大16位。
AAC and OGG
- 比特率： 支持任意比特率和可變幀長。一般在相同比特率下提供比MP3更好的音質。
- 採樣率： 範圍比MP3更廣，從8 kHz到96 kHz。
- 位深： 16位或24位。
- 特點： 比MP3更高效的壓縮，在給定文件大小下提供更好的感知音質。它也是許多設備和流媒體服務如Apple Music和Spotify的默認音頻格式。

FLAC
- 比特率：可變比特率，通常在800 Kbps到1400 Kbps之間。
- 採樣率：支持高達192 kHz。
- 位深：16位或24位編碼。
- 特點： 完美保留原始音質，文件大小約爲未壓縮WAV文件的一半，兼容性良好。
WAV
- 比特率： 根據採樣率、位深和聲道數而顯著變化。對於CD質量（16位/44.1 kHz立體聲），比特率爲1411.2 Kbps。對於更高分辨率如192 kHz的32位立體聲，可高達9.2 MBPS（9200 Kbps）。
- 採樣率： 靈活性高，支持高達192 kHz，理論上甚至高達4.3 GHz。
- 位深： 支持廣泛範圍，包括8、16、24和32位。
- 特點： 由於未壓縮，保留了最高音質，導致文件大小最大。常用於專業音頻製作和存檔。
ALAC
- 編碼： 蘋果專有的無損音頻壓縮技術，現已開源。
- 比特率：比特率是可變的，取決於源分辨率，與FLAC相當。
- 採樣率： 支持從44.1 kHz到192 kHz。
- 位深：16位或24位。
- 特點：類似於FLAC，但在蘋果生態系統中集成度高。