Cyfrowa muzyka - dzieje formatu MP3

Jeszcze kilkanaście lat temu cała dyskografia a co bardziej utytułowanego zespołu zajmowała sporo miejsca na półce. Dziś mieści się w kieszeni - razem z dziesiątkami innych. Jak to możliwe?

Wszyscy kłamią. Fraza ta ostatnimi czasy robi oszałamiającą karierę. Odnosi się również do przemysłu multimedialnego. Film, muzyka - to tylko złudzenie. Tak naprawdę we współczesnych mediach nie ma czegoś takiego jak ruch i  dźwięk. Obraz kinowy to mnóstwo malutkich punktów, składających się w statyczne klatki. Dopiero one - wyświetlane na ekranie z częstotliwością 24 na sekundę - zlewają się w płynną animację. Czujecie się okłamani? Z  cyfrowym dźwiękiem jest podobnie.

Po co MP3?

Reklama

W przeciwieństwie do ciągłego sygnału analogowego jest on podzielony tak, jak wspomniany wyżej obraz w  kinie - na próbki. Puszczamy wystarczająco dużą liczbę takich próbek po sobie w ciągu sekundy, a mózg interpretuje je jako jeden ciągły dźwięk. Ile musi ich być? Wszystko zależy od jakości, jaką chcemy uzyskać, choć jeśli mówimy o  muzyce, ich liczba idzie nawet w dziesiątki tysięcy. Do tego muszą być w odpowiedniej jakości, a  ta wyrażana jest w  bitach. Zdezorientowani? Popatrzmy na przykład.

Dźwięk na płycie CD zapisany jest z użyciem 16 bitów i częstotliwością próbkowania 44,1 kHz (czyli 44 100 próbek na sekundę!). Daje to strumień danych o wielkości nieco ponad 11 MB na minutę utworu. Jak łatwo policzyć, na jednej standardowej płycie CD można zapisać 74 minuty muzyki. Skąd ta liczba? Dokładnie tyle trwa IX Symfonia Beethovena, a że szef opracowującego standard CD koncernu Sony był melomanem, wymógł podobno na podwładnych takie, a nie inne parametry krążka. Chciał mieć nośnik, na którym klasyczne dzieło zmieściłoby się w całości.

A  gdyby tak upchnąć na tej samej przestrzeni z dziesięć razy tyle muzyki? Pomysł wydaje się świetny, tyle tylko, że praw fizyki nie przeskoczymy - by nagranie brzmiało dobrze, po prostu musi swoje zajmować, i kropka. Taka jest teoria. A praktyka mówi, że można jednak spróbować trochę oszukać i tym samym zaoszczędzić na objętości. Tak właśnie narodził się pomysł stworzenia formatu MP3.

By jednak skutecznie oszukiwać, trzeba wykorzystywać słabości przeciwnika. A  tych człowiek w  dziedzinie słuchu ma sporo. Największą jest chyba zakres słyszenia ludzkiego ucha. W  teorii odbieramy dźwięki o  częstotliwości do ok. 20 kHz - w praktyce wszystko zależy od indywidualnych predyspozycji. Dzieci i młodzież radzą sobie z bardzo wysokimi tonami bez większych problemów, dorośli już niekoniecznie. Śmiało można więc założyć, że ogółowi ludzi w muzyce do szczęścia nie są potrzebne dźwięki powyżej 16 kHz.

Artykuł pochodzi z magazynu CD Action - numer 09/2011 - Już w kioskach!

Najlepiej słyszymy te w paśmie 2-4 kHz - im bardziej wartość odbiega od tego zakresu, tym mniej wyraźny i cichszy jest dla nas dźwięk. Wynajdywaniem takich kruczków i wad ludzkiego słuchu zajmuje się dziedzina zwana psychoakustyką - to właśnie ona dała teoretyczne podstawy do powstania MP3, praktyką zaś zajęli się Niemcy.

Niemiecka myśl muzyczna

Tak na dobrą sprawę za początki prac nad kompresją dźwięku, które później przerodziły się w  tworzenie formatu MP3, należy uznać pierwsze próby transmisji muzyki w  kablach telefonicznych, które zostały podjęte już w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku. Nieco później przyglądano się możliwościom ludzkiego ucha, jednak tak naprawdę coś zaczęło się dziać dopiero w 1987 roku - wówczas niemiecki Instytut Fraunhofera do spółki z  Uniwersytetem Erlangen-Nuremberg zaczęły zmagać się z powołanym do życia dwa lata wcześniej programem Eureka - projektem naziemnego cyfrowego radia.

Prace szły bez większych problemów, ostatecznie jednak radio nie zyskało dużej popularności. Ale zajęcie się nim spowodowało, że w  1989 roku Karlheinz Brandenburg ukończył swój doktorat o  algorytmie OCF - protoplaście MP3, który dostarczał sporo rozwiązań technicznych, jakie później trafiły do opisywanego formatu. Swoją drogą ma facet luz - komuna pada na pysk, demoludy sypią się jak domki z kart, a ten sobie spokojnie dłubie w  czymś tak nieżyciowym i nikomu niepotrzebnym, jak kompresja dźwięku... Pozazdrościć spokoju ducha. I zdolności - podczas pracy nad doktoratem przyszły profesor nie tylko sam zbudował i zaprogramował sobie kartę dźwiękową, ale też wlutował ją wraz z napędem CD do superkomputera, który dostał do dyspozycji. A  musicie wiedzieć, że był to tak mocny sprzęt, że pięć sekund muzyki pakował w ciągu... godziny. Cóż, nikt nie mówił, że będzie łatwo.

Prace nad formatem

Pomimo gwałtownych przemian, jakie przechodziły w tym czasie Niemcy, praca doktorska Brandenburga nie poszła w odstawkę. Wprost przeciwnie - już w 1991 roku powołano międzyuczelniany zespół (również z  ludźmi z  Instytutu Fraunhofera), który na poważnie wziął się za udoskonalanie algorytmu OCF. Cel był jasny: prezentacja formatu w Hanowerze jesienią tego samego roku na forum międzynarodowej organizacji zajmującej się standaryzacją ISO. Po drodze wynikły jednak problemy: coś, co miało działać, nie działało. Dopieszczony w każdym calu kod, wychuchane dziecko już doktora Brandenburga, kodował muzykę tak, że uszy więdły. Nagrania testowe zamiast brzmieć czysto, atakowały słuchaczy kakofonią trzasków i  pisków. Coś ewidentnie nie grało - dosłownie i w przenośni.

Normalny człowiek siadłby i  zaczął sprawdzać, czy aby nie popełnił błędu w  oprogramowaniu - Niemcy byli jednak przekonani, że wszystko jest w  porządku. Jeden z  naukowców w  desperacji zaczął przeglądać plik wynikowy (czyli z grubsza: nic niemówiący ciąg zer i jedynek) i w ten sposób odkrył usterkę. Okazało się, że winny jest nie soft, a sprzęt użyty do kodowania. Nowiutki procesor Motorola 56000 nie radził sobie z konwersją liczb zmiennoprzecinkowych, co jakiś czas wyrzucając wynik w  zasadzie losowy, co powodowało zakłócenia. A że był to produkt nowy, nikt o  tym problemie wcześniej nie wiedział. Na zmiany w oprogramowaniu nie było czasu, więc Niemcy poprawili niedociągnięcia w kodzie "z palca" i  gotowy plik muzyczny wysłali na prezentację.

Wszyscy byli pod wrażeniem. To była rewolucja: wydajna kompresja, strat w  sygnale w  zasadzie nie było słychać. Tyle tylko, że... nikt nie miał pomysłu, co z  tą zaawansowaną technologią dalej zrobić. Po prostu nikomu wówczas nie była potrzebna. Przypomnijmy - to był rok 1991. Wtedy - dwadzieścia lat temu - nie istniały nawet wystarczająco silne komputery osobiste, które mogłyby odtwarzać taką muzykę, a  co dopiero upakowywać dźwięk w tym formacie. O przenośnych odtwarzaczach, telefonach i  innych urządzeniach, które wykorzystują dzisiaj standard MP3, nikt nawet się marzył. Wydawało się więc, że wykonano kawał dobrej, nikomu niepotrzebnej roboty...

Dowiedz się więcej na temat: muzyka | MP3

Reklama

Najlepsze tematy

Reklama

Strona główna INTERIA.PL

Polecamy

Rekomendacje