Bartłomiej Banasik, Krzysztof Bajerowski ;Informatyka Stosowana; rok 2012; grupa: 1;

Temat nr 2 : Audio Conversion

Na zajęciach z dnia 30.10.2012 naszym zadaniem było zapoznanie się z możliwościami obróbki dźwięku oraz różnicami w formatach zapisu plików dźwiękowych. W tym celu pomogą nam darmowe programy „Audacity” oraz „GoldWav”, które mają możliwość filtracji dźwięku oraz umożliwiają konwersję pomiędzy różnymi formatami zapisu. Najpierw musieliśmy zdobyć 3 próbki dźwięku(rozmowa oraz muzyka nagrana przez mikrofon oraz plik ściągniety z sieci) po 15 sekund każda.Następnie użyliśmy ich w naszych testach. Przybliżę teraz opis oraz podstawowe parametry programów, w których pracowaliśmy:

Program „Audacity” – jest darmowym edytorem plików dźwiękowych, stanowiącym bezpłatną alternatywę dla takich programów jak Cool Edit Pro i WaveLab. Jego głowne zadania to nagrywanie i odtwarzanie dźwików, importowanie i eksportowanie plików w formatach MP3, WAV, AIFF, Ogg Vorbis i innych.
Audacity umożliwia edycję ścieżek dźwiękowych z wykorzystaniem wycinania, kopiowania i wklejania(z możliwością dowolnego cofania wykonancyh operacji), miksowania sćieźek oraz dodawanie efektów(echo, usuwanie szumu, normalizacjia itp.) a także umożliwia korzystanie z wtyczek efektowych BST i LADSPA. Program posiada także wbudowany edytor obwiedni/amplitudy, regulowany moduł do wyświetlania spektorgramów i analizy częstotliwościowej dla programów do analizy audio.
Parametry i charakterystyka programu:
-w części spolszczony interfejs,
-ważniejsze obsługiwane formaty: WAV, MP3, OGG-VORBIS,
-zastosowany koder/dekoder MP3; LAME-3.93.1(wysokiej jakości),
-alternatywny kodek: OGG VORBIS(jakościowo lepszy od MP3),
-import plików MIDI, AIFF, NEXT/AU, IRCAM,
-praca z wtyczkami,

Program „GoldWav” – to proste w obsłudze i niezwykle rozbudowane, jak na swoje niewielkie rozmiary narzędzie do odtwarzania, nagrywania, edycji oraz konwersji dźwięku.
Program oferuje wbudowany odtwarzacz plików aduio, który zintegrowany został z narzędziem do nagrywania dźwięku z dowolnego źródła. Przy jego użyciu odsłuchamy ulubione piosenki, dostosujemy ich podstawowe parametry odtwarzania jak głośność, balans czy też szybkość, a także zapiszemy na dysku komputera dźwięk z mikrofony, starych kaset magnetofonowych, płyt gramofonowych itp. Nie zabrakło również zestawu przydatnych filtrów i efektów, z pomocą których usuniemy szumy iwszelakie zakłócenia z naszych plików dźwiękowych, usuniemy wokal z piosenek, zmienimy ton głosu wykonawcy oraz wiele, wiele więcej.
Program pozwala także na edycję plików dźwiękowych, wycinanie wybranych fragmentów, łączenie kilku plików dźwiękowych w jeden, przeprowadzanie normalizacji dźwięku, stosowanie różnego rodzaju wzrostu głośności i wyciszania odpowiednio na początku lub końcu utworu, wyłączanie wybranych kanałów itp. Zapis audio możliwy jest do takich formatów jak :WAV, MP3, XAC, AIFF, AIFFC, IFF, AU, VOC, SND, SDS, SMP, VOX, MAT, M4A,FLAC, OGG, WMA.

Przejdźmy teraz do prezentacji wyników poszczególnych testów. Zacznijmy od parametrów 3 próbek dźwiękowych które są widoczne na zrzutach ekranu poniżej:

Próbka I(rozmowa)-rozmiar 2.59MB

Próbka II(muzyka)-rozmiar 2.55MB

Próbka III(plik dźwiękowy)-rozmiar 1.25MB

Wszystkie próbki są w formacie wav.

Kolejne testy przedstawimy w tabelce:
Dla próbki I:

Nr.Testu	Program	Plik zapisu	Jakość/ typ	Czas kompresji	Częstotliwość próbkowania	Rozmiar	Bitrate [kb/s]
1	Goldwave	WAV	signed 16bit PCM	0.1s	44100Hz	2.59MB	1411
2	Goldwave	WAV	signed 24bit PCM	0.1s	44100Hz	3.89MB	2116
3	Goldwave	WAV	signed 32bit PCM	0.1s	44100Hz	5.18MB	2822
4	Audacity	MP3(c)	48kb/s	0.5s	44100Hz	90.6KB	48
5	Audacity	MP3(c)	112kb/s	0.5s	44100Hz	211KB	112
6	Audacity	MP3(c)	256kb/s	0.5s	44100Hz	484KB	256
7	Goldwave	FLAC	Low/Fast 24bit	0.1s	44100Hz	2.57MB	1403
8	Goldwave	FLAC	Medium 24bit	0.1s	44100Hz	2.53MB	1378
9	Goldwave	FLAC	High 24bit	0.1s	44100Hz	2.34MB	1276
10	Audacity	OGG	Quality 2	1s	44100Hz	149KB	10/12
11	Audacity	OGG	Quality 5	1s	44100Hz	231KB	15/16
12	Audacity	OGG	Quality 9	1s	44100Hz	526KB	35/33

Dla próbki II:

Nr.Testu	Program	Plik zapisu	Jakość/ typ	Czas kompresji	Częstotliwość próbkowania	Rozmiar	Bitrate [kb/s]
1	Goldwave	WAV	signed 16bit PCM	0.01s	44100Hz	2.55MB	1411
2	Goldwave	WAV	signed 24bit PCM	0.01s	44100Hz	3.83MB	2116
3	Goldwave	WAV	signed 32bit PCM	0.01s	44100Hz	5.11MB	2822
4	Audacity	MP3(c)	48kb/s	0.5s	44100Hz	89.3KB	48
5	Audacity	MP3(c)	112kb/s	0.5s	44100Hz	208KB	112
6	Audacity	MP3(c)	256kb/s	0.5s	44100Hz	477KB	256
7	Goldwave	FLAC	Low/Fast 24bit	0.1s	44100Hz	2.90MB	1604
8	Goldwave	FLAC	Medium 24bit	0.2s	44100Hz	2.57MB	1419
9	Goldwave	FLAC	High 24bit	0.4s	44100Hz	2.20MB	1215
10	Audacity	OGG	Quality 2	1.5s	44100Hz	133KB	10/12
11	Audacity	OGG	Quality 5	1.6s	44100Hz	213KB	15/16
12	Audacity	OGG	Quality 9	1.7s	44100Hz	428KB	35/33

Dla próbki III:

Nr.Testu	Program	Plik zapisu	Jakość/ typ	Czas kompresji	Częstotliwość próbkowania	Rozmiar	Bitrate [kb/s]
1	Goldwave	WAV	signed 16bit PCM	0.01s	11025Hz	645KB	352
2	Goldwave	WAV	signed 24bit PCM	0.01s	11025Hz	967KB	529
3	Goldwave	WAV	signed 32bit PCM	0.01s	11025Hz	1.25MB	705
4	Audacity	MP3(c)	48kb/s	0.01s	11025Hz	90KB	48
5	Audacity	MP3(c)	112kb/s	0.2s	11025Hz	118KB	112
6	Audacity	MP3(c)	256kb/s	0.5s	44100Hz	471KB	256
7	Goldwave	FLAC	Low/Fast 24bit	0.1s	11025Hz	803KB	439
8	Goldwave	FLAC	Medium 24bit	0.1s	11025Hz	782KB	428
9	Goldwave	FLAC	High 24bit	0.1s	11025Hz	391KB	213
10	Audacity	OGG	Quality 2	0.1s	11025Hz	52KB	10/12
11	Audacity	OGG	Quality 5	0.1s	11025Hz	83.3KB	15/16
12	Audacity	OGG	Quality 9	0.1s	11025Hz	117KB	35/33

Oto zrzuty ekranów wtrakcie wykonywania testów.

Przejdźmy do kolejnej części testów tym razem przy użyciu filtrów.

Próbka I:
Filter: normalizacja,
Program:Audacity

Widmo przed użyciem filtru
Widmo po użyciu filtru
Wnioski: Nagranie jest o wiele głośniejsze, bez straty na jakości.

Próbka I:
Filter: usuwanie szumów,
Program: Goldwave

Wnioski: W pewnym stopniu zostają usunięte szumy w nagraniu i rozmowa jest znacznie wyraźniejsza.

Próbka I:
Filter: kompresor,
Program: Audacity

Widmo przed użyciem filtra
Widmo po użyciu filtra
Wnioski:W tym przypadku efekt jest podobny jak przy użyciu filtra normalizacja, po za tym nic nie przykuwa uwagi.

Próbka II:
Filter:Hard-limiter,
Program:Audacity

Widma teoretycznie się nie różnią.
Wnioski:Po zastosowaniu tego filtru jest odczuwalny spadek jakości dźwięku.

Próbka II:
Filter:wzmocnienie
Program:Goldwave

Wnioski: Efekt jest podobny jak przy użyciu filtra normalizacja, jeśli ustawimy zbyt mocne wzmocnienie możemy zniekształcić dźwięk.

Próbka III
Filter:low-pass
Program: Goldwave

Wnioski: Zastosowanie tego filtra poskutkowało usunięciem wysokich tonów z nagrania. Różnice w brzmieniu są słyszalne.

Próbka III:
Filter:High-pass
Program: Goldwave

Po użyciu filtra:

Wnioski: Po zastosowaniu filtru słychać średnie i wysokie tony, natomiast basów brak – różnica jest bardzo wyraźna.

Próbka III
Filter:korektor graficzny
Program: Audacity

Po zastosowaniu tego filtru:

Wnioski: W naszym przypadku efekt był podobny do zastosowania low-pass, ale z tą różnicą, że wysokie tony są również słyszalne(choć gorzej niż w oryginale).

Podsumowanie:

Porównując poszczególne serie formatów zapisu widać wyraźną różnicę w wielkości plików kompresowanych w formatach wav, flac, a plikami w formacie mp3, czy ogg. Przy wysokiej jakości mp3 nie różnica jakości dźwięku według nas jest niezauważalna, co przy dziesięciokrotnie mniejszym bitrate daje wspaniały wynik jeśli chodzi o rozmiar pliku. Przy większej ilości takich plików na dysku twardym, czy płycie CD różnica jest kolosalna. Porównując metody konwersji bezstratnej dochodzimy do wniosków, że stosowanie FLAC jest bardziej opłacalne przy tworzeniu plików wysokiej jakości, dla plików mniej skompresowanych rozmiary plików są zbliżone do siebie, ale tutaj lepiej wypada WAV. W przypadku tego kodeka dla pliku ściągniętego z internetu ilość bitów na sekundę była dwa razy większa. Jest to spowodowane, tym że mamy do czynienia z dźwiękiem stereo.

Jeżeli chodzi o porównanie programów „GoldWave” oraz „Audacity” skupimy się głównie na obsłudze obu programów. Obsługa programu Audacity według nas jest prostsza i bardziej intuicyjna. Program ten posiada dużą ilość filtrów. W jednym jak i drugim programie można tworzyć pliki w najróżniejszych formatach.

Stosowaniem filtrów można poprawić jakość naszego pliku dźwiękowego. Przykładem jest np. odszumiacz dzięki któremu udało nam się usunąć zakłócenia które dobiegały z korytarza na piątym piętrze. Dzięki normalizacji możemy w „bezpieczny” sposób zmienić poziom naszego dźwięku jeśli np. dźwięk jest słabo słyszalny. W taki sposób kształt sygnały nie będzie zniekształcony, co może się stać gdy „ręcznie” regulujemy wzmocnienie. Kolejnym naszym spostrzeżeniem jest to, że można osiągnąć ten sam efekt stosując różne filtry.