WAV, FLAC và MP3 có phải nhạc nào cũng "chơi"?

Đại diện cho 3 cách lưu trữ âm thanh: uncompressed, lossless và lossy

Nguyễn Trang

Các định dạng âm thanh như MP3, WAV, FLAC trở nên quá quen thuộc với mọi người. Nhưng lại ít ai biết được điểm khác biệt giữa những loại file âm thanh đó là gì. Mỗi một định dạng âm thanh đều có những đặc trưng riêng của nó. Chúng đều sử dụng các thuật toán khác nhau và tạo nên bản sắc âm thanh đặc trưng riêng của từng loại.

Vì thế, điều này ảnh hưởng lớn đến chất lượng của từng loại âm thanh. Nếu như bạn biết được mỗi một kiểu âm thanh có những đặc điểm nào, thì sẽ dễ dàng hơn trong việc chọn âm thanh để nghe hay chuyên dùng để lưu trữ. Cùng với Quản trị mạng tìm hiểu xem điểm khác nhau giữa 3 loại âm thanh WAV, FLAC và MP3.

1. Biến điệu mã xung PCM (Pulse Code Modulation):

Tại sao chúng tôi lại giới thiệu đến bạn khái niệm PCM trước tiên mà không đi ngay vào 3 loại định dạng âm thanh trên?

Để có thể hiểu rõ hơn về các loại âm thanh, trước hết bạn nên tìm hiểu đến những yếu tố căn bản của định dạng âm thanh có tên gọi PCM. Ra đời vào năm 1937, PCM được coi là cha đẻ của các loại âm thanh analog, và là công nghệ đầu tiên hỗ trợ từ analog chuyển sang dạng kỹ thuật số digital. Chúng ta có thể nghe nhạc trên máy tính, đầu đĩa CD chính là nhờ công nghệ "thần thánh" này đó.

PCM được tạo bởi hai thành phần đặc trưng:

Tần số mẫu (sample rate): cho biết số lần biên độ rung mỗi giây của sóng âm thanh.

Độ dày của bit (bit depth): Bit đơn giản là những mã nhị phân (số 0 và số 1) dùng để tạo ra dữ liệu, hay những file nhạc mà chúng ta tải về. Bit depth sẽ cho biết số lượng các bit được sử dụng để lưu trữ tín hiệu âm thanh.

Phân biệt WAV, FLAC và MP3

Nếu như bit liên quan đến level (mức) thì sample rate (tần số lấy mẫu) lại liên quan đến thời gian. Nói cách khác, sample rate cho biết số lần tín hiệu âm thanh được đo và lấy mẫu trong một giây.

Để dễ hiểu hơn, chúng ta sẽ lấy ví dụ thực tế:

Khi tín hiệu âm thanh được lưu lại ở 16-bit depth với tần số lấy mẫu 44.1 kHz thì mỗi giây tín hiệu nhận được sẽ bị cắt thành 44.100 lát và mỗi lát có 65.536 level.
Khi tín hiệu âm thanh được lưu lại ở 24-bit depth với tần số lấy mẫu 96 kHz thì mỗi giây tín hiệu nhận được sẽ bị cắt thành 96.000 lát và mỗi lát có 16.777.216 level.

2. Cách phân biệt giữa các định dạng âm thanh:

3 cách lưu trữ âm thanh phổ biến hiện nay gồm: không nén (uncompressed), nén nhưng bảo toàn nội dung (lossless), và nén không bảo toàn nội dung (lossy).

1. Không nén (uncompressed): WAV, AIFF

Loại định dạng âm thanh này là nguyên bản, không bị nén và có dung lượng khá lớn như WAV, AIFF. Theo chuẩn định dạng này, cứ mỗi giây, âm thanh sẽ được lẫy mẫu với tần số 44.1 KHz (44100 lần/giây), mỗi mẫu được diễn tả bởi 16 bit dữ liệu. Vậy với 1 phút âm thanh, ta có:

44100 Hz x 2 kênh trái phải x 2 bytes (16 bit = 2 bytes) x 60 giây = 10.584.000 bytes = 10.1 MB.

Phân biệt WAV, FLAC và MP3

File âm thanh WAV có bit-rate chuẩn 1411 kpbs

1 đĩa CD có dung lượng 750 MB sẽ lưu được khoảng 74 phút nhạc, tương ứng bit rate chuẩn của âm thanh gốc là 44100 Hz X 2 kênh x 16bit = 1411 kbps (Kilobits/second). WAV dạng này thường được thu âm thanh (bài hát, diễn văn...) theo dạng thô và sau đó được xử lý bằng các thiết bị phòng thu hoặc phần mềm chuyên biệt để xuất ra các dạng file chiếm dung lượng ít hơn.

2. Nén nhưng bảo toàn nội dung (lossless):

Các định dạng Lossless: FLAC, ALAC, APE.

FLAC (Lossless Audio Codec):

Được thiết kế để lưu trữ âm thanh giống WAV nhưng được nén bằng các giải thuật khác nhau. Một file định dạng FLAC có cùng tần số lấy mẫu sẽ có dung lượng chỉ bằng 1/2 dung lượng của file WAV (chiếm khoảng 5MB cho một phút âm thanh). Các thuật toán nén trong FLAC không gạt bỏ bất cứ một tín hiệu âm thanh nào và bạn hoàn toàn có thể giải nén từ một file FLAC ra thành một file WAV.

Phân biệt WAV, FLAC và MP3

Định dạng âm thanh FLAC bị nén xuống 1041kbps

APE: Monkey's audio:

Đây cũng là định dạng lossless thông dụng, tuy chưa phổ biến trên các máy mp3 bằng Flac vì một chip âm thanh giải mã mp3 là hiển nhiên, và việc giải mã Flac không phức tạp hơn mp3 bao nhiêu. Vì thế các nhà sản xuất sử dụng Flac vào chip âm thanh. APE thì khó hơn, hiện nay các máy cowon và sansa có hỗ trợ APE.

ALAC còn gọi là M4A (Apple lossless audio code):

Định dạng này được sáng lập bởi Apple, dành riêng cho các thiết bị iOS và không phổ biến như Flac hay APE.

FLAC khác gì APE?

Cũng giống như so sánh Zip với Rar ở chỗ đều là lossless nhưng giải thuật khác nhau, tạo ra bởi 2 công ty khác nhau. Độ phức tạp của Ape hơn Flac. Hiện tại maximum compression của Flac vào khoảng 1/2 file wave gốc. Nhưng lập lại lần nữa là chất lượng của nó như nhau và bằng file gốc.

3. Nén không bảo toàn nội dung (lossy):

Các định dạng lossy : MP3, AAC, WMA, Vorbis.

MP3 (MPEG 1 Audio Layer 3):

Định dạng âm thanh "dễ mất dữ liệu" phổ biến nhất hiện nay. Nhạc mp3 thường được nén với bit-rate là 128kbps đến 320kbps, bằng 1/10 so với bit-rate của WAV (1411kbps). Mỗi phút nhạc mp3 128kbps chỉ tốn khoảng 1MB và một chiếc đĩa CD có thể lưu tới hàng trăm bài hát.

Phân biệt WAV, FLAC và MP3

Vorbis:

Loại định dạng "dễ mất dữ liệu" miễn phí với mã nguồn mở. Thường được sử dụng cho các game PC như Unreal Tournament 3.

AAC (Advanced Audio Coding):

Loại định dạng chuẩn hiện nay được sử dụng cho loại video MPEG 4. Có khả năng tương thích với các hệ thống quản lý quyền sử dụng kĩ thuật số (Digital rights management - DRM), chẳng hạn như phần mềm Fairplay của Apple. Sự vượt trội so với định dạng MP3, và đặc biệt có thể chia sẻ nội dung trong định dạng này mà không cần thủ tục nào.

WMA (Windows Media Audio):

Định dạng âm thanh " dễ mất dữ liệu" của Microsoft. Định dạng này đầu tiên được phát triển và sử dụng nhằm tránh những vấn đề giấy phép cho các sản phẩm sử dụng định dạng MP3. Tuy nhiên, nhờ những cải tiến liên tục cùng khả năng tương thích với các hệ thống kiểm duyệt quyền quản lý kĩ thuật số (DRM), WMA vẫn rất phổ biến cho đến khi iTunes trở thành nhà vô địch trong thế giới nhạc DRM.

Mỗi một loại nhạc đều có những ưu thế riêng của chúng. Và nếu như bạn muốn chọn loại nhạc nào để nghe, hay lưu trữ hãy dựa vào 3 yếu tố: