Saiba a diferença entre MP3, FLAC, Opus e AAC

Hoje temos muito marketing em cima da alta fidelidade com propaganda de DACs de alta resolução e até selos Hi-Res, que conferem uma "certificação" de "alto desempenho em áudio" para o aparelho. Ao mesmo tempo, temos a guerra dos serviços de streaming, que por vezes nos deixam em dúvida sobre qual é o melhor, uns falam que oferecem arquivos lossless (sem perdas), outros dizem que oferecem uma biblioteca de música variada e por aí vai.

Entretanto, apesar do que foi dito acima, há quem procure somente por uma qualidade superior na música que ouve, para apreciar da melhor forma a obra dos seus músicos preferidos. Mas, o que é necessário observar para este som? Quais as diferenças entre um arquivo com qualidade sônica e outro com qualidade degradada? Por que isso ocorre?

A polêmica

A compactação do áudio sempre gerou muita discussão no meio audiófilo, e não é à toa, pois ela pode vir a influenciar na nossa experiência ao ouvirmos nossa música favorita. Uma música pode ser influenciada desde sua gravação até sua edição de takes, mixagem, masterização e formato de gravação. Entretanto, indo para o formato digital, o assunto vai mais longe ainda, pois teremos a influência dos codecs de áudio utilizados com variados algoritmos e bitrates.

Observação: Para saber mais sobre o que influencia na qualidade da música com relação ao processo de sua gravação até a masterização, acesse este artigo.

Saiba que os codecs de compactação de arquivos digitais não possuem o poder de alterar a mixagem ou o volume percebido como a compactação dinâmica (dynamic compression) em mixagens de estúdios de música. O que se utiliza ao compactar arquivos digitais são algoritmos inteligentes que conseguem reduzir o tamanho de uma música descompactada de 50MB para algo como 7MB. Entretanto, muitos desconhecem como esse processo ocorre e a eficácia conseguida frente aos formatos lossless (sem perdas), daí a guerra entre o formato MP3 e o FLAC.

FLAC (Free Lossless Audio Codec ou Codec de Áudio Livre de Perdas): é um formato de codificação de áudio desenvolvido para compactar os arquivos, mas sem causar perdas de frequências do som. O algoritmo do FLAC consegue realizar cortes no arquivo de música de uma maneira que reduz de 50% a 70% do tamanho do arquivo original. Embora o arquivo compacto seja menor que a música original, ao ser descompactado ele gera uma cópia idêntica aos dados originais.

MP3 (MPEG-1 Audio Layer III ou MPEG-2 Audio Layer III): é um formato de codificação que foi definido como o terceiro formato de áudio padrão MPEG-1, que em seguida foi aprimorado para o terceiro formato de áudio do padrão MPEG-2. Foi feita uma terceira versão aprimorada, o MPEG-2.5, mas não se tornou popular.

Como a compactação do áudio digital funciona?

A primeira coisa que vamos abordar aqui é o tão falado bitrate, medido em kilobits por segundo (kbps). Ao contrário do que a maioria pensa, nem sempre mais kbps irá proporcionar uma qualidade superior ou o contrário. Estas suposições são frequentemente feitas com formatos populares como o MP3, AAC e FLAC.

Taxa de bits por segundo (kbps): geralmente medida em kbps ou mbps. Essa é a quantidade de dados de áudio transferidos por segundo.

AAC (Advanced Audio Coding): é um formato de codificação de áudio padronizado pela ISO (International Organization for Standardization) e IEC (International Electrotechnical Commission) como parte das especificações dos formatos de áudio padrão MPEG-2 e MPEG-4. A intenção deste codec de áudio em seu projeto era ser um sucessor do MP3, com uma qualidade de som superior.

Ao diminuir o tamanho de um arquivo de música, não significa que o corte realizado pelo algoritmo implicará na falta de qualidade ao reproduzi-la. Claro que isso pode ocorrer, mas os codecs mais modernos conseguem através de seus algoritmos realizar cortes mais precisos fazendo com que a perda seja ínfima. Mas vamos entender melhor como isso funciona abaixo.

A compactação de áudio acontece em diversos pontos da transmissão do arquivo de música até chegar nos fones de ouvido ou caixas de som. O áudio pode sofrer perdas durante a sua transmissão online (streaming) e na transmissão do sinal Bluetooth para os seus headphones sem fio ou fones TWS. Mas, para quem está iniciando no mundo do áudio, quase todos os codecs possuem algum tipo de compactação e existem aqueles que são sem perdas (lossless), porém isso não significa que a qualidade de som produzida será ruim, desde que os dados removidos dos arquivos sejam aqueles que você não consegue ouvir de nenhuma maneira.

Um codec de áudio utiliza algoritmos para compactar os arquivos de áudio, no intuito de ocupar menos espaço na memória interna do seu DAP (digital áudio player) ou smartphone ou notebook. Entretanto, quando a música é reproduzida, ocorre uma decodificação utilizando o codec reverso e descompressão do áudio. É importante lembrar que o nível de descompressão não fará com que o arquivo fique sem perdas (lossless), comparado ao original, e sim auxiliará na quantidade de espaço ocupada no seu HDD ou unidade de memória flash.

Provavelmente você já deve ter escutado a seguinte frase, caso tenha pesquisado um pouco sobre formatos de áudio:

"AAC 256 kbps equivale ao MP3 320kbps"

Isso ocorre por conta dos algoritmos utilizados na compactação dos arquivos de música digitais. Formatos como MP3, AAC e OGG procuram explorar os limites da nossa capacidade de audição utilizando princípios de compressão psicoacústica para retirar partes dos arquivos digitais da música que não somos capazes de ouvir, diminuindo assim o seu tamanho. A codificação e decodificação realizada pelos codecs é feita a partir do domínio da frequência (frequency domain), utilizando o MDCT (modified discrete cosine transform), que é uma técnica de compactação com perdas muito utilizada para fazer este trabalho, sendo empregada em formatos como MP3, Dolby Digital (AC-3), Vorbis (Ogg), Windows Media Audio (WMA), ATRAC, Cook, Advanced Audio Coding (AAC), Opus (antigo Harmony), entre outros.

Partindo para os codecs de áudio Bluetooth como SBC, aptX, LDAC, entre outros, a grande maioria se utiliza de modelagem de ruído (noise shaping) para compactar o áudio, pois é uma técnica rápida que proporciona uma latência menor para a transmissão do sinal via ondas de rádio. Esta forma de compactação não possui uma característica especifica comum como a compactação acústica, mas utiliza-se de diversas técnicas para evitar que nossos ouvidos percebam a perda de dados. Analisando de forma geral, hoje temos resultados muito bons, entretanto, como eles precisam ser compactados e descompactados com rapidez, não há como reduzir o tamanho dos arquivos tanto quanto os formatos que se utilizam da compressão psicoacústica e entregar da mesma forma a qualidade de áudio.

Há um caso em especifico onde o formato AAC sofre sobreposição, onde o codec de áudio Bluetooth e o codec de compressão psicoacústica o utilizam de forma diferenciada, variando de acordo com a situação. Dependendo da latência necessária para a transmissão, ele pode ser usado para compactar e descompactar um arquivo de áudio ou ser utilizado como codec de áudio Bluetooth. Se você comparar ambos, poderá perceber que pode gerar resultados que podem levar ao surgimento de artefatos no som, devido a compactação excessiva. Entretanto o tamanho dos arquivos utilizados nos serviços de streaming e para a transmissão de áudio Bluetooth, costumam ser o suficiente para evitar este tipo de problema.

Por último, temos os formatos de arquivos lossless (sem perdas) como o FLAC (Free Lossless Audio Codec ou Codec de Áudio Livre de Perdas). Este formato de arquivo de música, ao invés de se utilizar de otimizações sonoras, como nos casos do MP3 e AAC, por exemplo, ele utiliza a codificação, que acaba por não oferecer uma solução que ocupe pouco espaço no armazenamento interno do seu DAP, smartphone ou notebook. Entretanto, mesmo possuindo um arquivo consideravelmente maior (5x maior por exemplo), na grande maioria das vezes é muito difícil, para não dizer impossível, distinguir um arquivo MP3 320kbps de um FLAC 1411kbps.

Nem todo bitrate é igual

Depois de tudo o que foi dito, você deve ter percebido que nem todos os algoritmos de compressão são iguais. Ou seja, ao comparar a qualidade de músicas olhando para o tamanho do arquivo ou bitrate (kbps) de dois formatos de arquivos diferentes, você estará colocando a carroça na frente dos bois. Infelizmente, é algo que parece ser simples, mas não é, pois nem sempre é possível analisar a qualidade de um arquivo apenas olhando para quantos bits estão sendo transferidos ao tocar a música.

Se você entende que os algoritmos de compactação podem oferecer resultados de qualidades diferentes, consequentemente você deve entender que é possível um arquivo com bitrate menor consiga oferecer uma qualidade maior, dependendo do codec utilizado. O que vai dizer se um formato de arquivo com o mesmo bitrate será melhor que o outro será a qualidade do algoritmo e o codificador (encoder) utilizado. A AAC é um avanço em relação ao MP3, por exemplo, mas ao mesmo tempo, o Opus é melhor ainda.

Para exemplificar melhor o que foi dito acima, será utilizado um Teste Público Multiformato de 2014. Neste teste, foram comparandas as respostas de ouvintes a cinco diferentes codecs populares, com bitrate fixado em aproximadamente 96kbps, classificando-os pela qualidade e pelas distorções audíveis. Confira abaixo o resultado:

Mesmo com o bitrate semelhante, o codec Opus (antigo Harmony) obteve uma pontuação consideravelmente alta comparado com os seus concorrentes. Depois deste codec vieram o AAC, como o segundo melhor e em seguida o Ogg em terceiro lugar. Note que o MP3, o formato mais popularizado no mundo ficou em quarto lugar, mesmo atingindo um bitrate um pouco maior (136kbps) com relação aos outros. Note que, mesmo com a compactação realizada, o resultado da audição não foi irritante de acordo com a opinião dos ouvintes.

Observação: Caso queira conferir os detalhes deste teste, acesse este link.

Opus (antigo Harmony): é um formato de codificação de áudio desenvolvido pela Xiph.Org Foundation e padronizado pela IETF(Internet Engineering Task Force). Trata-se de um novo codec para compressão de audio digital com perdas, livre de royalties, que consegue manter baixa latência e uma boa qualidade de áudio.

Recentemente, no início do ano, foi revelado também um novo codec de áudio Bluetooth com bitrate de 160kbps, o LC3, que de acordo com seus desenvolvedores, por meio de testes, foi comprovado que ele possui um som superior ao SBC de 345kbps. O site soundguys realizou os seus próprios testes e de acordo com a sua equipe, foi descoberto que o codec aptX era superior ao SBC em termos de qualidade de som, apesar do bitrate ser muito próximo a 352kbps. Além disso, foi dito também que o codec aptX superou o LDAC no bitrate de 330kbps, entretanto a comparação se tornou difícil quando foi comparado o codec LDAC 660kbps com o aptX HD 576kbps.

Conclusões

Como você deve ter observado, há diversas semelhanças em termos de qualidade de áudio percebida entre certos codecs, com uma leve superioridade por conta dos algoritmos e do codificador (encoder). Ou seja, é valido que você mesmo faça os testes a partir de uma fonte segura como um CD que você comprou, por exemplo, e extraia o áudio em diversos formatos com um bitrate próximo. Dessa forma, você saberá qual terá um algoritmo e codificador mais avançados, com mais qualidade e que conseguem compactar melhor a música.

Acrescento que é interessante ainda você fazer os testes comparando formatos com compactação do áudio e sem compactação, para que dessa forma você tire suas próprias conclusões. Fora isso, o que irá diferenciar um arquivo de outro de fontes diferentes (sites de música, plataformas de streaming de música, CD, Vinil, etc) poderá ser diversos fatores como masterizações diferente,s com intervalos dinâmicos (DR ou Dynamic range) diferentes, a transmissão que é feita online (streaming) e a transmissão sem fio (Bluetooth).

Para acrescentar um pouco mais ao artigo, segue abaixo os serviços de streaming com seus formatos e bitrates utilizados:

Esse artigo é feito em parceria com o Grupo Fones de Ouvido High-End:

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