Differenze tra formati audio digitale (file MP3, AAC, FLAC, WAV ecc.)

Quali sono i formati audio digitale principali e quali sono le differenze tra file WAV, MP3, AAC, FLAC e altri

Per andare a scoprire tutti i tipi di formati dell'audio digitale bisogna prima, brevemente e sinteticamente, capire cosa significa audio digitale e com'è nato.
Tutto inizia dal Pulse-Code Modulation, PCM, creato nel 1937, fondamento dell'audio digitale, caratterizzato da due proprietà: frequenza di campionamento per misurare l'ampiezza della forma dell'onda e profondità di bit per misurare i possibili valori digitali.
Se nel mondo reale il suono è continuo, nel mondo digitale non lo è.
Per capire la differenza si può pensare ai video digitali, che sono fatti da immagini fisse che cambiano rapidamente dando l'impressione di un movimento continuo.
Per l'audio è la stessa cosa e l'ampiezza delle onde sonore in un formato digitale non è fluida, ma cambia in base a determinati criteri a intervalli predefiniti.

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Premesso che non sono un tecnico audio e nemmeno un fisico, per fare le cose semplici e capire cos'è l'audio digitale ho trovato un'analogia molto esplicativa che provo a rispiegare qui.
Si può pensare alla fonte di audio analogico come l'acqua che scorre da un rubinetto aperto e all'ampiezza dell'onda audio come la temperatura dell'acqua.
Il campionamento può essere pensato come il numero di volte al secondo in cui si immerge il dito nell'acqua che scorre
Più spesso si immerge il dito in essa, più le variazioni di temperatura diventano continue.
Se si infilasse il dito nell'acqua che scorre 44.100 volte al secondo, sarebbe quasi come se si tenesse il dito fermo sotto l'acqua tutto il tempo.
Questa è l'idea alla base della frequenza di campionamento.
Per quanto riguarda invece la profondità di bit dovremmo pensare che, invece di usare il dito, usiamo un termometro.
Se la temperatura dell'acqua è superiore a quella dell'ambiente, allora diremo che è calda, altrimenti se è al di sotto che è fredda.
Invece di 2 sole opzioni, potremmo segnare 16 possibili valori da utilizzare per misurare la temperatura dell'acqua.
La profondità bit può essere pensata come il numero di valori con cui utilizzare il termometro per misurare la temperatura, più essi sono, più si avranno informazioni precise.
Senza perderci nel tecnico, vediamo ora i formati di file audio digitale principali e le loro differenze.

1) WAV e AIFF sono formati contenitore audio lossless (ossia non sono compressi) basati sul PCM, con alcune piccole modifiche di archiviazione dei dati.
Il .WAV o Wave è il formato predefinito quando si estrae un CD sul computer (CD Ripping).
Un WAV e un AIFF possono essere convertiti l'uno con l'altro senza alterazioni della qualità.
Questi formati audio sono adatti a un impianto stereo (2 canali), sono campionati a 44,1 kHz (o 44100 volte al secondo) a 16 bit ("qualità CD") e i file sono grandi circa 10 MB per minuto.
Questo è il formato da usare per la manipolazione audio, per registrare e mixare alla massima qualità, ma non certamente per l'ascolto di musica sul computer o su dispositivi mobili

2) Formati lossless: FLAC (Free Lossless Audio Codec), ALAC (Apple Lossless Audio Codec) e APE
Questi formati comprimono l'audio utilizzando algoritmi.
La differenza tra i file compressi e i file FLAC è che FLAC è progettato specificamente per l'audio, ed ha quindi tassi di compressione migliori, senza alcuna perdita di dati.
In genere, un .FLAC occupa la metà dello spazio di un WAV in termini di Megabyte e mantiene una "qualità CD".
Un FLAC si può convertire in WAV, senza alcuna perdita di qualità ed è il formato preferito da chi vuole sentire la musica al massimo della qualità con ottimi altoparlanti.

3) Formati lossy: MP3, AAC, WMA, Vorbis
I file .MP3 e .AAC sono i formati più usato quando si deve conservare musica su un computer o su un telefono e per scambiare o scaricare musica in rete e su internet.
MP3 è un formato "lossy", molto compresso, che sacrifica un certo grado di qualità audio in cambio di un guadagno significativo in termini di dimensioni del file.
Un MP3 è grande circa 1 MB al minuto.
La differenza con formati lossless è che la qualità sacrificata in fase di compressione non si recupera se si va a convertire il file in un formato meno compresso come WAV.
I vari formati lossy utilizzano algoritmi diversi per memorizzare i dati, quindi variano la dimensione dei file per la stessa qualità. Con i formati lossy, come l'MP3, si misura la qualità audio con il valore di bitrate che di solito è indicato in "192kbit/s" o "192 kbps".
Più è alto il bitrate, più il suono è più dettagliato.
I più comuni formati lossy sono:
- MP3: MPEG 1 Audio Layer 3: il codec audio lossy più comune oggi, nonostante sia ancora oggetto di dispute legali per i brevetti.
- Ogg Vorbis: un formato libero e open-source usato spesso nei giochi per PC.
- AAC: Advanced Audio Coding: questo formato audio è utilizzato con i video MPEG4.
AAC è uno standard migliore d MP3, che non richiede alcuna licenza per lo streaming e nella distribuzione di contenuti.
Sui dispositivi Apple, proprio per questa compatibilità con le protezioni DRM, si usano molto i formati audio AAC.
- WMA: Windows Media Audio: questo è il formato audio lossy di Microsoft, che fu inizialmente sviluppato e utilizzato per evitare problemi di licenza con il formato MP3.
La scelta tra un formato o un altro dipende molto dal dispositivo che si vuol usare per ascoltare musica.
Oggi i computer sono in grado di riprodurre qualsiasi formato lossy, così come la maggior parte dei lettori audio.

La qualità audio è soggettiva?
In teoria no, ma in pratica è invece molto soggettiva.
Per sentire vere differenze tra la qualità di un CD audio e un file MP3 è necessario utilizzare un set di cuffie o di altoparlanti di alto livello.
Inoltre dipende anche da quello che si sente e dal tipo di musica, che, in formati diversi, può avere notevoli differenze di ascolto o quasi nessuna.
Chi cerca il miglior compromesso tra qualità e dimensioni dei file dovrebbe sperimentare i vari formati e provare se si ha un'esperienza migliore usando MP3 a più elevato bitrate oppure anche riproducendo i file FLAC.