您不可不知的MP3

　　MP3并不能算是很新的技术，事实上，这种编码技术出现已经近二十年了，被广泛使用也有约十年的历史了。而在快闪记忆体的技术成熟後，内建快闪记忆体的MP3随身听大量出现，因为体积小、重量轻等特性，短短时间内，已在市面上快速普及，路上随处都可看到民众戴着耳机欣赏音乐。

　　MP3的音质因为其破坏性压缩的原理，在一般人的印象中，总是被认为没有好音质，但大部分的人总自认为「木耳」，反正听不出其中的音质差异，而MP3档案体积小又方便取得，就一直将就着听，但是，MP3的音质是否一定很糟？人耳真的听不出其中的差异吗？

　　在讨论MP3的压缩原理之前，先来了解一些关於声音的原理。一般我们会把人耳可听的范围定义在20Hz至20KHz之间，而每个人实际上能听到的频率范围又不太一样，以高音部分来说，大部分的人只能听到16KHz的声音，只有少部分的人能听到19KHz甚至20KHz，而且就算能听到如此高的频率，也只是很小很小的声音。其次，所有的声音都是由一个基音与其泛音（频率为基音的倍数）所组成，以一个100Hz的声音来说，其实我们所听到的是一个100Hz的基音加上200Hz、300Hz等等泛音所合成的声波，而随着每个泛音的强度不同，所组合起来的声波便会有不同的音色变化。

　　而要利用数位的方式来保存实际上是以波形存在的声音，是利用很简单的方法，将一个连续的波形用时间为单位切割成许多块，分别记录每一块的声波强度，这个动作称为取样。而要把声音讯号切割多少块，就决定於取样频率（一秒钟要进行几次取样），重播时不失真的最高频率约为取样频率的一半，以电话为例，取样频率只有8KHz，因为人的语音不会高於4KHz，而基於人耳可听的最高频率约为20KHz，所以CD的取样频率定为44.1KHz；另外，每一次取样如果只用八位元来记录，那麽在记录讯号强度时只有64个刻度可以用，如果用16位元来记录，就有65536个刻度可以使用，一般CD所使用的就是16位元。

　　大致了解声音讯号是如何数位化之後，再来简单介绍一下MP3的原理。依上所述，一分钟的CD音质声音需要占用的空间为16（bits）* 44100（每秒取样数）* 2（双声道）* 60（秒）=84.672kbits=10.584kbytes，也就是每一分钟的声音就需要约10MB的空间来存放，而转成MP3，可达到10～12倍的压缩比率。MP3能达到如此高的压缩率，是利用了破坏性压缩，在进行压缩编码时将部分资讯舍弃掉，这样做当然可以大幅减少档案容量，但在进行解码还原後，必定会有某个程度的失真。

　　MP3的编码原理，是利用人耳听觉的错觉，将人耳不易听到或容易忽略掉的部分省去，如在15KHz以上的高频部分，因为几乎已达人耳的极限，所以几乎是完全砍掉；其次，在不同的频率及不同强弱的讯号中，有一些微弱的讯号很容易被人耳忽略掉，像是这样的微弱讯号，在MP3编码时也会忽略掉。进行如此破坏性的压缩，虽然理论上在聆听时并不会感觉到差异，但因为许多细节已被省略，所以实际聆听时，只要重播设备不太差，仍能感受到与CD音质有些微的不同。

　　在MP3压缩时，有两个很重要的规格，分别是取样频率及位元率（Bitrate），取样频率在前文已经提过，MP3提供三种取样频率：32KHz、44.1KHz、48KHz，在进行MP3编码时，会对原来的资料重新取样，但是把取样频率低的原始讯号再用高取样频率重新取样过，并不会对音质有所改善。位元率的单位是kbps，也就是每秒声音档所使用的位元数，MP3能支援32kbps到320kbps，以128kbps的档案来算，每分钟大约需要1MB的空间，大约是CD音质声音档的十分之一，而MP3档案的大小只跟位元率有关，与取样频率是没有关系的，所以当同样的位元率来制作MP3档案时，较低的取样频率虽然会失去较多高频资讯，却能保留住更多的细节。

　　所以日後在将CD压缩成MP3档案时，如果要取得最好的音质，首先是尽量使用较高的位元率，256kbps所占的容量是128kbps的两倍，而如果随身听的记忆体允许，最好是用到320kbps。CD的取样频率是44.1KHz，所以除非真的自认为木耳，可以使用32KHz（重播时最高可重现到16KHz，刚好是大部分人所能听到的极限），不然最好是使用与CD相同的44.1KHz，因为CD音质本身的限制，用到48KHz的音质并不会比较好，至於许多人电脑里已经有的MP3档案，如果是128kbps的格式，那也别企图用256kbps重制来改善音质了，因为已经失真的讯息是无法再还原的。

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