音声コーデック 音質比較 AAC vs MP3 vs Opus vs Vorbis

スペクトログラムの差分で比較する。
具体的には、オリジナルファイルのスペクトログラムと、コーデックを通し、変換後のスペクトログラムを画像編集ソフトのレイヤーに貼り付け、レイヤー効果で差分を取る。最終的に視覚化されるのは非可逆コーデック(Lossy)で失われた情報となる。
ネット上には、高音域がどこまで出るかだけを見て音質を評価する情報がある。これは意味がなく、より重要なのは可聴域における音質である。 大多数の人間は17kHzとかそれ以上の高音はほぼ感じない。（これもまた、ネット上に音声でテストするサイトがあるが、こういったサイトはクリッピングが発生しており、歪みの形で可聴域で聴こえている場合がある。WaveGeneやAudacityで正しくトーンを生成してテストすべきである。）

テスト曲：Perfect sky Chorus ver.

前に書いた 音楽ファイルが96kbpsになる日――Opus音声コーデックの実力 では差分は取らずに、スペクトログラムだけを貼ってある。今回は視覚的にコーデックの比較をするために画像の差分をとった。

128kbps

画像を拡大して画面の輝度を最高にし、部屋を暗くして、黒く見える部分に緑が見えることに注目してほしい。
128kbpsでの比較。以下のように Opus > qaac = Vorbis > LAME となる。ここで注意して見たいのは、目立つ高域のロスではなく、人の耳にとりわけ影響がある中音域の可聴域である。LAMEでは明らかに可聴域に緑の部分が見られることがわかる。VorbisとAACでは若干Vorbisのほうが緑っぽいが大体同じものとなる。Opusは緑の部分が少なくロスは少ないが、高音域を若干犠牲にしている。これはだいたい16〜17kHzとなり、そこに緑が若干目立つ。
このビットレートではどのコーデックもローパスフィルターを通している。LAMEは16kHz、AACとVorbisは18kHz、Opusは20kHzである。Opusは(CELTモードでは)ビットレートにかかわらず、ローパスフィルターは20kHzとなる。だがローパスフィルターが16kHzに掛かっていたとしても、聴覚上の違いはほぼわからない。このローパスフィルターは、どうせ高域にビットを割り当てても意味が薄いので、その代わりに可聴域へビットレート割り当てするためにある。

AAC: qaac (Apple) CVBR 128

不自然な点が気になるが可聴域の品質は高い。

MP3: LAME VBR v5

全体的に見劣りする。

Opus: opusenc VBR 128

原音と差が少なく、抜きん出た品質の高さである。16kHz以上は少しロスが増え20kHz以上は完全にロスとなる。

Vorbis: aoTuV 20110424 (based on Xiph.Org's libVorbis 1.3.5) VBR q4.0

緑が目立つものの、拡大してみると、8kHz以下はかなりロスが少ない。

256kbps

Opus > AAC = MP3 = Vorbisのように見える。なぜならば、AACとVorbisは可聴域に緑の斑点がよく見えるがLAMEは意外と見られない。また、Opusは緑の斑点が最も見えず、最高の品質である。一方で、高音域はローパスフィルターを通していないAACとVorbisが勝る（が、可聴域の再現性はOpusより若干悪い）。
以下の画像は拡大して黒く見える部分をよく見てほしい。黒く見えても、緑の濃さに違いがある。

AAC: qaac (Apple) VBR q109

全体的に安定。AppleのAACエンコーダは優秀。

MP3: LAME VBR V0

可聴域の部分は意外と良い結果になっている。が、MP3はコーデックの仕様上高い音が苦手（まあ、人間には劣化は知覚できないけど）。

Opus: opusenc VBR 240

拡大すると、可聴域の部分ではAACやVorbisよりも緑の部分が少ない（というか、ほぼ真っ黒で、すなわち、原音に近い）。ただし、LPFのために超音波より上はカット（聞こえないので無問題）。

Vorbis: aoTuV 20110424 (based on Xiph.Org's libVorbis 1.3.5) VBR q8.0

AACと似ているが、Opusよりは微妙に悪いようである。

結論

• Opus最強。実際に音楽ファイルを扱う際は、メタタグの運用上の便利さとしてはMP3かVorbisとなるだろう。AACはReplayGainの取り扱いがソフトによって異なるらしい。OpusはFoobar2000で付けたReplayGainがVLCで読めないなどがある。
• 総合的に評価するなら Opus>AAC=Vorbis>MP3
  • AACはAppleのエンコーダーを使うと、 AAC>Vorbis となる印象
• 意外と高ビットレートのVBRにおけるLAMEは音質が高い。

おまけ： 原音のスペクトログラム

上記画像ファイルとこれの差分を取れば、上記コーデックの完全なスペクトログラムが手に入ると思われる。

• Opus 96kbps vs その他コーデック高ビットレートのスペクトログラム勝負はこちら

  • http://qiita.com/keiya/items/7d14adff689207a63b4b

• なぜハイレゾは「バカげている」のか

  • http://qiita.com/keiya/items/c994c200e8b38b6c7935