Phát hiện lossless giả qua phổ âm thanh: ngưỡng cắt tần số

Vì sao file lossless giả lại tồn tại?

Lossless giả (fake lossless) là một file thực chất được nén mất dữ liệu (lossy, ví dụ mp3), sau đó được chuyển đổi hoặc đóng gói lại vào một định dạng lossless như flac hoặc wav để trông có vẻ chất lượng cao hơn thực tế. Việc chuyển định dạng không thể thêm lại dữ liệu đã mất trong bước nén lossy ban đầu, nó chỉ đổi vỏ ngoài.

Một biến thể khác là upsample: lấy một file có tần số lấy mẫu thấp (đã bị cắt tần số) rồi chuyển sang tần số lấy mẫu cao hơn (96kHz, 192kHz) mà không hề bổ sung nội dung tần số cao thực sự nào. File sau khi upsample nặng hơn, thông số nhìn có vẻ "hi-res", nhưng phổ âm thanh vẫn dừng đúng ở chỗ file gốc dừng.

Tần số lấy mẫu, bitrate và tần số Nyquist ảnh hưởng thế nào tới trần tần số?

Với file lossless từ nguồn CD (44.1kHz/16bit), trần tần số lý thuyết là tần số Nyquist: 22.05kHz. Trong thực tế, hầu hết bản thu chất lượng cao có nội dung tần số trải gần hết dải này, không có ngưỡng cắt cứng nào ở giữa chừng.

Với file mp3 hoặc các định dạng nén lossy khác, phần lớn bộ mã hoá (encoder) áp dụng một bộ lọc cắt cao tần (brickwall filter hoặc lowpass filter) để tiết kiệm dung lượng, vì tai người ít nhạy với tần số rất cao và mã hoá chính xác dải này tốn nhiều bit. Ngưỡng cắt cụ thể thay đổi tuỳ theo encoder và bitrate, không có một con số cố định tuyệt đối cho mọi trường hợp, nhưng các khoảng phổ biến thường được ghi nhận như sau:

Một 'brickwall cutoff' thật trông như thế nào trên phổ âm thanh?

Dấu hiệu rõ nhất là một đường biên gần như thẳng tuyệt đối, nằm ngang, ở rìa trên của phổ âm thanh, phía trên đường đó gần như trống hoàn toàn trong suốt cả bài. Từ 'brickwall' (tường gạch) mô tả đúng hình ảnh: năng lượng không giảm dần tự nhiên khi lên cao tần, nó dừng đột ngột như đâm vào tường.

Ngược lại, phổ âm thanh của một file lossless thật hoặc file nén bitrate cao thường có năng lượng giảm dần ở dải cao, không có đường biên phẳng lì rõ rệt, và trải dài gần tới tần số Nyquist của file. Một số đoạn nhạc gần như im lặng ở dải rất cao là bình thường, nhưng nếu toàn bộ bài đều dừng cứng tại đúng một tần số bất kể đoạn nhạc là gì, đó là dấu hiệu mạnh của một ngưỡng cắt do mã hoá gây ra.

Vì sao một ngưỡng cắt không phải lúc nào cũng chứng minh file là giả?

Đây là phần quan trọng nhất cần cẩn trọng: một ngưỡng cắt là bằng chứng, không phải bằng chứng tuyệt đối. Một số bản master gốc, đặc biệt nhạc cũ thu bằng thiết bị analog, hoặc một số thể loại nhạc có chủ đích phối tối, ít tần số cao, cũng có thể có độ dốc tự nhiên ở dải cao mà không hề qua bất kỳ bước nén lossy nào.

Micro thu âm, thiết bị mastering cũ, hoặc quyết định nghệ thuật của người phối khí đều có thể tạo ra phổ âm thanh tối hơn bình thường ở dải cao. Trước khi kết luận một file là giả, nên kết hợp nhiều dấu hiệu: đường cắt có phẳng lì như tường gạch hay giảm dần tự nhiên, file có nguồn gốc đáng ngờ hay không, và nếu vẫn nghi ngờ, hãy đối chiếu với bản gốc chính chủ nếu có thể.

Các bước kiểm tra một file nhạc bằng phổ âm thanh

1. Mở file bằng công cụ xem phổ âm thanh, kéo thả trực tiếp, không cần cài đặt gì.
2. Nhìn vào rìa trên cùng của phổ âm thanh trong suốt cả bài, không chỉ vài giây đầu.
3. Xác định xem có một đường biên phẳng lì, dừng đột ngột hay không, và nó nằm ở khoảng tần số nào.
4. Đối chiếu khoảng tần số đó với bảng tham khảo ở trên để ước lượng khả năng file từng qua nén lossy.
5. Cân nhắc thêm nguồn gốc file và thể loại nhạc trước khi kết luận, đừng chỉ dựa vào một hình ảnh duy nhất.

Nếu bạn muốn hiểu sâu hơn về cách đọc trục và màu sắc của phổ âm thanh trước khi áp dụng cách kiểm tra này, bài phổ âm thanh là gì và cách đọc là điểm bắt đầu phù hợp.