MP3(エムピースリー)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

MP3は、デジタルオーディオの標準的なファイルフォーマットの一つであり、その正式名称はMPEG-1 Audio Layer 3である。これは、動画圧縮技術の標準化団体であるMPEG（Moving Picture Experts Group）が開発した技術の一つであり、特に音声データの圧縮に特化している。MP3は、音質を維持しつつファイルサイズを大幅に削減できる非可逆圧縮技術を採用している点が最大の特徴であり、これによりインターネット上での音楽配信やポータブルオーディオプレーヤーでの利用が爆発的に普及した。CD品質の音源と比較して、MP3形式では同じ長さの音楽データでもファイルサイズを約10分の1程度にまで圧縮することが可能となり、限られたストレージ容量や通信帯域で大量の音楽コンテンツを扱えるようになった。この技術は、ドイツのフラウンホーファーIIS（集積回路研究所）が中心となって開発を進め、1990年代後半から2000年代初頭にかけて、デジタル音楽の世界においてデファクトスタンダードとしての地位を確立した。

MP3の圧縮技術の核心は、人間の聴覚特性を巧みに利用した心理音響モデルにある。人間の耳は、全ての周波数帯域の音を均一に認識するわけではなく、特定の周波数帯域の音や、大きな音の裏に隠れた小さな音（マスキング効果）、あるいは非常に高い音や低い音（聴覚閾値）については認識しにくいという特性を持つ。MP3のエンコーダーは、この特性を利用し、圧縮対象となる音声データから人間の耳にはほとんど感知されない、あるいは全く感知されないであろう音響情報を検出して削除したり、その情報量を大幅に削減したりする。具体的には、元の音源を短時間フーリエ変換や修正離散コサイン変換（MDCT）といった数学的な手法を用いて、時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換する。これにより、どの周波数にどれくらいの大きさの音が存在するかが解析可能となる。次に、心理音響モデルに基づいて、マスキング効果や聴覚閾値を考慮し、圧縮しても聴覚的に問題ないと判断される部分の情報を間引いたり、粗く量子化したりする。最後に、残ったデータをハフマン符号化などのエントロピー符号化を用いてさらに効率的に符号化することで、最終的なMP3ファイルが生成される。この一連のプロセスが非可逆圧縮と呼ばれるもので、一度圧縮されたデータは元の音源と完全に同じ状態に戻すことはできない。

MP3ファイルの音質とファイルサイズは、エンコード時に設定されるビットレートによって大きく左右される。ビットレートとは、1秒あたりのデータ量を示す値であり、単位はkbps（キロビットパーセカンド）が用いられる。ビットレートが高いほど1秒間に多くの情報が保持されるため音質は向上するが、その分ファイルサイズも大きくなる。逆にビットレートが低いとファイルサイズは小さくなるが、音質の劣化が顕著になる傾向がある。一般的なMP3ファイルのビットレートには、128kbps、192kbps、320kbpsなどがある。128kbpsは比較的ファイルサイズが小さくウェブ配信などで広く用いられたが、音質の劣化を感じやすい場合もある。192kbpsや256kbpsは多くのユーザーが満足できるバランスの取れた音質を提供し、320kbpsはMP3フォーマットで実現できる最高品質に近く、CD品質に近い聴感を得られるとされる。ビットレートには、ファイル全体で一定のデータ量を保つCBR（Constant Bit Rate：固定ビットレート）と、音源の複雑さに応じてデータ量を動的に変化させるVBR（Variable Bit Rate：可変ビットレート）の二種類がある。VBRは、静かな部分ではビットレートを下げ、音の多い複雑な部分ではビットレートを上げることで、CBRよりも高い音質を保ちつつファイルサイズを削減できる場合が多い。

MP3ファイルの再生（デコード）は、エンコードとは逆のプロセスで行われる。MP3デコーダーは、圧縮されたMP3ファイルから符号化されたデータを読み込み、エントロピー復号や逆量子化、逆フーリエ変換などを用いて元の音響信号を再構築する。このプロセスを経て、デジタル信号がアナログ信号に変換され、スピーカーやヘッドホンから音として出力される。MP3の技術特許は、長らくフラウンホーファーIISをはじめとする複数の団体によって保有されており、MP3形式のエンコーダーやデコーダーを製品に組み込む際にはライセンス料の支払いが必要であった。このライセンス制度はMP3の普及を妨げる要因となることもあったが、2017年4月には主要な特許が失効し、以降はライセンス料なしでMP3関連技術を利用することが可能になった。この変更により、MP3はよりオープンな環境での利用が促進されている。

MP3の登場は、デジタル音楽の利用形態に革命をもたらした。その小さなファイルサイズと十分な音質は、インターネット経由での音楽ファイルの共有を容易にし、Napsterのようなファイル共有サービスやAppleのiPodのようなポータブルオーディオプレーヤーの普及を後押しした。その結果、音楽産業やIT産業に多大な影響を与え、今日のデジタル音楽配信サービスの基盤を築いたと言える。しかし、非可逆圧縮であるため、原理的に元の音源よりも音質が劣化するという側面は避けられない。このため、より高音質を求めるオーディオ愛好家や、音質の劣化を一切許容しないプロフェッショナルな用途では、FLACやWAVのような可逆圧縮または非圧縮のフォーマットが用いられることもある。それでもなお、MP3は優れた圧縮率と広範な互換性を持ち、多くのデバイスで再生可能であるため、現在でもデジタルオーディオの主要なフォーマットの一つとして広く利用され続けている。特に、一般的な音楽鑑賞や、ストレージ容量やネットワーク帯域に制約がある環境においては、その効率性と利便性から非常に有効な選択肢となっている。