MP3 é o nome 'coloquial' para a codificação de áudio "MPEG 1 Layer 3". O objetivo da codificação de mp3 é reduzir o tamanho geral de um fluxo de dados de áudio enquanto mantém um nível aceitável de qualidade de escuta.
É implementado usando um "codec", o que significa que você precisa de uma função de "Codificação" e uma função "Decodificação" para ouvir o áudio. O dispositivo de codificação pode ser hardware ou software e a função de decodificação é a mesma - pode ser software ou dispositivo de hardware.
Toda a metodologia de implementação de mp3 é um formato de codificação 'com perdas'. "com perdas" significa que o codificador removerá os dados de áudio que ele determinar não serem necessários para que o nível de "qualidade aceitável" seja mantido. A ênfase aqui está em "perdas". Você perde dados ao codificar para mp3.
Quando você decodifica de mp3 de volta para o formato PCM (como WAV), esses dados são perdidos. Ele nunca mais vai voltar.
O mp3 pode ser codificado para uma taxa de bits escolhida. Quanto maior a taxa de bits, melhor será a qualidade geral. Além disso, diferentes tipos de música se comportam de maneira diferente em mp3. A música rock ou EDM pode ser codificada para baixas taxas de bits com perda de qualidade subjetivamente menor do que a música clássica. A forma de onda gerada por um instrumento de cordas é de tal complexidade que é muito difícil codificá-la com mp3 sem perda significativa de qualidade. Portanto, a música clássica requer taxas de bits mais altas para codificar o áudio sem perda significativa de qualidade.
Observe novamente que, uma vez codificado no formato mp3, a forma de onda original mudará. Ele pode manter uma semelhança com o espectro de frequência original e a forma de onda original, mas não é o mesmo. Mais uma vez, depois de codificar, você perde dados e não os recebe de volta, a menos que volte para o WAV PCM original.
O armazenamento de dados é barato atualmente e a única razão pela qual você usaria mp3 é para um suporte de dispositivo específico.
Existem codecs muito melhores por aí desde que o mp3 foi desenvolvido. Opus é indiscutivelmente o melhor codec geral, seguido de perto pelas variantes AAC.