I CD hanno una qualità audio migliore di un MP3?

Sì.
Piuttosto che parlare della percezione di un ascoltatore della qualità audio, consideriamo solo la vera domanda. I CD sono di qualità migliore degli MP3?

L'audio è sempre analogico. Le forme d'onda salgono e scendono in modo regolare, continuo, non incrementale e la gamma di frequenza va da zero a così tanto oltre l'udito umano da sbattere nella banda radio AM LF.
Perché anche le parti che non si sentono hanno un'influenza sulle parti che si sentono, i suoni udibili sono cose complesse e sfumate. Le onde eterodina come interagiscono, nell'aria, per produrre ulteriore complessità.

La gamma dinamica del suono, in natura, è una scala logaritmica che va dal suono molto tranquillo delle proprie funzioni corporee fino all'eruzione del Krakatoa, il suono più forte nella storia registrata, che è stato sentito 3000 miglia di distanza.

Per trasformare questo in audio digitale, deve essere
1. trasformato in un segnale elettronico analogico,
2. passato attraverso un convertitore A2D (da analogico a digitale), poi alla riproduzione
3. passa attraverso un convertitore D2A, poi
4. il segnale analogico convertito viene amplificato a livelli ascoltabili.

Le tracce audio dei CD utilizzano uno standard tecnico chiamato "red book" e sono file audio digitali grezzi in modulazione di codice a impulsi (PCM) campionati a una frequenza di 44,1 KHz e una profondità di 16 bit. La profondità di bit determina la gamma dinamica e il rapporto segnale/rumore, mentre la frequenza di campionamento determina la risposta in frequenza.

Con 16 bit di risoluzione, ci sono 16.536 possibili incrementi di ampiezza audio (loudness) e un SNR massimo di 96db. La frequenza massima è la metà della frequenza di campionamento di 44.1 kHz, quindi 22.05 kHz, in teoria, ma i lettori CD hanno un filtro audio brickwall a 19khz per evitare che i segnali di controllo digitali si mescolino con l'audio. Se avete mai messo un CD di dati in un lettore audio, potreste aver sentito il suono del software che non è molto musicale.

I file MP3's (più correttamente *MPEG1 o MPEG2 Audio Layer III) iniziano per lo più con una traccia audio a libro rosso, come una traccia di CD audio. Poi un algoritmo di compressione dati lossy viene applicato al file digitale PCM.
L'intento è quello di ridurre le dimensioni dei file buttando via i dati (perdita) ma lasciando ancora abbastanza per produrre un suono che un ascoltatore medio considererebbe fedele all'originale.

La metodologia del codec MP3 (comprimere/decomprimere) dipende dal fenomeno psicoacustico del mascheramento uditivo, che significa che gli umani non possono sentire alcuni toni, allo stesso tempo di altri toni. Generalmente i toni più bassi mascherano i toni più alti. Tabelle accurate delle frequenze coinvolte nell'effetto portano all'algoritmo usato oggi per scartare l'audio che probabilmente non possiamo sentire, momento per momento.

Perché la compressione MP3 usa un approccio di codifica a trasformazione percettiva continua, non crea audio digitale con profondità di bit e frequenze di campionamento fisse, come i dati PCM grezzi. Invece usano un target di bit rate e applicano continuamente una qualsiasi delle diverse strategie per la perdita di dati, a seconda delle frequenze presenti nell'audio che cambia per soddisfare il target data rate.
A 128k bit al secondo, un file audio digitale sarà circa 1/11 della dimensione del file PCM originale, con qualche perdita notevole.

Quindi, il punto principale che volevo fare qui è, sì l'audio CD è migliore dell'audio MP3, che è meno buono per progettazione, ma entrambi sono carenti. Notate che DVD e Blu-Ray usano audio di uno standard più alto di quello del CD - 24 bit a 48 kHz contro 16 bit a 44.1khz - perché l'audio del CD semplicemente non era così buono.
Mi sento male per molti ascoltatori moderni che non hanno mai sentito un'orchestra in una buona stanza o la riproduzione da un nastro analogico da 2" in grandi monitor. La memoria dell'effettiva fedeltà audio è quasi persa.