Audio Analogico e Digitale - Blog di Alessandro Fois

Il Blog di Alessandro Fois. 


A destra la rappresentazione schematica del segnale digitale e a sinistra quella del segnale analogico. Si intende suggerire l’idea che la definizione dell’onda sonora, nel digitale, appaia come una serie di informazioni di livello di intensità, discontinue e più o meno ravvicinate, rappresentate da puntini. Aumentando il numero dei puntini (aumntando la definizione) le informazioni si fonderanno in una linea continua, indistinguibile da quella analogica. Allo stesso modo si vuole suggerire l’idea (non del tutto esatta) che nel sistema analogico la definizione sia invece rappresentabile come una linea continua, frutto della connessione di infiniti punti.


Analogico e Digitale

Inconciliabile è la discussione in corso tra i sostenitori dell’analogico e quelli del digitale.

Posta in termini di qualità la questione ha poco senso, in quanto i processi digitali e analogici dell’audio sono semplicemente differenti ed entrambi, allo stato attuale dell’anno 2019, hanno i loro pro e contro.

Tramite una semplice comparazione diretta tra i due mondi potremo affermare qualcosa di più, come vedremo.

Aldilà del raffronto sulla qualità, i controlli digitali delle DAW ci permetteranno però alcuni vantaggi pratici indiscutibili, non ottenibili in ambito analogico:

  • costi di acquisto notevolmente inferiori
  • nessuna usura e nessun tempo e costo di manutenzione
  • risparmio di spazio in studio
  • tempi di connessione ridotti e nessun cablaggio necessario
  • possibilità di replicare nella stessa sessione di lavoro infinite “istanze” del medesimo plugin (come dire: ne compro 1 e ne utilizzo 100 contemporaneamente)
  • memorizzazione di infinite memorie di setting

Il digitale ad alta definizione

Confronto su definizione e dinamica

Durante la produzione del master

ANALOGICO

Un master inciso su nastro analogico da 1/2 pollice ad elevata velocità (30 IPS, utilizzando 1/4 di pollice per ogni traccia mono), produce risultati eccellenti in termini di definizione e di dinamica.

DIGITALE

Per raggiungere un tal livello occorre campionare in digitale a 24 bit ad una frequenza di campionamento di 96 Khz; in tal modo si ottengono risultati appena superiori in termini sia di dinamica che di definizione. Tale piccolo vantaggio del digitale si allarga (virtualmente) nei campionamenti a 192 e 384 Khz.

Durante la lavorazione multitraccia

ANALOGICO 

Risultati ottimi, ma un po’ meno elevati in termini di dinamica e di definizione, possono ottenersi anche nel corso della registrazione analogica multi-traccia su nastro magnetico da 2 pollici (24 tracce su 2 pollici = 1/12 di pollice per una traccia mono) alla velocità di 15 IPS (velocità non sempre utilizzata, alla quale si preferisce più spesso la velocità di 7,5 IPS, al fine di economizzare sul costo notevolissimo del nastro magnetico)

DIGITALE 

In ambito di definizione, col digitale a 24 bit – 48 Khz si ottengono risultati leggermente inferiori (in raffronto ai 15 IPS dell’analogico) o lievemente superiori (in raffronto coi 7,5 IPS). In termini di dinamica, invece, il digitale risulta sensibilmente superiore, permettendo una lavorazione più “rilassata” in termine di gestione dei livelli nel corso della manipolazione audio.

Il campionamento

Il campionamento standard a 48 Khz ha risolto alcune limitazioni inizialmente imposte dal sistema a 44,1 Khz (che perdura soltanto grazie allo standard degli audio CD); successivamente, coi 96 Khz si è ulteriormente ottimizzato il sampling nel corso dei processi di produzione. 

Per molti sound engineer resta invece più virtuale che reale il vantaggio dei sistemi a 192 o 384 Khz; a loro e a mio modesto parere tali sistemi offrirebbero poco o nessun vantaggio apprezzabile, sottraendo grandi risorse al sistema in ambito di recording e di processo.

L’utilizzo di files a 96 Khz ha invece un suo perché nelle fasi di manipolazione dell’audio, mentre può risultare sovrabbondante per i files destinati all’utente finale.

Bit e dinamica

Valutiamo meglio lo spazio dinamico utile.

I sistemi digitali a 16 bit offrono uno “spazio” di 96 db, lievemente inferiore a quello dell’analogico professionale che, grazie alla notevole tolleranza del supporto magnetico, ci regala alcuni db in più. 

Con l’avvento della tecnologia a 24 bit il processo di produzione dell’audio digitale ha fatto un notevole passo in avanti.

Ogni singolo bit riesce infatti a codificare 6 db di escursione dinamica, ne consegue che, con 24 bit avremo 48 db in più in confronto ai 96 del “sistema” a 16 bit, per un totale di 144 db.

Il che permette di annullare ogni minimo rumore di fondo indotto dal processo di campionamento stesso (convertitori A/D permettendo, secondo qualità), permettendoci di operare con livelli anche notevolmente più bassi del consueto.

La catena audio

Per mantenere tale livello, ogni anello della catena digitale non deve presentare cedimenti a carico di: 

  • virtual instruments
  • convertitori A/D e D/A
  • DAW
  • plugins
  • altri elementi eventuali

Ognuno dei suddetti elementi dovrebbe essere di qualità molto elevata, impostando altresì la sessione di lavoro ai valori minimi consigliabili: 48 Khz – 24 bit o, se le risorse lo permettono, ancora meglio a 96 Khz – 24 bit.

Il filtro anti-aliasing

Il processo di campionamento introduce disturbi in zona ultrasonica, che possono essere eliminati per mezzo di un filtro definito anti-aliasing, di cui sono dotati tutti i convertitori analogico-digitali.

Per utilizzare efficamente tale filtro occorre che la frequenza di campionamento sia sufficientemente elevata.

In tal senso la sua efficacia è maggiore utilizzando una frequenza di 48 Khz o più, mentre risulta molto meno efficace alla frequenza di 44.1 Khz.

A tal fine, per poter utilizzare tale frequenza di campionamento, sono stati elaborati i processi di over-sampling, che prevedono, in serie:

  • il campionamento temporaneo a doppia frequenza rispetto a quella prevista dalla sessione di lavoro (ad esempio 88.2 Khz per sessioni a 44.1 Khz)),
  • successiva applicazione del filtro anti-aliasing
  • successiva conversione dimezzata alla frequenza di lavoro (44.1 Khz)

In tal modo si risolve pienamente ogni problema di tal natura. 

L’oversampling è un processo ormai comune e totalmente automatizzato nel corso della lavorazione dell’audio digitale eseguito per mezzo delle Daw, e occorre anche in corso di filtraggio ad opera per esempio dei plugin.

Il test di Montgomery

Qui di seguito la sintesi di una ricerca effettuata dall’ingegner Christopher Montgomery (creatore del file formato OGG e attento studioso del campionamento audio e della percezione acustica), che ha previsto l’esecuzione di centinaia di test nel corso di un intero anno, coinvolgendo un buon numero di audiofili, tra i quali erano presenti vari “addetti ai lavori”.

Secondo i risulta i dei test, nessuno dei suddetti ascoltatori esperti riuscì mai a distinguere con certezza alcuna differenza tra file audio provenienti da sorgenti identiche, campionate in altissima definizione e esportate alle diverse combinazioni di frequenza e numero di bit, tra cui:

  • 44.1 – 48 – 96 – 192 khz
  • 16 – 24 bit

RISULTATO DEL TEST

Nessuno dei presenti riuscì a percepire alcuna differenza al variare della frequenza di sampling e del numero dei bit.

Per quanto riguarda i bit, è da chiarire che il processo di lavorazione di un file audio sottopone quest’ultimo a plurime deformazioni, per cui è consigliabile operare sempre con un elevato numero di bit, al fine di conservare al massimo l’escursione dinamica utile, concedendo ai processi un ampio margine di tolleranza al fine di evitare ogni rischio di distorsione.

La riduzione della definizione a 16 bit è tollerabile soltanto al termine del lavoro, tramite un opportuno processo di dithering o noise-shaping che minimizzi gli eventuali handycap della conversione finale.

Riepilogando:

  • è sufficiente utilizzare le frequenze di 44,1 o meglio di 48 Khz sia nel processo di lavorazione audio che nel produrre file audio destinati all’utente finale
  • qualora le risorse del sistema di registrazione ed elaborazione audio lo rendano possibile, è consigliabile utilizzare i 96 Khz durante la produzione e la successiva manipolazione dell’audio, mentre i 192 e i 384 Khz risulterebbero sempre sovrabbondanti
  • i 24 bit sono da ritenere indispensabili durante la manipolazione dell’ audio e per l’esportazione di un master d’archivio, mentre restano facoltativi per l’esportazione di file destinati all’utenza finale, per la quale sarebbero sufficienti i 16 bit

Per quanto attiene alla sovrabbondanza della frequenza di campionamento dei sistemi a 192 e 384 Khz, lo stesso Montgomery mise in guardia affermando che tale processo potrebbe introdurre subdolamente piccole distorsioni, derivanti da alti livelli di frequenze causati in fasce non udibili ma che possono coinvolgere e rivelarsi anche in fasce udibili (fatti salvi i casi in cui il problema venga risolto in fase di progettazione dei convertitori, con costi aggiuntivi di produzione).

La pasta del suono

Secondo le affermazioni del sound engineer Bob Katz e dell’ingegner George Massenburg, alle quali mi associo totalmente, utilizzando per il digitale un appropriato numero di bit e adeguate frequenze di campionamento, al giorno d’oggi non è possibile definire alcuna superiorità di uno o dell’altro sistema, in quanto entrambi offrono vantaggi e criticità molto differenti e per questo motivo poco commensurabili.

Le suddette criticità del digitale, a loro parere, risiedono principalmente in alcune variabili:

La qualità dei convertitori A/D e D/A, che deve essere la più elevata possibile

Nel processo digitale i convertitori sono “gli apparecchi che suonano”, coloro che devono essere capaci di restituire in output le caratteristiche del segnale analogico presenti nell’input, mantenendo intatto il suono nelle situazioni più disparate di dinamica e di “pasta sonora”.

Per testare la qualità audio di un convertitore si può procedere con una sperimentazione molto empirica ma non per questo di poco valore, ossia il paragone diretto tra la sorgente originale e la sua copia campionata.

Potete fare questo operando con più sorgenti: acustiche (ad esempio un pianoforte o un violino), elettro acustico (ad esempio un basso elettricoo una chitarra elettrica) e elettroniche (ad esempio vari suoni e un soft pad generato da un sintetizzatore analogico).

Al fine del migliore controllo è bene che le sorgenti siano il più possibili esenti da fruscio o altri rumori di fondo.

Occorre che il segnale elettroacustico di linea a cui avrete ricondotto le suddette sorgenti venga sdoppiato e convogliato in 2 canali adiacenti di un mixer analogico di buona qualità, avendo cura che il secondo di essi attraversi la vostra Daw al fine di essere processato in A/D e poi D/A dai convertitori del vostro sistema. 

Al fine di minimizzare le differenze di emissione si consiglia di utilizzare le latenze più basse erogabili dal vostro sistema e di evitare in alcun modo il filtraggio ad opera di plugin.

Va da sé che i controlli di volume della DAW e del mixer analogico devono essere identicamente impostati a 0db e che il segnale di entrambi, presente nei due canali del mixer analogico sia ottimizzato per entrambi col gain al fine di riprodurre sempre volumi di output assolutamente identici.

A questo punto potrà iniziare il confronto semplicemente alternando i canali adiacenti, da eseguire generando nelle sorgenti ogni possibile variabile tonale e dinamica e mettendo particolare cura nella analisi del decorso dei picchi e della pasta sonora degli accordi tenuti.

Oltre a ciò, come è ovvio, i convertitori non dovranno creare fruscio e rumori di alcun genere.

Un test ben condotto in tal senso la dirà lunga sulla “qualità musicale” di un convertitore: la precisa impressione di ascolto analitico da voi effettuata vi rassicurerà certamente più delle recensioni tecniche lette in qualche rivista specializzata, dei pareri più o meno attendibili raccolti nei forum, delle campagne di marketing attuate anche indirettamente dai costruttori dell’apparecchio di conversione. 

La molteplicità dei passaggi nella “circuiteria” DSP

I numerosi processi del segnale digitale indotti durante la manipolazione possono purtroppo indurre errori di calcolo numerico più o meno gravi che tendono a sommarsi. La questione diventa ancor più grave se il mixer virtuale della Daw e i vari plugin non sono di qualità estremamente elevata.

Inoltre, ci sono casi in cui avviene un troncamento delle informazioni digitali.

Entrambi i processi possono indurre un impoverimento progressivo della pasta del suono e, soprattutto, una ruvidezza tipica di certi processi digitali mal condotti.

Per ridurre l’insorgenza di tali inconvenienti sarà quindi necessario:

  • utilizzare daw e plugin di massima qualità
  • nei limiti del possibile utilizzare una frequenza di campionamento doppia di quella finale (ad esempio 96 Khz) per minimizzare le approssimazioni di calcolo digitale indotte dalla manipolazione
  • nei limiti del possibile ridurre al minimo indispensabile la quantità dei filtri
  • evitare di introdurre nel mix elementi campionati con frequenze differenti (se proprio dovete, valutate la possibilità di ricampionarli facendo passare l’audio di tali files attraverso un preamplificatore valvolare di buona qualità, al fine di ricreare un segnale analogico strutturalmente meno rigido dell’originale digitale)

Per tentare di risolvere tali inconvenienti qualora non fosse possibile evitarli:

  • cercate di percorrere a ritroso la catena di lavorazione per individuare eventuali elementi responsabili del degrado, e risolveteli percorrendo altre vie
  • valutare la possibilità di utilizzare un mixer sommatore valvolare di grande qualità al fine di mixare i gruppi di tracce e le tracce più critiche; le vavole potrebbero riuscire a “levigare” almeno in parte il suono ruvido delle tracce, conferendo ad esse una dimensione più gradevole anche se diversa dall’originale; attenzione però, perché talvolta tale processo potrebbe risultare peggiorativo: potrebbe sortire il solo effetto di conferire al suono una patina confusa senza risolvere efficacemente il problema della ruvidezza

Se si riuscirà a gestire il processo di produzione in ambito digitale, avendo cura di prevenire l’insorgenza di tutti i suddetti problemi, il risultato sonoro potrebbe risultare limpido e ricco.

Il futuro

La storia di ogni tecnologia ci insegna che alcuni processi tradizionali (come l’audio analogico) raggiungono il culmine mentre nuovi processi (come l’audio digitale) muovono i primi modesti passi.

Così è stato dell’analogico che, alla prima comparsa del digitale, risultava notevolmente superiore ad esso. 

Negli ultimi anni (ora siamo nel 2019) si assiste ad un affiancamento qualitativo delle due tecnologie.

Nel futuro sarà inevitabile che il digitale prenda totalmente il posto dell’analogico, in quanto riuscirà sempre meglio ad emularne le qualità, sviluppandone altresì di nuove ed esclusive, governabili per mezzo degli indubbi e notevoli vantaggi tipici della gestione digitale

Le leggende

Mille sono le “leggende metropolitane” che accompagnano tante apparecchiature di tipo tradizionale che, pur dotate di indubbia eccellente qualità, sono talvolta considerate mitologiche, talvolta aldilà della realtà oggettiva.

Aldilà della qualità, il colore speciale di un equalizzatore hardware è qualcosa di unico, e così pure la reattività  e la patina di colore indotto da un processore dinamico valvolare.

Quanto sopra giustifica il culto di molti fonici, che continuano a preferirne l’utilizzo.

La qualità dei processi analogici di alto livello e il loro successo storico è confermata anche dallo sforzo messo in atto da molti progettisti di software, al fine di emulare gli apparecchi analogici più celebrati, progettandoli in forma di plugin, con risultati talvolta sorprendenti.

Un parere personale

Avendo potuto operare, all’inizio delle mie esperienze, in ambito di registrazione analogica, capisco che a molti fonici piaccia la dimensione determinata dal nastro magnetico e dai processori hardware.

In tale ambito però ogni comparazione è falsata dal gusto soggettivo, mentre la ricerca della qualità oggettiva dovrà essere perseguita in entrambi gli ambiti analogico e digitale, avendo cura di scegliere i propri mezzi secondo il budget a disposizione.

A livello di processing, ho avuto numerose occasioni di effettuare confronti diretti tra i migliori processori analogici e i più raffinati plugin digitali installati nelle migliori DAW.

Spesso ho preferito il digitale nell’ambito del controllo tonale e talvolta anche in quello dinamico.

Alcune macchine analogiche di pregio hanno però il loro esclusivo e piacevole “colore”.

Di conseguenza, allo stato attuale la scelta dipenderà dai gusti personali, dal budget disponibile, dalla capacità di gestire le problematiche differenti insite sia nel digitale che nell’analogico.

Come al solito, la mancanza di alcun pregiudizio, cosa rara, sarà la migliore guida per le nostre scelte, e ci permetterà di costruire, se lo desideriamo, un allestimento “misto”, che preveda l’integrazione di alcuni elementi analogici in un moderno contesto digitale.


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