Analogico contro Digitale: nella musica non c'è confronto!








Ritorniamo a parlare di musica digitalizzata (discorso iniziato in un articolo di qualche mese fa), anzi facciamo un passo indietro ed andiamo a vedere cosa significa campionare un brano musicale e come funziona.

 

D’apprima, un segnale audio in ingresso viene immesso in un convertitore Analogico Digitale (A-D converter), questo, prende una serie di misurazioni del segnale a intervalli regolari e memorizza i campioni misurati come una sequenza di numeri si ha così il processo di campionamento (misurazione a campioni di tempo).

Una lunga serie di numeri risultanti verrà poi immagazzinata in un supporto digitale per essere poi riletta e ricostruita (con il playback) da un processo inverso che restituirà il segnale analogico simile (ma non uguale) all’originale.

 

A questo ultimo passaggio pensa il convertitore Digitale Analogico (D-A converter) il quale prende i numeri già memorizzati e li elabora per ricostruire, con un’approssimazione abbastanza vicina al segnale originale. Questo segnale ormai tornato analogico, potrà essere immesso in un amplificatore e quindi ad un sistema di diffusori acustici per l’ascolto.

 

La quantità di bit deli convertitori determina l’accuratezza con la quale viene effettuata ciascuna misurazione o campione, la frequenza di campionamento determina ogni quanto tempo viene fatta questa lettura. Parole più lunghe (una parola o una word è semplicemente un gruppo di bit) permettono la rappresentazione di una serie più ampia di numeri e quindi misurazioni più accurate e riproduzioni più fedeli di uno stesso segnale (quindi maggior dinamica e maggior dettaglio).

 

In un sistema a 16-bit (come il CD), ciascun campione è rappresentato da una parola binaria lunga 16 cifre. Poichè ciascuna di queste 16 cifre può essere uno 0 o un 1, sono possibili soli 65.536 possibili diversi valori per ciascun campione.

 

Infine per tornare alla forma d’onda originale ci viene in aiuto anche la matematica.

 

Il teorema di Fourier

Un importante teorema la cui conoscenza intuitiva è necessaria per comprendere l’importanza della frequenza di campionamento, è dovuto a Fourier. La figura sotto, illustra visivamente i risultati del Teorema di Fourier:

qualsiasi onda può essere considerata come la somma di un insieme di onde, di cui la prima è detta fondamentale e, le onde successive armoniche (nomi già sentiti vero?).

 

Nell’esempio illustrato in alto, si è scelta un’onda quadra perché, pur trattandosi di un caso particolare, permette di chiarire facilmente il senso del teorema di Fourier.

 

Come si vede, l’onda risultante segue un andamento con profilo tendente al quadrato. In effetti, non è quadrato, ma lo approssimerebbe in modo migliore se invece di usare la somma di una fondamentale e tre armoniche di ordine dispari, avessimo considerato un numero molto maggiore di armoniche almeno 21 (le armoniche sono frequenze multiple della frequenza fondamentale e di minore ampiezza  o intensità).

 

Facciamo un esempio: il "LA" fondamentale internazionale vibra a 440 kHz, la seconda armonica avrà frequenza di 880 kHz, la terza 1760 kHz, e così via. In questo caso, la sesta armonica ha una frequenza di 28.160 kHz e dunque si trova ben oltre il limite di frequenza udibile dall’orecchio umano; ma anche se non udibile la sua presenza, sommandosi alle armoniche udibuli, avrà effetti udibili sul timbro del suono generale che viene comunque percepito dall’ascoltatore esperto.

Il numero delle armoniche ed i loro rapporti di intensità determinano il timbro, che è la ricchezza del suono in uno stato di buon ascolto infatti si devono poter distinguere le stesse note emesse da strumenti differenti.

 

Un "DO" può essere emesso sia da un violino che da una sirena… è la presenza delle armoniche con le loro rispettive intensità che ci permettono di distinguere le diverse sorgenti.

Qui sotto sono riprodotte tre visualizzazioni di un brano musicale digitalizzato a vari livelli di dettaglio (per una migliore visualizzazione fate Visualizza Immagine col tasto destro del mouse), sulla figura più a destra si notano gli elementi minimi di campionamento.

 

 

 

Dove sta allora il problema? Convertire una fonte analogica di segnale (come una musica, una voce, un rumore), e riuscire poi a ricostruirla senza perdere qualcosa è praticamente impossibile. Il problema è che si perde inevitabilmente una quantità infinita di informazioni già al momento del campionamento.

 

Facciamo ora un esempio: supponiamo di campionare un segnale puramente sinusoidale, prendiamo i nostri campioni e poi li riproduciamo. La qualità della riproduzione risulterà altamente fedele, il nostro orecchio non si accorge neanche di ascoltare una fonte campionata in quanto i sistemi di riproduzione sono progettati per riapprossimare più fedelmente possibile un segnale puro (cioè sinusoidale). Il problema però si fa più complicato quando  intervengono le armoniche (cioè sempre).

Acoltare un brano musicale campionato quindi, è un po’ come vedere un fotogramma ogni tanto in un buon film: di certo ci possiamo fare un’idea del contenuto e della trama, ma mai riusciremmo a percepire tutto l’impatto emotivo che un attore ed il regista ci vuol trasferire.

 

Una precisazione a seguito dei commenti: Il problema di cui parlo è, ovviamente, la codifica PCM del CD Audio (e tutte le peggiorazioni delle compressioni aggiuntive come MP3, ATRAC, ecc.). Il sistema di codifica DSD applicata sul Super Audio Cd utilizza tutt’altra tecnica di digitalizzazione molto più dettagliata e veloce (ma il SACD ancora non è diffuso e forse mai lo sarà, inoltre pochi sono i titoli disponibili).

 

 

Questa, a differenza del PCM, codifica un segnale audio in formato digitale senza alcuna forma di compressione, campionando il segnale ad un’elevatissima frequenza di campionamento (circa 2,8224 MHz, 64 volte più veloce di quella del CD Audio) ma quantizzando ciascun campione con un solo bit.

Quello che si ottiene è un’onda quadra che insegue il segnale originale con estrema velocità.
Un segnale DSD può codificare un segnale audio con un banda di 100 KHz e una gamma dinamica di circa 120 dB. Qui siamo chiaramente su altri livelli dove si riesce a registrare fino alla 13ma armonica e, chi ascolta sente effettivamente qualcosa di diverso, molto più vicino all’originale, ma pur sempre campionato!

Un saluto … analogico

 

Articolo riveduto, integrato e corretto nel novembre 2011

 


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5 Risposte a “Analogico contro Digitale: nella musica non c'è confronto!”

  1. elv ha detto:

    Ma che stai a dire? Cosa c’entra il concetto di ripetizione? Forse intendi il consumo del supporto, ma non c’entra nulla con il discorso che viene fatto in articolo.
    La durata del supporto dipende anche dal mezzo con cui viene letto, non sempre il sistema di lettura è distruttivo o degradante. I sistemi di lettura laser (sviluppati per lasciare la compatibilità totale dei supporti di vinile) pensati nel 90 permette la letture dei vecchi 33 giri senza alcun degrado o consumo meccanico!

  2. nikecatania95 ha detto:

    beh, sono 2 paragoni differenti, poi l’analogico ascoltando più volte la stessa traccia si perde la qualità, mentre nell’analogico la traccia si sentirà sempre uguale 🙂

  3. pr ha detto:

    L’unico motivo vero che ha portato il digitale alla diffusione attuale è stato totalmente economico, ad un segnale digitale basta un chip a larghissima scala di integrazione del costo di pochi euro per fare di tutto, ad uno digitale servono componenti selezionati messi insieme da chi sa fare le cose… alla fine meglio o peggio si va a sbattere comunque sugli altoparlanti che soffrono di tutti i difetti congeniti di questo mondo… e poi quello che si ascolta è stato comunque già digitalizzato dalla sala di incisione,
    meglio? peggio? meglio una ottima registrazione di un pessimo pezzo o una pessima registrazione di un ottimo pezzo?
    E se il problema maggiore fosse solo alla fine della catena?

  4. elvio ha detto:

    Parlare di analogico in campo audio non significa tornare al vinile significa cambiare filosofia. Ci sono infinite tecniche per avere registrazioni analogiche perfette, ad alta dinamica e senza rumore. Già ai primi tempi del VHS era possibile registrare in altissima qualità analogica e 120 dB di S/N su nastro video, pensiamo che oggi mancherebbero tecniche migliori?

  5. pr ha detto:

    Chi non ha di meglio….
    La SONY per la pubblicità del suo SACD mostra semplicemente la riproduzione di un’onda quadra a 10KHz di CD e SACD… quella di un giradischi in vinile è stata omessa per pietà…

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