Registrazione digitale

La registrazione audio digitale consiste nell'archiviazione di segnali audio o video sotto forma di sequenza di cifre binarie che possono essere memorizzate su nastro magnetico, disco ottico o altri supporti. Questa tecnologia è ampiamente utilizzata nell'industria musicale e in molti altri settori.

Per registrare il suono, un convertitore analogico-digitale trasforma un'onda sonora elettrica proveniente da un microfono o un'immagine visiva analogica in informazioni. Fin dalla sua comparsa, la tecnologia digitale ha lentamente ma inesorabilmente sostituito le apparecchiature analogiche grazie al suo basso costo e alla sua facilità d'uso. Oggi l'audio digitale è uno standard per quasi tutti gli studi, sia professionali che amatoriali. Tuttavia, sorprendentemente poche persone ne comprendono davvero il funzionamento. Quindi, oggi parleremo delle basi dell'audio digitale per la registrazione musicale.

Storia della creazione

Sono passati cento anni tra la scoperta del primo dispositivo di registrazione del suono e l'introduzione della registrazione digitale. Durante questo periodo, i costanti progressi tecnologici e le infinite innovazioni di scienziati e tecnici hanno prodotto diverse ondate di acquisizione, elaborazione e riproduzione meccanica del suono. L'industria discografica ha fatto un enorme passo avanti con l'invenzione dei computer e del suono digitale. Tutto è iniziato con semplici fogli di stagno e cilindri di cera su cui le informazioni sonore venivano raccolte dal diaframma di registrazione dei grammofoni e accuratamente incise. Lo sviluppo è poi proseguito con le cassette, che hanno permesso agli ascoltatori di godere di suoni multicanale.

I giapponesi sono stati i pionieri della registrazione digitale, che alla fine degli anni '60 sono stati in grado di conservare tali registrazioni su nastro magnetico e di mostrarle al pubblico. Dieci anni dopo è stato presentato il registratore audio Sony, in grado di convertire il suono analogico in digitale e di memorizzarlo su VHS. Tuttavia, la musica continuava a essere venduta su vinile.

Le cose cominciarono a cambiare alla fine degli anni '70, quando Sony e Panasonic iniziarono a presentare i CD, un vero e proprio supporto digitale in grado di memorizzare fino a 150 minuti di suono di alta qualità. Il CD memorizza le informazioni utilizzando un sottile strato di foglio di alluminio, su cui sono impressi milioni di bit di dati in un modello che può essere letto da un laser e convertito elettronicamente in un segnale analogico.

L'avvento dei CD permise finalmente agli ingegneri di eliminare il rumore causato dall'attrito tra la puntina e il materiale di memorizzazione. Questo e molti altri vantaggi permisero ai CD di diventare uno dei supporti audio più popolari tra la fine del XX e l'inizio del XXI secolo. Tuttavia, l'industria musicale era scettica nei confronti dei CD perché offrivano una qualità del suono quasi perfetta ed erano facilmente piratabili dagli utenti. Per risolvere questi problemi, nel 1987 fu creato un altro supporto digitale chiamato cassetta audio digitale (DAT). Questo nuovo formato ebbe un discreto successo in Nord America e sopravvive ancora oggi come uno dei modi preferiti per manipolare le registrazioni audio professionali.

I primi anni del XXI secolo hanno visto la crescita del suono digitale non legato a supporti fisici. I progressi nei codec di compressione (principalmente MP3), nell'infrastruttura Internet e nella miniaturizzazione dei lettori digitali personali hanno permesso agli utenti di portare con sé le loro registrazioni digitali ovunque andassero. Sebbene alla fine degli anni '90 esistessero alcuni lettori MP3 influenti, l'industria musicale è cambiata in modo significativo con l'introduzione dell'iPod di Apple. Si tratta del lettore audio estremamente popolare che ha gettato le basi per gli attuali negozi di musica digitale e l'infrastruttura di distribuzione Internet per i clienti.

Confronto con la registrazione analogica

Prima della rivoluzione digitale degli anni '70, le registrazioni analogiche erano le uniche ampiamente utilizzate. Utilizzavano vari metodi ormai obsoleti, come i dischi a lunga durata (LP), i nastri a otto tracce (su nastro metallico o magnetico) e le audiocassette. Dall'inizio del XX secolo fino agli anni '70, il sistema analogico sembrava ideale per la registrazione, ma con la rivoluzione informatica alla fine del secolo, l'alta velocità e altre caratteristiche dell'elaborazione digitale hanno reso la registrazione digitale non solo possibile, ma sempre più adatta a molte applicazioni.

Anche il costante calo dei costi dovuto alla produzione di massa di computer, dischi ottici, lettori laser e altri dispositivi ha svolto un ruolo importante. La registrazione digitale è più facile da ottenere con una riproduzione ad alta fedeltà perché fornisce un'ampia gamma dinamica e un basso livello di rumore e distorsione con una corretta implementazione.

Formati di registrazione digitale

I file audio digitali possono essere creati in una varietà di formati. In generale, si dividono in due categorie: compressi e non compressi.

I formati compressi (come l'MP3) hanno dimensioni di file molto inferiori rispetto ai formati non compressi, ma sacrificano la qualità del suono. I dispositivi portatili (come i lettori MP3) ottengono un compromesso tra una qualità inferiore e la possibilità di memorizzare migliaia di file. La qualità dei servizi di streaming (come Spotify) può essere migliorata se si utilizza il Wi-Fi o si dispone di una buona connessione dati.

I file audio possono essere creati utilizzando sequencer. Esistono servizi sia a pagamento che gratuiti, come Amped Studio, che consentono di creare e modificare musica, realizzare mix complessi, registrare voci e molto altro ancora online. I brani creati con questo programma possono essere salvati in diversi formati digitali, che saranno discussi di seguito. È anche possibile condividere le registrazioni con gli amici e modificarle insieme.

Formati non compressi

Tali formati sono considerati il modo migliore per memorizzare i dati per una riproduzione di alta qualità, poiché richiedono una elaborazione minima per produrre dati audio. Formati più compressi possono causare crash audio su alcuni sistemi.

AIFF – Standard Apple

WAVE (o WAV) – uno standard per l'audio non compresso di qualità CD sui sistemi Windows che utilizza la registrazione in formato PCM. La registrazione di qualità CD ha una frequenza di campionamento di 44,1 kHz con una risoluzione a 16 bit.

Dimensione del file: circa 10,1 MB al minuto. Questa cifra è la stessa per tutti i file WAV con qualità CD, poiché la dimensione del file dipende solo dalla lunghezza del file, non dal suo contenuto audio.

BWF (Broadcast Wave Format) – utilizzato nei registratori audio portatili e nelle workstation audio digitali per la trasmissione.

Compressione senza perdita di dati

I formati di questa categoria contengono informazioni audio complete. Tuttavia, la dimensione del file è ridotta a scapito di una memorizzazione dei dati più efficiente.

Senza perdita WMA (Windows Media Audio) – progettato con la possibilità di gestione dei diritti digitali (DRM) per la protezione contro la copia.

ALAC (Apple Lossless Audio Codec) – open source e gratuito dal 2011 (anche se originariamente era di proprietà di Apple).

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – open source, licenza di formato gratuita.

Compressione con perdita di dati

MP3 – un formato di file audio compresso sviluppato dal Motion Picture Expert Group (MPEG) come parte del loro standard video MPEG1 e successivamente esteso allo standard MPEG2 Layer 3.

Eliminando le parti del file audio che sono praticamente impercettibili, i file mp3 vengono compressi a circa un decimo delle dimensioni del file PCM equivalente, mantenendo una buona qualità del suono.

Ci sono 2 parametri che è possibile regolare per modificare la qualità e la dimensione del file MP3:

• Bitrate;
• Frequenza di campionamento.

MP4 o M4A: successore dell'MP3 basato sulla compressione AAC.

M4P: versione proprietaria dell'AAC in formato MP4 con gestione dei diritti digitali, sviluppata da Apple per l'utilizzo nella musica scaricata dal proprio iTunes Music Store.

OGG Ogg Vorbis: un formato audio compresso open source e privo di brevetti.

Vantaggi e svantaggi della registrazione digitale

La tecnologia digitale ha offerto agli utenti molte opportunità. Ad esempio, in passato per effettuare una registrazione era necessario ricorrere a studi che occupavano molto spazio e costavano molto denaro. Ora tutto ciò che serve è un computer potente, che è molte volte più potente di uno studio e costa molto meno.

Tale accessibilità consente non solo ai professionisti, ma anche ai dilettanti di effettuare registrazioni audio. I programmi utilizzati oggi offrono possibilità praticamente illimitate per l'elaborazione del suono, mentre in passato per questo scopo venivano utilizzati strumenti reali. Ora è possibile creare un effetto unico con pochi clic in Amped Studio.

Per gli utenti comuni, la registrazione audio digitale presenta anche una serie di vantaggi:

• molti supporti di memorizzazione sono molto compatti e possono conservare registrazioni digitali per anni su chiavette USB, CD, ecc.
• software speciali consentono di ripulire le vecchie registrazioni e di eliminare il rumore;
• inoltre, tutti i suoni possono essere modificati per aggiungere effetti, volume, frequenza, ecc.

Grazie a Internet, gli utenti hanno la possibilità di scambiarsi i propri brani musicali preferiti, ascoltare decine di migliaia di brani diversi e pubblicare le proprie opere musicali.

Inoltre, i sistemi analogici hanno lo svantaggio che la distorsione aumenta man mano che si riproduce e si registra nuovamente. Ogni copia successiva avrà una qualità audio peggiore. In un sistema di registrazione digitale, questa distorsione non si verifica. La registrazione master può presentare errori di quantizzazione minimi, ma questi non vengono aggravati dalla copia. Un master digitale può essere copiato migliaia di volte senza distorsione. Allo stesso modo, i supporti digitali su CD possono essere riprodotti migliaia di volte senza distorsione.

Certamente, la tecnologia digitale ha i suoi svantaggi. Con il suo sviluppo, molte persone hanno iniziato a notare che le registrazioni analogiche hanno un "suono più vivo". Ma non si tratta solo di nostalgia per i vecchi tempi. Si tratta della digitalizzazione, che a volte aggiunge errori al suono. Inoltre, il "rumore dei transistor" può apportare delle modifiche. Non esiste un'unica interpretazione di questo concetto, ma il suo significato è una vibrazione caotica a un livello di alta frequenza. Sebbene l'orecchio umano sia progettato per percepire frequenze non superiori a 20 kHz, il nostro cervello sembra essere in grado di percepire anche frequenze più alte. Questa caratteristica ci fa pensare che il suono analogico sia più pulito di quello digitale.

Inoltre, tutti i supporti di registrazione sono imperfetti a causa della polvere o di altre contaminazioni che impediscono alle apparecchiature di acquisire i dati sul supporto. Nella registrazione analogica, i difetti appaiono come rumore udibile, mentre nella registrazione digitale causano errori nel flusso di bit che possono portare a rumore o errori di riproduzione. Per risolvere questo problema, nel flusso di dati vengono incorporati codici di correzione degli errori. Alcuni di questi codici possono essere molto complessi e causano anche un maggiore spazio di archiviazione dei dati. Il risultato, tuttavia, è una riproduzione del disco altamente affidabile con livelli ragionevoli di polvere e graffi.

Termini chiave nella registrazione digitale

Bit e byte

Un bit è l'elemento più piccolo che contiene dati nella memoria di un computer. Otto bit formano un byte, che viene gestito dai computer come un elemento intero.

Alta densità

Ciò significa la capacità di memorizzare file audio, video o dati di grandi dimensioni in uno spazio ridotto.

Parametri della registrazione digitale

I parametri che influenzano la qualità di una registrazione digitale sono:

• La risoluzione del convertitore analogico-digitale (ADC) e del convertitore digitale-analogico (DAC);
• Le frequenze di campionamento dell'ADC e del DAC;
• Jitter (distorsione del segnale) dell'ADC e del DAC;
• Sovracampionamento.

Inoltre, anche le seguenti impostazioni svolgono un ruolo importante:

• Quanto rumore c'è in relazione ai segnali;
• Quantità di distorsione di tipo non lineare;
• Interferenza di intermodulazione;
• Irregolarità di ampiezza e frequenza;
• Il processo di penetrazione reciproca dei canali;
• Dinamica della portata.

Descrizione del processo di registrazione digitale

La registrazione viene eseguita come segue:

1. Il segnale analogico viene trasmesso all'ADC;
2. La conversione di questo segnale, durante la quale l'onda analogica viene misurata più volte. Successivamente, viene assegnato il valore binario con il numero di bit (lunghezza della parola);
3. Segue quindi un campionamento, ovvero la frequenza alla quale l'ADC misura il livello dell'onda analogica;
4. La lunghezza della parola preimpostata, che è un campione digitale del suono, rappresenta il livello sonoro di un secondo;
5. La dimensione della lunghezza della parola determina la precisione della visualizzazione del livello della forma d'onda sonora;
6. La frequenza del segnale digitale dipende dall'altezza della frequenza di campionamento;
7. I campioni audio digitali risultanti, che sono un flusso costante di numeri, vengono inviati all'ADC;
8. I numeri binari risultanti possono quindi essere memorizzati su vari supporti multimediali.

Come avviene la riproduzione:

1. I numeri vengono inviati dal supporto al DAC, che li riconverte in analogici, unendo i dati di livello. Questo ripristina la forma d'onda analogica alla sua forma precedente;
2. Il segnale viene amplificato e inizia ad essere inviato agli altoparlanti o agli schermi.

Conclusione

La registrazione digitale ha rivoluzionato l'industria musicale e non solo, relegando il suo predecessore analogico alla storia. Grazie ai suoi vantaggi e alla sua convenienza, questa tecnologia ha trovato applicazione in molti campi ed è difficile immaginare il mondo di oggi senza di essa.