Registrazione digitale

La registrazione audio digitale è la memorizzazione di segnali audio o visivi come sequenze 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 ambiti.

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

Storia della creazione

Sono trascorsi cento anni dalla scoperta del primo dispositivo di registrazione audio all'introduzione della registrazione digitale. In questo periodo, i continui progressi tecnologici e le infinite innovazioni di scienziati e tecnici hanno prodotto diverse ondate di cattura, elaborazione e riproduzione meccanica del suono. L'industria discografica ha compiuto un passo da gigante con l'invenzione dei computer e del suono digitale. Si è partiti da semplici fogli di stagnola e cilindri di cera su cui le informazioni sonore venivano raccolte dal diaframma di registrazione dei grammofoni e accuratamente incise. Poi, lo sviluppo è continuato con le cassette che hanno permesso agli ascoltatori di godere di suoni multicanale.

I pionieri della registrazione digitale furono i giapponesi: già alla fine degli anni '60 riuscirono a conservare tali registrazioni su nastro magnetico e a presentarle al pubblico. Dieci anni dopo, venne presentato il registratore audio Sony, in grado di convertire l'audio analogico in digitale, memorizzandolo su VHS. Ciononostante, la musica continuava a essere venduta su vinile.

Le cose iniziarono 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 audio di alta qualità. Il CD memorizza le informazioni utilizzando un sottile strato di foglio di alluminio, su cui milioni di bit di dati vengono impressi secondo uno schema che può essere letto da un laser e convertito elettronicamente in un segnale analogico.

L'avvento dei CD ha finalmente permesso agli ingegneri di eliminare il rumore causato dall'attrito tra la puntina e il materiale di memorizzazione. Questo e molti altri vantaggi hanno permesso 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 fornivano una qualità audio quasi perfetta ed erano facilmente piratati dagli utenti. Per risolvere questi problemi, nel 1987 è stato creato un altro supporto digitale chiamato audiocassetta digitale (DAT). Questo nuovo formato ha avuto un discreto successo in Nord America ed è ancora oggi uno dei metodi 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 proprie 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. Questo è il lettore audio estremamente popolare che ha gettato le basi per gli odierni negozi di musica digitale e per l'infrastruttura di distribuzione Internet per i clienti.

Confronto con la registrazione analogica

Le registrazioni analogiche erano le uniche ampiamente utilizzate prima della rivoluzione digitale degli anni '70. Utilizzavano vari metodi oggi obsoleti, come i dischi a lunga durata (LP), i nastri a otto tracce (su metallo o nastro 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 di fine secolo, l'alta velocità e altre caratteristiche dell'elaborazione digitale resero la registrazione digitale non solo possibile, ma sempre più adatta a numerose applicazioni.

Anche il costante calo dei costi dovuto alla produzione di massa di computer, dischi ottici, lettori laser e altri dispositivi ha giocato un ruolo importante. La registrazione digitale consente una riproduzione ad alta fedeltà più semplice perché, se implementata correttamente, offre un'ampia gamma dinamica e bassi livelli di rumore e distorsione.

Formati di registrazione digitale

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

I formati compressi (come l'MP3) hanno dimensioni di file molto più ridotte rispetto ai formati non compressi, ma sacrificano la qualità audio. I dispositivi portatili (come i lettori MP3) devono fare i conti con il compromesso tra una qualità inferiore e la possibilità di memorizzare migliaia di file. La qualità dei servizi di streaming (come Spotify) può essere migliorata utilizzando il Wi-Fi o una buona connessione dati.

I file audio possono essere creati utilizzando i sequencer. Esistono servizi sia a pagamento che gratuiti, come Amped Studio , che consentono di creare e modificare musica, realizzare mix complessi, registrare la voce e molto altro online. Le tracce create con questo programma possono essere salvate 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 archiviare dati per una riproduzione di alta qualità, poiché richiedono pochissima elaborazione 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 su sistemi Windows che utilizza il formato di registrazione PCM. La registrazione di qualità CD ha una frequenza di campionamento di 44,1 kHz con risoluzione a 16 bit.

Dimensioni del file: circa 10,1 MB al minuto. Questo valore è lo stesso per tutti i file WAV di 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, ma con dimensioni ridotte a scapito di una più efficiente archiviazione dei dati.

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

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

FLAC (Free Lossless Audio Codec): formato open source con licenza gratuita.

Compressione con perdita

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

Eliminando le parti del file audio praticamente inudibili, i file mp3 vengono compressi fino a raggiungere una dimensione pari a circa un decimo di quella del file PCM equivalente, mantenendo al contempo una buona qualità del suono.

Ci sono 2 parametri che puoi regolare per cambiare la qualità e la dimensione del file MP3:

• Velocità in bit;
• Frequenza di campionamento.

MP4 o M4A: il successore di MP3 basato sulla compressione AAC.

M4P – Una versione proprietaria di AAC in formato MP4 con gestione dei diritti digitali, sviluppata da Apple per l'utilizzo nella musica scaricata dal suo 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 numerose opportunità. Ad esempio, in passato, per registrare era necessario utilizzare studi di registrazione che occupavano molto spazio e costavano molto. Ora tutto ciò che serve è un computer potente, che è molto più potente di uno studio e costa molto meno.

Questa accessibilità consente non solo ai professionisti, ma anche agli amatori di realizzare registrazioni audio. I programmi oggi in uso offrono possibilità praticamente illimitate per l'elaborazione del suono, mentre in precedenza venivano utilizzati strumenti reali per questo scopo. Ora è possibile creare un effetto unico con pochi clic grazie ad Amped Studio.

Anche per gli utenti comuni la registrazione audio digitale presenta numerosi vantaggi:

• molti supporti di memorizzazione sono molto compatti e possono conservare registrazioni digitali per anni su chiavette USB, CD, ecc.;
• un software speciale consente 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 avuto la possibilità di inviarsi reciprocamente i loro brani musicali preferiti, ascoltare decine di migliaia di tracce diverse e pubblicare le proprie opere musicali.

Inoltre, i sistemi analogici presentano lo svantaggio che la distorsione aumenta man mano che si riproduce e si ri-registra. Ogni copia successiva risulterà peggiore. In un sistema di registrazione digitale, questa distorsione non si verifica. La registrazione master può presentare minimi errori di quantizzazione, ma non vengono peggiorati dalla copia. Un master digitale può essere riprodotto migliaia di volte senza distorsione. Allo stesso modo, i supporti digitali su CD possono essere riprodotti migliaia di volte senza distorsione.

Certo, la tecnologia digitale ha i suoi svantaggi. Con il suo sviluppo, molti hanno iniziato a notare che le registrazioni analogiche hanno un suono più "live". Ma non si tratta solo di nostalgia per i vecchi tempi. È tutta una questione di digitalizzazione, che a volte aggiunge errori al suono. Inoltre, il "rumore dei transistor" può apportare le proprie modifiche. Non esiste un'interpretazione univoca di questo concetto, ma il suo significato è una vibrazione caotica ad 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 di polvere o altre contaminazioni che impediscono all'apparecchiatura di catturare i dati sul supporto. Nella registrazione analogica, i difetti si manifestano come rumore udibile, mentre nella registrazione digitale causano errori nel flusso di bit che possono causare rumore o problemi di riproduzione. Per risolvere questo problema, nel flusso di dati vengono integrati codici di correzione degli errori. Alcuni di questi codici possono essere molto complessi e causano anche un maggiore occupazione di spazio di archiviazione da parte 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 compongono un byte, che viene gestito dai computer come un elemento unico.

Alta densità

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

Parametri di 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) di ADC e DAC;
• Sovracampionamento.

Inoltre, impostazioni come le seguenti svolgono un ruolo importante:

• Quanto rumore c'è in relazione ai segnali;
• La quantità di distorsione del 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 avviene 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, le viene poi assegnato il valore binario con il numero di bit (lunghezza della parola);
3. Poi c'è il campionamento, che è 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.

Come avviene la riproduzione:

1. I numeri vengono inviati dalla portante al DAC, che li trasforma nuovamente 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 a essere inviato agli altoparlanti o agli schermi.

Conclusione

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