Registrazione digitale

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

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 alla sua convenienza e facilità d'uso. Oggi l'audio digitale è uno standard per quasi tutti gli studi, sia professionali che amatoriali. Tuttavia, sorprendentemente, poche persone capiscono davvero come funziona. Quindi oggi parleremo delle basi dell'audio digitale per la registrazione musicale.

Storia della creazione

Sono trascorsi cento anni dalla scoperta del primo apparecchio per la registrazione del suono all'introduzione della registrazione digitale. Durante questo periodo, i costanti progressi tecnologici e le infinite innovazioni da parte di scienziati e tecnici hanno prodotto diverse ondate di cattura, elaborazione e riproduzione meccanica del suono. L'industria discografica ha fatto un enorme passo avanti con l'invenzione dei computer e del suono digitale. Si partiva da semplici fogli di stagno e cilindri di cera sui quali le informazioni sonore venivano raccolte dalla membrana di registrazione dei grammofoni e accuratamente incise. Successivamente, 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, che già alla fine degli anni '60 furono in grado di conservare tale registrazione con nastro magnetico e di mostrarla al pubblico. Dieci anni dopo è stato mostrato il registratore audio Sony. Era in grado di creare suono digitale da analogico, memorizzandolo su VHS. Tuttavia, la musica veniva ancora venduta su vinile.

Le cose iniziarono a cambiare alla fine degli anni '70, quando Sony e Panasonic iniziarono a presentare i CD, un vero 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 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 consentito 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 del suono quasi perfetta e venivano facilmente piratati dagli utenti. Per risolvere questi problemi, nel 1987 hanno creato un altro mezzo digitale chiamato audiocassetta digitale (DAT). Questo nuovo formato ebbe un discreto successo in Nord America e sopravvive oggi come uno dei modi preferiti per manipolare le registrazioni audio professionali.

I primi anni del 21° secolo hanno visto la crescita del suono digitale non legato ai supporti fisici. I progressi nei codec di compressione (principalmente MP3), nell'infrastruttura Internet e nella miniaturizzazione dei lettori digitali personali hanno consentito 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. Si tratta del popolarissimo lettore audio che ha gettato le basi per gli odierni negozi di musica digitale e 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. Utilizzarono vari metodi ormai obsoleti, come i dischi long play (LP), i nastri a otto tracce (su nastro metallico o magnetico) e le cassette audio. Dall'inizio del XX secolo fino agli anni '70, il sistema analogico sembrava ideale per la registrazione, ma con la rivoluzione informatica della 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 molti. applicazioni.

Un ruolo importante lo hanno giocato anche i costi in costante diminuzione dovuti alla produzione di massa di computer, dischi ottici, lettori laser e altri apparecchi. La registrazione digitale è più semplice da ottenere per una riproduzione ad alta fedeltà perché fornisce un'ampia gamma dinamica e un basso rumore e distorsione con un'implementazione corretta.

Formati di registrazione digitale

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

I formati compressi (come 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 capacità di archiviare migliaia di file. La qualità dei servizi di streaming (come Spotify) può essere migliorata se utilizzi il Wi-Fi o disponi di una buona connessione dati.

I file audio possono essere creati utilizzando i sequenziatori. Esistono servizi sia a pagamento che gratuiti, come Amped Studio, che ti consente di creare e modificare musica, realizzare mix complessi, registrare voce e molto altro online. Le tracce create in questo programma possono essere salvate in diversi formati digitali, che verranno discussi di seguito. Puoi anche condividere le tue registrazioni con i tuoi amici e modificarle insieme.

Formati non compressi

Tali formati sono considerati il ​​modo migliore per archiviare dati per una riproduzione di alta qualità poiché è necessaria pochissima elaborazione per produrre dati audio. Formati più compressi potrebbero causare arresti anomali dell'audio su alcuni sistemi.

AIFF : standard Apple

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

Dimensione del file: circa 10,1 MB al minuto. Questa cifra è la stessa 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 perdite

I formati in questa categoria contengono informazioni audio complete. Ma con una dimensione del file ridotta a scapito di un’archiviazione dei dati più efficiente.

Lossless 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) – un open source e gratuito dal 2011 (sebbene fosse originariamente di proprietà di Apple).

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – licenza open source per formati liberi.

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 allo standard MPEG2 Layer 3.

Eliminando le parti del file audio praticamente impercettibili, i file mp3 vengono compressi fino a circa un decimo della dimensione del file PCM equivalente, pur mantenendo 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 – 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 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, ai vecchi tempi per fare una registrazione dovevi utilizzare studi che occupavano molto spazio e costavano molti soldi. Ora tutto ciò di cui hai bisogno 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 sonore. I programmi utilizzati oggi offrono possibilità praticamente illimitate per l'elaborazione del suono, mentre in passato a questo scopo venivano utilizzati strumenti reali. Ora puoi creare un effetto unico con pochi clic in Amped Studio.

Per gli utenti comuni, la registrazione audio digitale presenta anche numerosi vantaggi:

• molti supporti di memorizzazione sono molto compatti e possono archiviare registrazioni digitali per anni su unità flash, CD, ecc.;
• un software speciale consente di ripulire vecchie registrazioni ed 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 scambiarsi i 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 durante la riproduzione e la riregistrazione. Ogni copia successiva verrà ascoltata peggio. In un sistema di registrazione digitale questa distorsione non si verifica. La registrazione master può presentare errori minimi di quantizzazione, ma questi non vengono peggiorati dalla copia. Un master digitale può realizzare migliaia di copie senza distorsioni. Allo stesso modo, i media digitali sui CD possono essere riprodotti migliaia di volte senza distorsioni.

Sicuramente la tecnologia digitale ha i suoi svantaggi. Con il loro sviluppo, molte persone hanno iniziato a notare che le registrazioni analogiche hanno un suono più “live”. Ma questa non è solo nostalgia dei vecchi tempi. È tutta una questione di digitalizzazione, che a volte aggiunge errori al suono. Inoltre, il “rumore dei transistor” può apportare le proprie regolazioni. Non esiste un'unica interpretazione di questa nozione, 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 del suono digitale.

Inoltre, tutti i supporti di registrazione sono imperfetti a causa della polvere o di altre contaminazioni che impediscono all'apparecchiatura 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, i codici di correzione degli errori sono incorporati nel flusso di dati. Alcuni di questi codici possono essere molto complessi e fanno sì che i dati occupino più spazio di archiviazione. 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 del computer. Otto bit compongono un byte, che viene gestito dai computer come un intero elemento.

Alta densità

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

Parametri di registrazione digitale

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

• La risoluzione del convertitore analogico-digitale (ADC) e del convertitore digitale-analogico (DAC);
• Le frequenze di campionamento di ADC e 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 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 gli viene assegnato il valore binario con il numero di bit (lunghezza della parola);
3. Poi c'è un 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 di 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 diversi supporti multimediali.

Il modo in cui avviene la riproduzione:

1. I numeri vengono inviati dalla portante del mezzo al DAC, che li riconverte in analogico, unendo i dati di livello. Ciò 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, la tecnologia ha trovato applicazione in molti campi ed è difficile immaginare il mondo di oggi senza di essa.