Campionamento del suono

Campionamento del suono: la base della produzione musicale in digitale

La digitalizzazione del suono oggi è alla base di ogni processo di registrazione e produzione audio.

Vediamo quindi le principali differenze esistenti tra il dominio analogico e il dominio digitale, in maniera tale da comprendere il funzionamento dei convertitori AD/DA; strumenti indispensabili per chi intende tuffarsi nel mondo della computer music ed allestire un home recording studio.

Il campionamento del suono in cosa consiste?

Semplificando il concetto, la digitalizzazione del suono consiste nel prelevare periodicamente delle istantanee (campioni) dell’ampiezza di un segnale audio (segnale analogico continuo in tensione), e trasformarle in una sequenza di numeri (segnale digitale espresso in bit nella codifica binaria utilizzata dai microprocessori).

In altri termini, il campionamento consiste nella conversione di un segnale analogico (ad esempio quello generato da un microfono, una chitarra elettrica, un basso etc.), in un segnale digitale.

Differenza tra Segnale Analogico e Segnale Digitale

Digitalizzazione del suono

Segnale analogico e segnale digitale

Il segnale analogico, se rappresentato graficamente, ha variazioni d’ampiezza continue nel tempo.

Il segnale digitale, invece, è discontinuo e presenta solo due valori: uno rappresentativo dello 0, l’altro del valore binario 1.

La Frequenza di Campionamento del suono

Il processo di campionamento (digitalizzazione del suono), avviene periodicamente ad una frequenza determinabile.

Quest’ultima è espressa in Hertz (Hz) ed indica quante volte al secondo viene prelevato un campione (sample): una frequenza di campionamento 44.100 Hz esprime il fatto che il processo avviene 44.100 volte ogni secondo.

Cosa indicano i Bit nel processo di campionamento digitale? 

Il numero di bit, utilizzato per la codifica, indica la risoluzione o quantizzazione dell’ampiezza del segnale in ingresso.

Influenza direttamente la possibilità di esprimere numericamente tale ampiezza e quindi di restituire l’esatta “dinamica” del segnale.

Attualmente i campionatori utilizzano risoluzioni a 16, 24 o 32 bit.

Cosa sono i Convertitori AD/DA?

I convertitori A/D, Analogico/Digitale, sono responsabili del processo di “digitalizzazione” del segnale analogico.

I convertitori D/A, Digitale/Analogico, operano in senso contrario e restituiscono al dominio analogico un segnale digitalizzato.

Caratteristiche di un Campionatore

Un campionatore per la digitalizzazione del suono è costituito sostanzialmente da:

  • un Ingresso ed una Uscita audio (I/O)
  • un convertitore A/D
  • un convertitore D/A

Il Teorema di NYQUIST ed il campionamento del suono

La digitalizzazione del suono si basa sul Teorema di NYQUIST, il quale asserisce che: “ogni segnale a banda limitata può essere campionato e perfettamente ricostruito, a patto che la frequenza di campionamento sia almeno il doppio della frequenza massima contenuta nella banda del segnale.”

Ciò si traduce nel fatto che un segnale nell’intervallo delle frequenze udibili (circa 20 Hz – 20 kHz), può essere campionato fedelmente a partire da una frequenza di campionamento di 40.000 Hz.

Frequenza di Campionamento e Frequenza Sonora

Tra frequenza di campionamento e frequenza sonora, strettamente, non esiste alcun legame; bisogna stare attenti a non fare confusione tra le due cose.

Nella conversione Analogico/Digitale c’è una perdita d’informazioni?

Durante il processo di campionamento del suono si ha un’inevitabile perdita d’informazioni audio.

Ciò è dovuto alla risoluzione utilizzata dal campionatore (numero di bit usati per arrotondare l’ampiezza del segale), ed al “modello ideale” dettato dal teorema di Nyquist.

Per ridurre l’inevitabile perdita d’informazione bisogna necessariamente ingannare “l’orecchio umano”, aumentando la frequenza di campionamento e il numero di bit di codifica.

Cos’è il Sovracampionamento?

È una tecnica utilizzata nei più moderni convertitori A/D.

Il segnale viene convertito ad una frequenza maggiore di quella necessaria, in modo da minimizzare la possibilità di errori di approssimazione”, e solo dopo, la frequenza viene portata a quella effettivamente utilizzata.

Cos’è il Dither?

Il Dithering cerca di correggere l’errore di quantizzazione, dovuto all’approssimazione nella misura dell’ampiezza del segnale.

Per correggere l’errore, il Dither somma uno particolare tipo di rumore (white noise o rumore bianco, a bassa intensità), al segnale da campionare.

Il Dither si basa su un concetto di psicoacustica per il quale il rumore è capace di confondere l’orecchio umano, attuando un meccanismo per cui è il nostro cervello che cerca di ricostruire i frammenti audio perduti.

Conclusioni

Anche in questa guida, sono state fornite le nozioni minime che ogni aspirante home recordist dovrebbe conoscere, onde evitare, per così dire…  di “andare a tentoni” nella gestione del flusso audio durante una sessione di produzione.

E’ necessario ribadire che, le informazioni qui riportate rientrano in materie di studio molto più complesse che, eventualmente, andrebbero approfondite attraverso specifici percorsi formativi relativi ai fenomeni sonori, in primis: l’acustica (branca della fisica) e la psicoacustica.