Audio digitale: frequenza di campionamento del suono e profondità di bit

In questo articolo, copriremo alcuni aspetti di base del suono digitale e di come questi possano influenzare il processo di produzione: ci concentreremo sulla frequenza di campionamento audio e sulla profondità di bit. Ti tremano già le mani, lo so. È un po’ di concetto e un po’ di matematica. Ma vedrai che ci toglierà qualche dubbio su come funziona l’audio digitale. Non sarà piacevole, ma è sempre bene sapere qualcosa prima di lancirasi nel mondo della musica a testa bassa. Poi, ovvio, sei libero di fare quello che preferisci. Ma prima di iniziare a distribuire i tuoi pezzi su DistroKid (accedendo da questo link ti guadagni pure uno sconto) forse è una buona idea assicurarti che suonino davvero bene. Dai, fatti forza 👇

Prima della frequenza di campionamento: Cos’è l’audio digitale?

L’audio digitale è il sistema in cui immagazziniamo, ricreiamo e manipoliamo le informazioni audio in un sistema informatico. Caratteristiche specifiche di un’onda sonora analogica, come la frequenza e anche l’ampiezza, vengono trasformate in informazioni che l’applicazione software del computer può esaminare. Questo ci permette di gestire, modificare e anche impostare l’audio in un contesto basato sul digitale.

Le basi della frequenza di campionamento: Cos’è un sample audio?

L’onda acustica viene trasfromata in un’informazione digitale con una serie di “campioni”, o in inglese sample. Un sample è una foto di un certo momento dell’onda audio, che ne registra le caratteristiche. Questo campione viene poi convertito in informazioni binarie assorbibili, in bit. La tua DAW preferita è capace di ottenere centinaia di sample al secondo. Possiamo usare efficacemente queste istantanee per ricostruire la risoluzione e la complessità di un’onda analogica a patto di riuscire a recuperare sufficienti valori di ampiezza.

Il sistema prende questi sample a una velocità chiamata “frequenza di campionamento audio”, determinata in kilohertz. La frequenza di campionamento audio identifica la varietà di frequenze catturate nell’audio digitale. Le opzioni che vedete nelle normali DAW – 44,1 kHz, 48 kHz – possono sembrare un po’ casuali, ma non lo sono! Adesso rilassati, siediti comodo e preparati a parlare di matematica.

Per misurare la frequenza di un’onda sonora, dobbiamo essere in grado di individuarne e specificarne un ciclo. Abbiamo bisogno di determinare l’onda almeno 2 volte per avere ciclo completo così da catturare accuratamente la sua frequenza. Ci servono il punto più alto e quello più basso dell’onda.

Per farlo ci aiuta il teorema di Nyquist: per codificare un segnale audio analogico, dobbiamo utilizzare una frequenza di campionamento almeno doppia rispetto alla frequenza più alta contenuta al suo interno.

Il segnale, oltre la frequenza di Nyquist non viene registrato correttamente dai convertitori audio-digitali, introducendo anche frequenze artificiali in un processo chiamato aliasing.

Per prevenire l’aliasing, i convertitori audio-digitali sono spesso preceduti da filtri passa-basso che eliminano le frequenze superiori alla frequenza di Nyquist prima che il suono raggiunga il convertitore. Questo protegge dalle frequenze super-alte nel suono originale dall’innescare l’aliasing. I primi filtri potevano contaminare il suono, ma questo problema sta diminuendo man mano la tecnologia migliora. Oggi non è più un problema così diffuso.

Perché la frequenza di campionamento audio convenzionale è 44,1 kHz?

La frequenza di campionamento audio più comune che vedrai è 44.1 kHz, o 44.100 sample al secondo. Questo è il requisito standard per la maggior parte del suono di consumo, usato per supporti come i CD. Gli esseri umani possono ascoltare frequenze tra 20 Hz e 20 kHz. Ma la maggior parte degli individui ha perso la capacità di ascoltare le frequenze superiori nel corso della loro vita. Molte persone possono ascoltare solo le frequenze fino a 15 kHz – 18 kHz. Il computer dovrebbe avere la capacità di ricreare onde con frequenze fino a 20 kHz per mantenere tutto ciò che possiamo sentire (almeno in teoria). Quindi una frequenza di campionamento di 40 kHz è tecnicamente sufficiente?

Sì, ma per registrare davvero a frequenze così elevate c’è bisogno di un filtro passa-basso piuttosto potente – e anche un po’ costoso – per fermare l’aliasing udibile. La frequenza di campionamento di 44,1 kHz permette praticamente di registrare audio a frequenze fino a 22,05 kHz senza difficoltà. Oltre potrebbero comunque essere udibili distorsioni dovute alla potenza di calcolo degli strumenti digitali.

Riesci a sentire la differenza tra le frequenze di campionamento audio?

Alcuni producer esperti possono avere la capacità di sentire le differenze tra le frequenze di campionamento. Tuttavia, man mano che il filtraggio e le innovazioni di conversione analogico/digitale migliorano, finisce per essere più difficile percepire queste differenze. Inoltre, se non sei un esperto ma solo un “amatore” potresti non avere l’orecchio sufficientemente allenato.

Una frequenza di campionamento del suono più alta è meglio?

In teoria, non è un cattivo suggerimento lavorare con una frequenza di campionamento più alta, come 176,4 kHz o 192 kHz. Alla fine, tuttavia, l’audio sarà probabilmente trasformato a 44,1 kHz o 48 kHz.

Infatti il sistema leggerebbe gli esempi più velocemente di quanto dovrebbe, se fosse impostato su una frequenza di campionamento di 48 kHz e noi usassimo un file audio a 44,1 kHz. L’audio suonerebbe accelerato e anche un po’ più acuto. L’inverso si verifica se la frequenza di campionamento del sistema arriva alla gamma di 44,1 kHz mentre i dati audio sono a 48 kHz; i rumori audio suonerebbero rallentati e un po’ meno acuti.

Il suono analogico è un’onda continua, con un numero effettivamente illimitato di possibili valori di ampiezza. Per misurare quest’onda nell’audio digitale, dobbiamo definire l’ampiezza dell’onda come un valore limitato ogni volta che la registriamo come sample.

La profondità di bit dell’audio determina il numero di valori di ampiezza possibili che possiamo registrare per ogni campione. Le profondità di bit audio più comuni sono 16-bit, 24-bit e 32-bit.

• 16-bit: 65.536 valori
• 24-bit: 16.777.216 valori
• 32-bit: 4.294.967.296 valori

Con una maggiore profondità di bit del suono – e di conseguenza una risoluzione più alta – possiamo registrare più valori di ampiezza. Più è alta la profondità di bit, più ci avvicineremo all’ampiezza del segnale analogico. Aumentando la profondità del bit audio, oltre a una più precisa frequenza di campionamento audio, avremo anche una più completa di ricostruzione dell’onda analogica.

Ok, fine dell’argomento (per ora). Come impiegare le frequenze di campionamento per rendere speciali i tuoi pezzi, sarà argomento dei prossimi articoli. Intanto, ricordati di seguire il nostro blog per imparare a fare musica sensazionale!

Mi chiamo Luca Oliveri, sono un Producer / Compositore.
Aiuto artisti, producer e musicisti a realizzare i propri progetti musicali, offrendo consulenze ed offrendo servizi di produzione musicale, mix e mastering audio.