La latenza dell’audio digitale spiegata “for Dummies”

Nel mondo dell’audio, “latenza” è un’altra parola per “ritardo”. È il tempo che impiega il rumore degli altoparlanti di una festa all’aperto a raggiungere gli spettatori, o il tempo che impiega il tuo dito a colpire il tasto di un pianoforte, poi il tasto a muovere il martello, poi il martello a colpire la corda e infine il suono a raggiungere il tuo orecchio.

Alcune ricerche hanno dimostrato che le onde sonore in uno spazio acustico devono essere in ritardo di oltre 20-30 ms prima che il tuo cervello le percepisca come effettivamente fuori tempo. Quindi da circa 12 a 15 ms comincerai a “sentire” che il segnale è lievemente in ritardo.

La latenza di andata e ritorno nelle applicazioni audio digitali è la quantità di tempo che necessita un segnale (voce o strumento non importa) per passare da un ingresso analogico, su un’interfaccia audio fisica, attraverso i convertitori analogico-digitali, in una DAW, per poi passare ancora attraverso i convertitori digitale-analogico fino agli altoparlanti (o cuffie). Forse detta in questo modo è un po’ complicata. Ricordati solo che qualsiasi quantità di latenza può influenzare negativamente la capacità dell’esecutore di suonare insieme a una traccia e impedire a un ascoltatore di godersi un buon pezzo.

In termini utili, la quantità di latenza di andata e ritorno che senti è generata dai convertitori della tua interfaccia audio, dal suo buffer interno e dalle impostazioni che hai selezionato nell’applicazione software della tua digital audio workstation.

L’importanza dei convertitori per prevenire la latenza audio

I convertitori analogico-digitali nell’interfaccia trasformano un segnale analogico, da un microfono o uno strumento, in bit e byte digitali. Questo è un processo complicato ma richiede in media poco più di mezzo millisecondo. Poi all’altra estremità di una lunga catena che descriveremo ci sono i convertitori digitale-analogico che cambiano il flusso digitale di nuovo in impulsi elettrici che potrai sentire attraverso un altoparlante o delle cuffie. Questo avviene in un altro millisecondo circa.

Cos’è un Buffer e come influenza il tuo suono digitale

Un buffer è un’allocazione di memoria utilizzata per trattenere brevemente i dati mentre vengono spostati da un posto all’altro. Ce ne sono 4 nella catena del segnale digitale.

1. Buffer anteriore di trasporto (USB);
2. Buffer di ingresso ASIO/Core Audio (driver);
3. Buffer di uscita ASIO/Core Audio (driver);
4. Buffer di trasporto posteriore (USB).

Ogni buffer si aggiunge al ritardo complessivo tra il momento in cui suoni il tuo pezzo e il quello in cui lo senti in cuffia.

Driver veloci e driver lenti: quanta latenza audio puoi sopportare?

La più grande variabile che influenza la durata di questi trasferimenti è l’efficienza dei driver delle tue interfacce. Infatti, in informatica, un driver è un programma di sistema che permette a altri software di sfruttare le risorse hardware del tuo pc. Uno degli obiettivi principali per gli ingegneri che creano driver per interfacce audio è quello di offrire la minore latenza possibile senza compromettere la stabilità e la qualità del suono.

Immagina di suonare un vecchio pianoforte malandato in cui c’è un malfunzionamento nell’azione del martello. Un malfunzionamento così grande, che quando si preme un tasto, il martello impiega tre volte in più del normale per colpire la corda. Potresti ancora riuscire a suonare qualcosa ma la “sensazione” sarà quella di essere fuori tempo. Avrai lo stesso problema se i tuoi dispositivi digitali avranno una latenza audio troppo grande.

I buffer sono progettati per far guadagnare tempo al processore. Grazie alla disponibilità di memoria del buffer infatti, il processore può eseguire più task. Se la dimensione del buffer è troppo piccola, l’hardware deve lavorare più intensamente per stare al passo, tendendo al sovraccarico e rendendo meno stabile l’ambiente di registrazione. Tuttavia, quando la dimensione del buffer è troppo grande, sta rimandando la trasmissione dell’informazione (aggiungendo latenza) più di quanto sia necessario per un’eccellente performance del computer.

Le moderne applicazioni DAW hanno aiutato a risolvere questo problema fornendo la capacità di “congelare” i file audio. Quando una traccia viene congelata, i plugin che elaborano l’audio vengono renderizzati. Questo alleggerisce il carico sulla CPU del computer, ma ti permette ancora di fare delle modifiche, così da ridurre il peso dell’elaborazione che sta occupando tutta la dimensione del buffer.

Latenza di decodifica: il vero problema da risolvere

Guardiamo di nuovo il nostro esempio del pianoforte, questa volta con un pianoforte a coda funzionante. Per semplicità, facciamo finta che non ci sia alcun ritardo meccanico tra quando il dito colpisce il tasto e l’istante in cui il martello colpisce la corda. Il suono viaggia intorno ai 340 metri al secondo. Questo indica che se sei seduto a un metro di distanza dal martello, il suono non raggiungerà le tue orecchie per circa 3 ms, ma non te ne accorgi. Perché 3 ms non fanno differenza quando stai suonando il tuo pianoforte a coda, ma un’impostazione del buffer di 2,9 ms nella tua DAW ti rende virtualmente impossibile andare a tempo con il tuo strumento plugin?

Perché nel caso di audio digitale dobbiamo lavorare anche su altri aspetti come i driver. Ovviamente è importante assicurarsi che il suono in ingresso scorra veloce e fluido (quindi scegli porte USB di qualità) ma ciò che conta sono i driver che danno potenza e costanza al sistema di buffering e le loro impostazioni. Dovrai sperimentare per trovare il settaggio giusto per te e per i tuoi dispositivi. Ma c’è un primo grosso problema che tutti incontrano e per il quale adesso ti darò due indicazioni importanti.

Impostazioni per risolvere latenza audio: due indicazioni basic

La prima. L’impostazione della dimensione del buffer non è espressa come un numero basato sul tempo (per esempio, 2.9 ms). Invece è probabile che ti troverai una lista basata sul numero dei campioni (esempio, 128 samples) tra cui scegliere. Questo rende la conversione del ritardo più complessa. Per ottenere i millisecondi partendo dai samples, basta dividere il numero di campioni per la frequenza di campionamento. 512 samples : 44.1 kHz = 11.7 ms.

La seconda. La dimensione del buffer che inserisci nella tua DAW o nella scheda di controllo del tuo dispositivo determina sia il buffer di uscita che quello di ingresso. Infatti se imposti la dimensione del buffer a 128 campioni, il buffer d’ingresso e quello d’uscita saranno 128 campioni ciascuno. Nel migliore dei casi, quindi, la latenza è due volte la quantità che hai impostato. Tuttavia, è buona norma prevedere sempre una latenza audio leggermente maggiore di quella settata, a causa di varie dispersioni nella catena di mastering.

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.