Il dibattito audio analogico vs digitale è molto polarizzante. Ho notato che la maggior parte delle persone difendono una parte o l’altra, lasciando poco spazio per sfumature. La verità è che sia l’audio analogico che quello digitale presentano inconvenienti e vantaggi. Spero di offrire una spiegazione imparziale delle differenze in questo post.

La differenza tra audio analogico e digitale si trova nel modo in cui le informazioni audio vengono memorizzate. Le onde sonore sono una serie di vibrazioni attraverso un mezzo. La tecnologia di registrazione audio analogica memorizza queste informazioni creando una serie di cariche magnetiche lungo una bobina di nastro magnetico. La tecnologia audio digitale memorizza le informazioni audio come una serie di valori numerici su un disco rigido.

In questo post, imparerai i pro ei contro di ogni metodo di registrazione insieme alla differenza tra le tecnologie audio analogiche e digitali per le applicazioni audio dal vivo.

La differenza tra audio analogico e digitale si trova nel modo in cui le informazioni audio vengono memorizzate. La tecnologia di registrazione audio analogica memorizza queste informazioni creando una serie di cariche magnetiche lungo una bobina di nastro magnetico. La tecnologia audio digitale memorizza le informazioni audio come una serie di valori numerici su un disco rigido.

Le informazioni in questo post sono state scritte per essere il più facile da capire possibile. Alcuni concetti in questo articolo avranno più senso se hai una comprensione di base di come funziona il suono. Se trovi una delle seguenti sezioni confuse, sentiti libero di fare riferimento a questo post che ho scritto su audio basics.

Prima di iniziare a discutere le differenze tra sistemi audio digitali e analogici, penso che sia importante ricordare che tutti i sistemi audio digitali includono alcune tecnologie audio analogiche. I microfoni sono dispositivi audio analogici che trasducono l’energia acustica in un segnale elettrico analogico. preamplificatori, amplificatori di potenza e altoparlanti sono tutti dispositivi analogici, pure. L’obiettivo principale di questa sezione sarà quello di evidenziare le principali differenze nella tecnologia di registrazione analogica e digitale.

Audio analogico

Nastro

Il nastro magnetico è il miglior metodo audio analogico per la registrazione e la riproduzione. Le macchine a nastro funzionano secondo il seguente principio: quando una corrente elettrica viene inviata attraverso un filo, si forma un campo magnetico attorno al filo e viceversa.

Per registrare l’audio, una macchina a nastro invia segnali audio elettrici attraverso un filo a spirale che circonda un magnete che si tiene in prossimità del nastro magnetico. Questa bobina di filo che circonda il magnete è chiamata la testa del record. Mentre il nastro passa attraverso il campo magnetico creato dalla testina di registrazione, le particelle lungo il nastro vengono caricate magneticamente. Il modello delle cariche magnetiche lungo il nastro assomiglia al segnale audio inviato attraverso la bobina di filo. L’ampiezza del segnale audio è correlata alla grandezza delle cariche magnetiche create sul nastro.

Per riprodurre l’audio, il processo viene invertito. Il nastro magnetizzato crea una corrente elettrica sulla testa di gioco, che si collega ad un amplificatore da riprodurre attraverso gli altoparlanti.

Ci sono vari tipi di nastro e macchine a nastro che influenzano la qualità dell’audio registrato. Le due variabili principali sono la velocità del nastro e la larghezza del nastro.

Velocità del nastro

La velocità con cui il nastro passa la testina di registrazione influisce sulla qualità della registrazione. Una maggiore velocità del nastro produce una registrazione con una maggiore risposta in frequenza, meno sibilo e interruzioni più brevi. La velocità della macchina a nastro è misurata in pollici al secondo (ips). Le velocità comuni della macchina a nastro sono 7 – ½ ips, 15 ips e 30 ips. Lo standard per la registrazione professionale è 15 ips.

Larghezza nastro

La larghezza del nastro influisce anche sulla qualità della registrazione. Il nastro più ampio consente una registrazione di qualità superiore. Tuttavia, la larghezza del nastro può essere utilizzata per registrare più tracce piuttosto che migliorare la qualità audio di una singola traccia. Ciò consente a diverse fonti di essere registrate e riprodotte in modo indipendente.

Vinile

I dischi in vinile sono il mezzo di consumo standard per le registrazioni audio analogiche. Sono più facili da mantenere, conservare e distribuire. Rispetto al nastro, i dischi in vinile sono meno vulnerabili agli elementi. Mentre il nastro può essere distrutto dall’esposizione magnetica, i dischi in vinile sono immuni ai campi magnetici perché utilizzano un diverso mezzo di archiviazione audio. Piuttosto che la carica magnetica, le scanalature strutturate sulla superficie dei dischi in vinile memorizzano le informazioni audio.

Mentre un disco in vinile gira a una velocità specifica, uno stilo viaggia attraverso le scanalature sulla sua superficie. Mentre lo stilo si muove avanti e indietro con le scanalature, crea una corrente elettrica in un filo che si collega a un amplificatore per essere riprodotto attraverso gli altoparlanti. L’ampiezza del segnale audio è correlata con l’intensità del movimento dello stilo.

Puoi vedere un’animazione di come funziona un disco in vinile di Animagraffs. Animagraffs è un sito web che crea incredibili animazioni di varie tecnologie.

I dischi in vinile sono utilizzati solo per la riproduzione nel mondo moderno. Le registrazioni analogiche sono fatte con nastro magnetico. I nastri vengono utilizzati per creare calchi per premere le informazioni su dischi in vinile.

Audio digitale

PCM (Pulse Code Modulation)

PCM, o Pulse Code Modulation, è il metodo standard per la codifica dei segnali audio in informazioni binarie. Nella registrazione audio analogica, viene creato un modello delle onde sonore utilizzando la carica magnetica. Tuttavia, PCM crea un modello delle onde sonore memorizzando una sequenza di valori numerici che rappresentano l’ampiezza in vari punti lungo un’onda.

Questi valori sono rappresentati da gruppi di bit binari, chiamati campioni. Ogni campione rappresenta un valore numerico all’interno di un intervallo predeterminato di valori possibili. Questo processo è chiamato quantizzazione e viene eseguito da un convertitore analogico-digitale (convertitore da A a D).

Durante la riproduzione di una registrazione digitale, i campioni vengono convertiti in segnali elettrici e inviati agli altoparlanti. Questo processo viene eseguito da un convertitore da digitale ad analogico (convertitore da D-A-A o DAC).

Ecco un’illustrazione semplificata di come le onde audio vengono memorizzate utilizzando campioni digitali:

Profondità di Bit

Ogni campione rappresenta un valore all’interno di un intervallo di valori possibili. L’intervallo di valori possibili è determinato dalla profondità di bit. Profondità di bit è il termine che descrive quanti bit sono inclusi in ogni campione.

Ogni bit può rappresentare due valori possibili. I campioni che utilizzano più bit possono rappresentare un intervallo più ampio di valori e quindi possono memorizzare informazioni più precise sull’ampiezza di un’onda sonora. Ogni volta che viene aggiunto un bit, il numero di valori possibili viene raddoppiato. Mentre un bit può rappresentare due valori, due bit possono rappresentare quattro valori, tre bit possono rappresentare otto valori e così via.

Bit Depth	Possible Values
1-bit	2
2-bit	4
4-bit	16
8-bit	256
16-bit (CD Standard)	65,536
24-bit (Professional Standard)	16,777,216

La profondità di bit standard per i CD è di 16 bit, consentendo 64.536 possibili valori di ampiezza. Lo standard professionale è una profondità di bit di 24 bit, che consente 16.777.216 possibili valori di ampiezza! Tuttavia, la maggior parte degli studi registra e mixa utilizzando la virgola mobile a 32 bit, che sarà discussa in un post diverso.

Frequenza di campionamento

La frequenza di campionamento determina quanti campioni vengono prelevati da un’onda sonora al secondo. La frequenza di campionamento è misurata in Hertz (Hz). La registrazione a una frequenza di campionamento più elevata consente di registrare frequenze più elevate.

Il teorema di Nyquist afferma che il campionamento digitale può rappresentare fedelmente solo frequenze inferiori alla metà della frequenza di campionamento. Ciò significa che se si desidera catturare 20kHz, la frequenza più alta udibile per gli esseri umani, è necessario utilizzare una frequenza di campionamento superiore a 40KHz.

Per questo motivo, 44,1 kHz è la frequenza di campionamento standard per i CD. L’audio professionale per video utilizza uno standard di 48kHz. Molte registrazioni superano di gran lunga questi standard, con frequenze di campionamento di 96kHz e oltre!

Mentre il vantaggio di frequenze di campionamento più elevate è spesso inteso come un’estensione della gamma di frequenze registrate, questo non è il vantaggio principale. Non voglio entrare troppo in profondità in questo post, ma ha più a che fare con il tipo di filtro anti-aliasing che può essere utilizzato per filtrare le frequenze più alte con meno artefatti. La larghezza di banda risultante di una registrazione a 44,1 kHz e una registrazione a 96 kHz sono praticamente le stesse alla fine.

Formati di compressione dei dati audio digitali

I file audio prodotti dagli studi di registrazione sono molto grandi, a causa della quantità di informazioni che contengono. Se una canzone di 3 minuti viene registrata con una profondità di bit di 24 bit e una frequenza di campionamento di 96kHz, la dimensione del file sarà di circa 52 MB. Questo file è troppo grande per le applicazioni consumer, come lo streaming. Per questo motivo vengono utilizzati i formati di compressione dei dati. La compressione dei dati è un metodo per ridurre le dimensioni di un file. Esistono due categorie principali di formati di compressione dei dati, lossy e lossless.

Formati di compressione dati con perdita (MP3 & Streaming)

Se le informazioni vengono perse attraverso il processo di compressione dei dati, il formato di compressione utilizzato è con perdita. Sfortunatamente, i formati di compressione dei dati più utilizzati nell’audio consumer sono con perdita di dati. Ciò significa che, sebbene vengano utilizzati algoritmi speciali per ridurre gli effetti negativi, i dati vengono persi durante il processo di compressione del file. Una volta che i dati vengono persi, non può mai essere ripristinato.

I formati di compressione dei dati audio con perdita più comuni sono MP3, AAC e Ogg Vorbis. Questi formati sono utilizzati per la memorizzazione di molti file con spazio limitato sul disco rigido o contenuti in streaming su connessioni Internet a larghezza di banda limitata.

Gli algoritmi proprietari alla base di questi formati mirano a dare priorità ai contenuti basati su modelli di percezione umana del suono e distruggere i contenuti a bassa priorità.

Formati di compressione dati senza perdita di dati (FLAC & AIFF)

Se nessuna informazione viene persa durante il processo di compressione dei dati, il formato di compressione utilizzato è senza perdita di dati. Alcuni servizi di streaming, come Tidal, utilizzano la compressione senza perdita di dati. Usando questi formati, le informazioni possono essere codificate in un file più piccolo e successivamente decodificate, ripristinando in ultima analisi le informazioni PCM originali come file WAV. Sebbene questi formati risparmino un po ‘ di spazio rispetto ai file non compressi, non sono affatto vicini all’efficienza dei formati con perdita di dati.

Differenze chiave tra audio analogico e digitale: registrazione e riproduzione

Come potete vedere, le tecnologie di registrazione audio analogica e digitale condividono un obiettivo comune: creare un modello di forme d’onda acustiche che possano essere riprodotte nel modo più accurato possibile. Ogni tecnologia realizza questo obiettivo abbastanza bene. La qualità audio ottenuta utilizzando un metodo non è necessariamente migliore dell’altro, solo diverso. Le qualità uniche di ogni metodo saranno esplorate in questa sezione.

Gamma di frequenza (larghezza di banda)

Come accennato in precedenza, la gamma di frequenza di un segnale digitale è limitata a frequenze inferiori alla frequenza di Nyquist. In teoria, i limiti superiori dei supporti di registrazione analogici sono molto più grandi della gamma umana dell’udito.

Questa differenza non è così significativa come si potrebbe pensare. Prima di tutto, qualsiasi beneficio di una larghezza di banda estesa oltre una registrazione digitale a 44.La frequenza di campionamento di 1 kHz sarebbe oltre la gamma della percezione umana, per non parlare delle gamme di frequenza estese rese possibili da frequenze di campionamento più elevate.

In secondo luogo, la maggior parte delle apparecchiature audio (microfoni, altoparlanti, ecc.) ha filtri di limitazione della banda incorporati. Questi sono effettivamente filtri passa-basso che impediscono la cattura o la riproduzione di frequenze oltre la gamma umana dell’udito. Pertanto, esiste una differenza tecnica nella gamma di frequenze tra audio analogico e digitale, ma non una differenza pratica.

In effetti, il vantaggio principale di frequenze di campionamento più elevate nell’audio digitale non è in realtà una gamma di frequenze maggiore per l’ascoltatore, ma la possibilità di utilizzare diversi filtri anti-aliasing. Ciò non estende efficacemente l’intervallo di frequenza, ma riduce invece gli artefatti causati dal campionamento. Andrò più a fondo in questo concetto in un post successivo.

Rumore di fondo

Il principale svantaggio della tecnologia di registrazione audio analogica è che ha un rumore di fondo significativamente più elevato rispetto alla tecnologia digitale.

Anche il nastro analogico più di alta qualità contiene rumore magnetico. Questa è la causa del sibilo nelle registrazioni analogiche. Il rumore teorico di una registrazione digitale a 24 bit è-144dB-effettivamente infinito.

Ricorda, il rumore di fondo di qualsiasi sistema è solo basso come il rumore di fondo combinato di tutti i suoi componenti. Ciò significa che anche i sistemi digitali saranno rumorosi se la catena del segnale contiene elementi elettronici rumorosi.

Vulnerabilità & Longevità

Non solo i supporti analogici, come il nastro e il vinile, contengono rumore intrinseco, ma sono anche estremamente vulnerabili al degrado nel tempo. I media digitali, come dischi rigidi e CD, sono molto più resistenti.

Tutti i supporti fisici, sia analogici che digitali, si degradano nel tempo. La prima volta che una registrazione viene riprodotta è la migliore che la registrazione possa mai suonare. Ascolta vecchi dischi in vinile, e questo diventa ovvio.

Il nastro analogico deve essere conservato in condizioni molto specifiche per evitare perdite di qualità nel tempo. I dischi in vinile sono danneggiati ogni volta che vengono riprodotti. I media digitali possono anche essere danneggiati, ma il degrado è molto più facile da prevenire.

Una registrazione digitale è una serie di numeri che possono essere riprodotti infinite volte con perfetta precisione, mentre ogni riproduzione di audio analogico aggiunge al rumore totale della registrazione. Ad esempio, se trasferisci una registrazione su nastro su un’altra bobina di nastro, avrai registrato il rumore dalla prima bobina alla seconda bobina.

Portabilità e riproducibilità

Infine, i supporti audio digitali sono drasticamente più portatili e riproducibili rispetto ai supporti analogici. Non solo i dischi rigidi e la memoria flash sono molto più piccoli e leggeri delle bobine di nastri e dischi in vinile, ma le informazioni digitali salvate su di essi possono essere inviate in tutto il pianeta in pochi secondi utilizzando Internet. La riproduzione di informazioni digitali è praticamente a costo zero rispetto alla riproduzione di supporti analogici.

In questa sezione, piuttosto che sistemi di registrazione, evidenzierò le differenze tra rinforzo audio analogico e digitale e sistemi di distribuzione. Questi sono i sistemi utilizzati nelle applicazioni di indirizzo pubblico e concerti dal vivo.

Audio analogico

I sistemi audio analogici per il rinforzo e la distribuzione del suono non richiedono alcuna tecnologia di registrazione.

Un segnale acustico viene convertito in elettricità utilizzando un microfono. Il segnale audio elettrico viene inviato ad un preamplificatore microfonico, poi ad effetti audio analogici e mixer, e infine ad un amplificatore. Il segnale audio amplificato viene riconvertito in energia acustica da un altoparlante.

Dall’inizio alla fine di qualsiasi catena di segnali analogici, il segnale audio è sotto forma di energia acustica o elettrica. Non è necessario memorizzare il segnale. Tutto avviene in tempo reale alla velocità dell’elettricità in un filo: circa il 75% della velocità della luce.

Audio digitale

I sistemi audio digitali per il rinforzo e la distribuzione del suono richiedono una tecnologia di registrazione.

Il segnale audio elettrico viene convertito, o quantizzato, in PCM (Pulse Code Modulation). Ogni volta che un segnale viene convertito da analogico a digitale o da digitale ad analogico, si verifica questa quantizzazione. Ciò significa che ogni segnale inviato da e verso un effetto digitale utilizzando cavi analogici viene convertito in PCM all’interno dell’unità, elaborato e quindi riconvertito in energia elettrica. Tutti i processori audio digitali, mixer e amplificatori creano brevi registrazioni per elaborare i segnali audio.

Differenze chiave tra audio analogico e digitale: Rinforzo e distribuzione

Latenza

Sebbene la velocità con cui queste quantizzazioni digitali vengono elaborate sia estremamente veloce, sono ancora molto più lente dell’elettricità che si muove attraverso un filo. Questa caratteristica dei sistemi audio digitali ha l’effetto negativo di aggiungere latenza al segnale. La latenza è il ritardo di un segnale causato dall’elaborazione.

Tutti i sistemi audio digitali aggiungono latenza alla catena del segnale. Tuttavia, gli effetti della latenza sono stati drasticamente ridotti mentre la tecnologia continua a migliorare. Uno degli svantaggi principali dell’aggiunta di latenza a un sistema è il rischio di interferenze distruttive di fase. Se un segnale prende due percorsi, ciascuno aggiungendo latenza al segnale in modo diverso, i segnali saranno fuori fase e potrebbero causare il filtraggio a pettine o l’eco. La latenza può anche creare un’esperienza di monitoraggio innaturale per musicisti e altri talenti. Se un segnale viene ritardato, la persona che parla o suona uno strumento può essere confusa mentre si monitora in cuffia. Per questo motivo, di solito è meglio monitorare direttamente attraverso una catena di segnali analogici se il sistema digitale aggiunge troppa latenza a un segnale.

Portabilità

Lo svantaggio principale dei sistemi analogici è il loro peso e le loro dimensioni. I moderni mixer audio digitali contengono al loro interno equalizzatori, compressori, cancelli e altri effetti per ogni canale. Sistemi analogici con le stesse capacità di elaborazione richiederebbero diversi rack e migliaia di chili di attrezzi.

È molto più semplice configurare gli effetti digitali al volo all’interno di una console digitale, senza la necessità di aggiungere cavi analogici per l’applicazione di patch. Se un ingegnere mix vorrebbe provare un effetto diverso mid-show, devono semplicemente premere alcuni pulsanti con un sistema digitale. Questa modifica potrebbe richiedere il repatching di un sistema analogico.

Mentre le apparecchiature analogiche contengono i componenti elettrici pesanti che compongono equalizzatori, compressori ed effetti di riverbero, i chip di elaborazione del segnale digitale offrono strumenti simili a una frazione dello spazio e del peso.

Noise Floor

Mentre concatenate sempre più effetti analogici, il rumore elettronico di ciascun dispositivo somma insieme. L’utilizzo di più effetti digitali non aggiunge rumore al segnale perché il segnale non lascia mai il processore di segnale digitale. È presente solo il rumore intrinseco di un singolo dispositivo, piuttosto che il rumore intrinseco di molti dispositivi.

Il dibattito continua

La verità è che entrambi i sistemi audio analogici e digitali hanno valore nel mondo moderno. Il dibattito su chi è meglio e chi è peggio non finirà mai, perché non c’è una risposta chiara.

Ci sono un milione di applicazioni per la tecnologia audio, e ognuno richiede un set unico di attrezzature. Come un ingegnere audio, musicista, o ascoltatore, ognuno di noi deve decidere su una serie di apparecchiature audio che si rivolge alle esigenze di ogni situazione unica.