martedì 3 settembre 2019

La qualità CD è realmente "lossless"?

Il livello di risoluzione adottato negli anni '80 per i CD (16 bit / 44.100Hz) è citata sempre come "lossless" ovvero "compressione senza perdita". Ma è veramente così?

La compressione dei dati: "lossless" e "lossy"
La differenza è semplice ed intuibile, senza perdita significa che con una decompressione si può tornare al file di dati originario, con perdita invece no. Due esempi noti a tutti, al di fuori del mondo della musica sono le applicazioni ZIP o RAR (che sono lossless) e JPEG (che è lossy).
Come funziona: la popolare compressione ZIP sappiamo che è particolarmente efficace su file Word mentre comprime poco o nulla file immagini o audio. Il motivo è che un file Word o di qualsiasi altra applicazione basata su "segni" (come l'alfabeto) può essere facilmente ricodificato in modo semplificato. L'esempio tipico è una lunga sequenza di caratteri di spazio, che può essere ricondotta ad un numero ed un solo carattere di spazio. In analogia con i sistemi grafici si puà parlare di una codifica "vettoriale". In musica l'equivalente è la codifica Midi che fa riferimento alla notazione musicale su pentagramma anziché all'alfabeto.

Dati vettoriali e dati raster
Un file immagine generato da una macchina digitale è invece la semplice memorizzazione dei pixel dello schermo CCD, che esegue il campionamento dell'immagine analogica. Ogni pixel collocato nella griglia (raster) dello schermo contiene una specifica informazione che concorre alla qualità dell'immagine, senza correlazioni con i pixel vicini. In questo caso la compressione, se deve essere lossless, deve ricavare un significato dai singoli pixel (o in generale dai campioni) per poterli archiviare con minore ridondanza. Nel campo delle immagini questa esigenza è poco sentita e i sistemi di compressione lossless (RLE, JPEG 2000) sono poco utilizzati.
Viene invece molto utilizzato un notissimo algoritmo di compressione lossy, JPEG, che elimina dall'immagine le informazioni meno importanti per la qualità, con diversi gradi di intervento, mentre il file originale (RAW) nelle macchine professionali viene generato in parallelo senza compressione e rimane disponibile per gli editori grafici per le post elaborazioni più complesse.

Nella musica invece la esigenza della compressione lossless è maggiormente sentita e si sono ampiamente affermati sistemi come i noti FLAC e ALAC a fianco dei sempre molto usati formati lossless come MP3, AAC e Ogg Vorbis. La compressioen lossless in musica è come sappiamo molto meno efficiente anche dei livelli di compressione lossy a più elevata qualità, e raggiunge al massimo il 50% circa di riduzione + del file originario. Da ricordare che i sistemi di compressione lossless sono però stati sviluppati solo per il formato PCM e non per il formato DSD.

La qualità della registrazione
Fatto il punto anche se sinteticamente su cosa significa realmente "lossless" occorre farsi una seconda domanda: qual è la qualità di partenza? Ovvero, a che livello di risoluzione è registrata la musica che vogliamo ascoltare. Questa informazione purtoppo non è inserita nelle note che accompagnano un qualsiasi album prodotto, sia nell'attuale mondo digitale, sia in precedenza, quando il suono era registrato solo per via analogica.
Possiamo quindi solo dedurlo. Partendo da alcune premesse ampiamente conosciute: 1) sono molto rare le produzioni musicali in cui tutto il processo di registrazione sino al master è analogico 2) poiché i convertitori AD/DA (analogico/digitale e viceversa) sono ormai da anni progettati per risoluzione 24 bit / 192KHz e superiori, il master digitale sarà nella quasi totalità dei casi alla massima risoluzione possibile.

Un convertitore AD/DA professionale recente, presente in molti studi di registrazione, il DAD AX32
Qualche dettaglio in più sulla registrazione del master
Questa fase è il regno dell'ingegnere del suono e dei suoi collaboratori. Non esiste uno standard perché in base ai suoi gusti personali, al tipo di musica e di contenuti che vuole o deve creare, delle sue preferenze riguardo agli strumenti e alle tecnologie, le scelte possono essere anche molto diverse.
Le sorgenti da registrare possono essere di 4 tipi:
  • acustica (che include la voce umana): deve essere acquisita con un microfono analogico e passata a un mixer microfonico, anche questo normalmente ancora analogico ma che può essere anche digitale
  • strumenti elettrificati (chitarra elettrica, basso elettrico, organo Hammond, piano elettrico ecc.): l'acquisizione è diretta senza bisogno di microfoni, ma il suono prodotto è sempre nel dominio analogico
  • strumenti digitali (piano digitale): strumenti che simulano i suoni analogici ma con tecniche computerizzate; possono essere collegati direttamente al mixer / console digitale
  • suoni generati da computer o sintetizzatori digitali: come sopra.
L'ingegnere del suono in base agli strumenti e al genere di musica potrà decidere di spostare più o meno in avanti la conversione in digitale, al limite potrebbe decidere di usare ancora una console analogica, ma comunque alla fine, tranne che per registrazioni dedicate ai puristi del vinile, tutto il materiale registrato selezionato per comporre l'album sarà convertito in digitale.

Lo studio di registrazione digitale
Come anticipato, quasi mai nella documentazione degli album sono fornite informazioni sulla tecnica e sugli strumenti di registrazione. Le informazioni sullo studio di registrazione digitale dobbiamo quindi ricercarle nella documentazione dei produttori. Come per esempio Digital Audio Denmark (DAD) che fornisce convertitori e mixer digitali per varie fasce di prezzo agli studi di case discografiche specializzate come 2L The Nordic Sound, Classic Sound, Acoustic Records ma anche a studi e orchestre molto note come gli Abbey Road Studios, la Sidney Opera House, la Royal Opera House di Londra, la Filarmonica di S. Pietroburgo e molte altre. Il suo prodotto di punta è l'AX 32 della foto precedente, che segue il precedente AX 24 (ovviamente passando da 24bit a 32bit) e che consente di configurare fino a 48 canali di ingresso AD (anche microfonici, 8 per l'AX 24) con risoluzione fino a 32/384 oppure DSD fino a DSD128.
I suoni convertiti o ricondizionati in digitale alla risoluzione scelta dall'ingegnere del suono sono poi messi a disposizione su più canali a matrice alla console / mixer digitale, che attualmente non è altro che un computer molto potente con una interfaccia specializzata, che riprende in buona parte i comandi delle tradizionali console analogiche.

Uno studio di registrazione che utilizza la tecnologia digitale ed in particolare quella della DAD. E' il Tritone Studios (Lussemburgo)
Cosa avviene dopo tutto questo lavoro
Dopo aver scelto i "take" migliori, aver elaborato i suoni acquisiti nei vari canali, averli mixati tra loro e avere aggiunto effetti vari, sarà disponibile il master dell'album, e sarà ovviamente "congelato" come si usa nel software, anche se naturalmente potrà essere sempre realizzata in seguito una diversa masterizzazione partendo dai "take" originali. Come si faceva anche ai tempi dell'analogico, solo che le registrazioni dei singoli canali erano su nastro da 2 pollici e non su file audio.

La risoluzione del master digitale
Ancora una volta non sappiamo a quale risoluzione viene prodotto il master digitale. Certamente fino a che negli studi di registrazione c'erano solo convertitori a 16/44.1 o al massimo a 16/48 (per gestire i DAT) la risoluzione era questa. Con l'arrivo dell'alta definizione a partire dagli anni zero i convertitori AD sono passati progressivamente a 24/96 e poi a 24/192 (oppure a DSD64) e quindi è altamente probabile che, per garantire il minimo degrado nei passaggi successivi è normalmente utilizzata la risoluzione superiore possibile e gestibile ancora con praticità.
Possiamo dedurre quindi che anche il master sarà in alta definizione, se non altro per poter sfruttare in un secondo momento l'album originariamente uscito a qualità CD per una ristampa n HD, pratica ormai diffusa anche in generi musicali come il pop o il rap. Quindi al minimo in risoluzione 24/96 oppure superiori.

Quindi abbiamo la risposta
No, un album in qualità CD non è "lossless", è in formato compresso, "lossy" rispetto al master, da 24 a 16 bit  bit ogni campione, e la frequenza di campionamento ridotta a più della metà. Ed è con perdita, perché dal CD, anche se "rippato", non potremo mai recuperare tutte le informazioni del master. Potremo fare un "upsampling" ma l'incremento è solo apparente, perchè nei bit aggiunti o nei campioni aggiunti non è presente nessuna informazione in più rispetto al CD di partenza.


17 commenti:

  1. Anonimo4/9/19

    Non capisco lo scopo di questo post ....La qualita' CD e' intesa come banda passante allocata in 16bit di profondita' con 44,1 Khz di campionamento a che serve sapere (cosa peraltro nota piu' o meno a tutti ) che in realta' e' estratta da un iniziale campionamento a 24bit e 192 Khz o maggiore? ...L'importante e' che nel CD vi sia tutta l'informazione tecnicamente ricavabile dallo standard previsto commercialmente altrimenti si tratterebbe di frode in commercio ...pura e semplice.

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    1. Il tuo ragionamento vale anche per il download in formato MP3 che veniva fornito da Amazon prima che passasse allo streaming o in AAC tuttora possibile su iTunes / Apple Music. In questo caso però tutti sanno e concordano che si tratta di file audio compressi "lossy". Anche sul file AAC c'è "tutta l'informazione tecnicamente ricavabile dallo standard commerciamente previsto" da Apple. Il senso del post è far notare che lo stesso vale per un CD, in download o su supporto fisico, ricavato da un master in alta definizione. Forse è una considerazione scontata e a tutti nota, ma non mi pare che sia così.

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    2. Anonimo5/9/19

      Beh allora anche il master iniziale ,sia analogico che digitale, e' un "lossy" dal mondo fisico iniziale ...da questa visuale capisci bene che ci si infila in un tunnel senza uscita perche' nessuno percepisce il mondo fisico reale nella sua piena interezza fisica ...e' vietato sia dal nostro apparato fisiologico ,che ha degli evidenti limiti oggettivi ,che dalla fisica quantistica (principio di indeterminazione..) ....alle nostre latitudini di umani con apparati uditivi e sensoriali grossolani le differenze sono tutte da cogliere ...anche se il mondo e' pieno di llusi che dicono di vederle...-)
      Regards

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    3. Non comprendo il motivo di queste considerazioni sulla ben nota impossibilità di raggiungere la perfezione in qualsiasi campo, che sembrano una difesa d'ufficio delle case discografiche.
      Non preferisti come appassionato di musica (come certamente sei) che le case discografiche, anzi ormai editori musicali, vendessero puramente e semplicemente le copie del master, come facevano ai tempi del vinile?
      Invece che una copia in qualità ridotta, con l'obiettivo piuttosto trasparente di speculare in tempi successivi sul prodotto rivendendolo a maggiore qualità, in alta definizione? Che peraltro non sempre è la stessa del master, vedi gli assurdi album HD a 24/44.1.

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  2. Anonimo6/9/19

    Una copia del master per farci cosa? Per la mia, modesta, esperienza un 24_96(192) è indistinguibile dal corrispettivo rescalato a 16_44...parlo di sostanziali differenze di ascolto in doppio cieco... Poi per carità c'è chi afferma di vedere anche gli ufo.... A mio avviso il CD è ancora il miglior tradeoff tra economia, qualità e snellezza di gestione....parlo da utente audio mediamente smart... Se poi uno produce o commercializza musica forse è un altro discorso...

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    1. Anonimo6/9/19

      Concordo in pieno con il tuo ragionamento che, immagino, sia anche quello del precedente commento "anonimo".
      Enrico

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  3. Io non ho avuto nessunissima difficoltà a seguire il ragionamento di Alberto, e nemmeno a appropriarmene. Le argomentazioni di Alberto mi hanno invece portato a riconsiderare tutta la questione con la serenità che senz'altro manca in molti forum (come per esempio Melius, tanto per citare uno dei luoghi che malauguratamente frequento).
    Ti ringrazio, Alberto, per la sobrietà con cui tratti questi argomenti.
    Ti saluto molto cordialmente.
    Claudio

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  4. Anonimo7/9/19

    Per concludere se lo scopo iniziale era quello di fare chiarezza sulla reale natura tecnica del CD, come a questo punto mi pare di cogliere, allora mi associo alle considerazioni fatte peraltro con dovizia di particolari e contenuti.... Se diversamente si mira a screditare il CD per spingere verso le velleitarie, ed al momento antieconomiche, soluzioni HD (nessuno faccia il parallelo con la TVhd perché sono confrontabili come patate e mandarini nei riguardi di udito Vs vista) allora ho già argomentato a sufficienza il dissenso.
    Mi associo comunque nel complimentarmi con Alberto per come porta avanti il blog nei modi e contenuti... Oasi più unica che rara nel desolato e desolante panorama nazionale che si staglia agli appassionati del settore.
    Natale

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  5. Grazie, ma veramente il mio intento era di fornire informazioni sintetiche sul processo di registrazione della musica digitale attualmente in uso negli studi di registrazione e di confrontarlo con le scelte commerciali e di distribuzione delle case discografiche.
    Non pensavo sinceramente che potessero nascere ancora discussioni sulla udibilità dell'alta definizione, che ci sono state su questo blog (come altrove) almeno dal 2011, 8 anni fa. Ho il massimo rispetto per chi non è interessato perché non sente la differenza, così come di chi ascolta solo i vinili prodotti fino agli anni '80 (quelli successivi sono stati tutti registrati in digitale). Ognuno è libero di scegliere come godere la musica. Viva la libertà e le scelte individuali.
    Ricavarne però una legge generale mi pare un po' una forzatura.
    Devo quindi fare alcune domande: veramente pensate che il CD raggiungeva la "perfezione del suono digitale" come affermava la pubblicità di lancio di Sony e Philips nel 1983?
    E non credete invece alle conclusioni e agli studi dell'Audio Engineering Society (http://www.aes.org/blog/2016/7/highresaudio) e soprattutto agli ingegneri e ai tecnici del suono, che hanno abbandonato il formato CD da oltre 10 anni? Attendo risposte, se volete.

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  6. Anonimo8/9/19

    La superiorità tecnologica del formato digitale è indiscutibile... Non mi pare di aver affermato il contrario... Io parlo di miglior compromesso tra qualità ed altri aspetti con cui deve confrontarsi l'audiofilo quadratico medio.. costi di acquisto e di gestione in primis... Io ho 6500 CD in flac 16.44... Quando ho fatto due conti sulla quantità di memoria di storage per detenere in tripla copia tutta la discografia e la quantità di banda per lo streaming di rete domestica mi si sono drizzati i capelli.. Per cosa? Per apprezzare qualche lieve dettaglio quasi impercettibile ai più?
    Quando il gioco varrà realmente la candela si potrà pensare ad uno switchoff del CD verso l'HD.. ma forse quando sarà realmente il momento servirà l'apparecchio acustico.. -)

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    1. Sono d'accordo, le differenze non sono evidenti e con un buon lettore o un buon DAC i CD possono fornire un'ottima esperienza di ascolto, anche io ascolto i miei CD e non mi sogno proprio di sostituirli tutti con la versione HD. Che peraltro c'è solo per una frazione di essi. Lo switch-off (o più che altro l'affiancamento) lo riserverei solo per gli album più amati, che certo non sono 6500 e neanche 1000, così almeno faccio io.

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    2. Interessante anche l'osservazione sui costi dello storage che merita un approfondimento. Ormai dischi da 6TB (6000 GB) costano 150 E e possono contenere quindi da 3000 a 6000 album in HD, in base alla lunghezza e alla risoluzione. Ma sono già in commercio anche quelli da 8TB. La difficoltà risiede più nella complessità di gestione dell'archivio, la organizzazione, il backup per cui serve un NAS adeguato e molte altre cose. Sarebbe da approfondire.

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  7. Anonimo8/9/19

    Ad inizio post ovviamente mi riferivo al formato digitale in alta definizione... Non vorrei ora attirare le ire degli analogisti e vinilisti convinti dalle cui convinzioni, dopo aver ascoltato vinili per 20 anni dal 76 al 96, preferisco tenermi alla larga... . -)
    Natale

    PS Alberto non so se hai già affrontato il problema, leggo il blog da poco, ma il bluetooth è ancora trasmesso con encoding lossy o con le nuove generazioni è cambiato qualcosa? Non seguo più l'argomento da anni..

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    1. Non l'ho mai affrontato sinora anche perché il Bluetooth standard prevede la trasmissione dell'audio in formato compresso e, per tutte le applicazioni audio, anche in mobilità, può essere sostituito dal wi-fi, che garantisce almeno sino a 24/44.1, qualità CD.
      Esiste anche per il Bluetooth una codifica a più elevata qualita, Aptx HD che è comunque lossy nonostante il nome (576Kbps,fino a 48KHz) ma che consentirebbe comunque ascolto adeguato almeno in mobilità o in auto, dove il Bluetooth è ampiamente utilizzato sui sistemi carplay di Apple e Android. Non è facile però capire quale codifica è utilizzata, se quella standard oppure HD, non sempre è specificato.

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  8. Anonimo11/9/19

    Ottimo è grosso modo quello che sapevo... Per conto mio è una tecnologia adatta ancora al car audio o all'ascolto in mobilità dove la fedeltà è un parametro assolutamente relativo.
    Mi sfugge poi il senso di un codec HD di tipo lossless.. Boh... ��
    Ho un ricevitore aptx che accoppio di tanto in tanto con uno smartphone che trasmette in modo nativo con lo stesso protocollo... L'appiattimento della scena è piuttosto evidente.. Ben più marcato di un mp3 ben encodato.
    Per l'home è ancora necessario un buon player e un renderer di tipo wifi con tutti gli sbattimenti (pochi in verità) a margine per configurazioni, IP etc..
    Saluti
    Natale

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  9. Anonimo11/9/19

    Intendevo codec HD di tipo lossy... Sorry.

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    1. Aptx HD è il nome commerciale che gli hanno dato ... Comunque pare che sia migliorativo del bluetooth standard, d'altra se il bitrate è superiore dovrebbe essere così.

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